RS-485-BUS 应用 工程技术笔记 适用范围 本指引 旨 在 实际建立一个 RS-485-Bus 网络时，网络拓扑、网络布线、接口设计、电缆选择 、 连接器选择， 以及在 保障通讯可靠、提高抗干扰 方面 给予借鉴 V 6.9 段坚 2012.03.03 1． RS-485 标准 RS-485 标准最初由电子工业协会（ EIA）于 1983 年制订并发布，后由 TIA-通讯工业协会修订后命名为 TIA/EIA-485-A，不过工程师还是习惯地称之为 RS-485 RS-485 是一个电气接口规范，它只规定了 平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和通信协议 RS-485 标准定义了一个基于单对平衡线的多点、双向（半双工）通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台 RS-485 接口的主要特点如下： 平衡 传 输； 多点通信； 驱动器输出电压（带载）： ≥｜ 1.5V｜； 接收器输入门限： ±200mV； -7V 至 +12V 总线共模范围； 最大输入电流： 1.0mA/-0.8mA（ 12Vin/-7Vin）； 最大总线负载： 32 个单位负载（ UL）； 最大传输速率： 10Mbps； 最大电缆长度： 4000 英尺。
实际上可达 3000 米 RS-485 接口总线 在 理论 上是允许连接多达 128 个收发器即具有多站能力 ,这样用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络 由于 RS-485 接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口 因为 RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以 RS485接口均采用屏蔽双绞线传输 2． RS-485 网络配置 RS-485 支持半双工或全双工模式，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环 形或星形网络最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低图 1所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（ a， c， e）和正确的连接方式（ b， d， f） a， c， e 三种不恰当的网络连接尽管在某些情况下（短距离、低速率）仍然可以正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，造成信号质量下降除此之外还应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点也会发生信号的反射。
例如，总线 的不同区段采用不同电缆、某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装、或者是有过长分支线引出总线时都会出现阻抗不连续点 总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线 图 1:几种错误的网络连接方式及正确的方式 有关总线上允许连接的收发器数标准并没有做出规定，但规定了最大总线负载为 32 个单位负载（ UL）每单位负载的最大输入电流为 1.0mA/-0.8mA，相当于约 12kΩ为了扩展总线节点数，器件生产厂商增大收发器输入电阻例如 MAX1487， MAX1487 的输入电阻增加至48kΩ 以上（ 1/4UL），节点数 就可增加至 128 个， 96kΩ 输入电阻的 MAX1483 允许节点数可到256 个 2.1 直线型拓扑连接：即主干的两条线上分支出支线到各个节点主干的两端配置合适的终端电阻实现阻抗匹配（ 1.2km 内通常为 120 欧） 2.1.1“手牵手”式拓扑连接：由于分支长度以及分支长度的积累都会造成阻抗不连续，在接头处产生“反射”现象所以直线型拓扑结构中最常用的就是“手牵手”式的连接 2.1.2“ T”型分支式连 在绝大多数的工业现场、轨道机车中，由于整体线缆非常多，均需要使用接线排，方便维护。
所以 485 的节点分支也不可避 免只能尽量减小分支长度 这个分支长度在 1M 波特率下不得大于 0.3m， 因为 1M 波特率是 RS-485 的 最高波特率， 所以 其他波特率 时 ，分支长度如果也遵循 0.3m 的 规范，则 可以 稳定运行 当然 在一些 场合 无法做到很短的分支，所以根据不同 波特率 ，有不同的分支长度规范，如下表所示，为高速 RS-485 中 的分支规则 可见 随着波特率减小，分支约束越来越宽松 如果更低的波特率， 分支规则 会继续放宽，如在 5k 波特率下， 100m 左右的分支也可以稳定通讯 2.1.3 使用 RS-485 总线隔离中继器的连接 如果 布线长度超过 RS-485-Bus 在某一波特率下的最大值，则需要使用 RS-485-Bus 中继器进行中继 延长 距离 RS-485-Bus 总线 通讯 波特率是 10k，主干线和支线通过 RS-485-Bus 中继器延长 通讯距离 在不同 波特率下， RS-485-Bus 中继器 增加 的最大距离也不同，这里按 以 1.5mm的屏蔽双绞线为传输介质， RS-485-Bus 中继器 延长 的实际距离和相应匹配的终端电阻值。
2.2 星型拓扑结构 2.2.1 “等长 ”星型连接 在星形基本等长情况下，可不使用集线器设备， 调整每个节点的终端电阻即可实现组网： R=n×60 欧姆 R:每个分支的终端电阻 n:分支数量 注意： 每个节点都需要加终端电 阻，星形的中心不得加任何电阻！ 2.3 电缆选择 2.3.1 最低要求 通常， 485-Bus 总线采用差分信号传输方式，以双绞线作为物理层，需要有 2 根线作为差分信号线（ 485_H、 485_L） 如果使用屏蔽双绞线， 屏蔽层应被连接到 485-Bus 或外壳（接大地） 2.3.2 电缆选择的要素 线长 如果外部干扰比较弱， 485-Bus 总 线中的短线（长度＜ 0.3m，例如在 T 型连接器 )可以采用扁平电缆通常，用带屏蔽层 的双绞线作为差分信号传输线会更可靠 带屏蔽层的双绞线通常被用作长度大于 0.3m 的电缆 波特率 由于取决于传输线的信号延迟时间， 485-Bus 总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加 外界干扰 必须考虑外界干扰，例如由其他电气负载引起的电磁干扰 尤其注意有大功率电机运行或其它在设备开关时容易 引 起供电线路上电压变化的场合。
如果无法避免出现类似于 485-Bus 总线与电压变化强烈的供电线路并行走线的情况， 485-Bus 总线可以采用带双屏蔽层的双绞线 特征阻抗 所采用的传输线的特征阻抗约为 120 由于 485-Bus 总线接头的使用， 485-Bus 总线的特征阻抗可能发生变化因此，不能过高估计所使用电缆的特征阻抗 有效电阻 所使用电缆的电阻必须足够小，以避免线路压降过大， 影响位于总线末端的接收器件为了确定接收端的线路压降，避免信号反射，在总线两端需要连接终端电阻 2.3.3 电缆选择的极限值 2.3.3.1 电缆结构 为了避免受到外界干扰的影响， 传输数据的电缆通常使用带有屏蔽层的双绞线，并且屏蔽层要接到参考地 在使用双层屏蔽线的双绞线时，使用者必须注意：电缆的外屏蔽层只能通过一个连 接器的外壳连接到大地上由于连接器的外壳一般与已接地的设备前面板相连接，连接到外屏蔽层的连接器外壳在网络中一点连接这可以被应用到类似的内屏蔽层也接地的设备上 2.3.3.2 电缆有效电阻 国际标准 ISO/DIS-11898 有以下推荐值：直流电压参数、终端电阻与波特率近似值 2.3.3.3 连接器的有效电阻 当确定电缆的电压衰减后，连接器的传输电阻也需要考虑在电缆电阻中。
依照生产商的规范，连接器每个触点的容抗在 2.5mΩ 和 10mΩ 之间， 每个插头的有效电阻增加 5mΩ 到 20mΩ 2.3.3.4 电缆 长度 及 波特率 的影响 波特率以及相应的 收发器 芯片 （ ） 国际标准中的总线长度规范， 尤其是在高波特率下 >500kbps） 待完善 2.3.3.5 布线长度、节点数量 节点数量、线缆线径之间的关系 线缆线径之间的关系 布线长度、节点数量、线缆线径三者者之间存在非常紧密的关系通常情况下需要先确定传输距离和节点数量， 然后决定采用什么线缆 待完善 2.3.3.6. 定制 连接器 的 优势 待完善 3． 影响 RS-485 总线通讯速度 和通信可靠性的三个因素 3.1 在通信电缆中的信号反射 在通信过程中，有两种信号因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射，如图 1所示 这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻，如图 2 所示 从理 论上分析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就再也不会出现信号反射现象但是，在实现应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此或多或少的信号反射还会存在引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱 信号反射对数据传输的影响，归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器，使接收器收到了错误的信号，导致 CRC 校验错误或整个 数据帧错误 在信号分析，衡量反射信号强度的参数是 RAF（ Refection Attenuation Factor 反射衰减因子）它的计算公式如式（ 1） RAF=20lg(Vref/Vinc) （ 1） Vref—反射信号的电压大小 Vinc—在电缆与收发器或终端电阻连接点的入射信号的电压大小 具体的测量方法如图 3 所示例如，由实验测得 2.5MHz 的入射信号正弦波的峰 -峰值为 +5V，反射信号的峰 -峰值为 +0.297V，则该通讯电缆在 2.5MHz 的通讯速率时，它的反射衰减因子为： RAF=20lg(0.297/2.5)=-24.52dB 要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。
在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法在通讯线路中，如何通过加偏置电阻提高通讯可靠性的原理，后面将做详细介绍 3.2 在通讯电缆中的信号衰减 第二个影响信号传输的因素是信号在电缆的传输过程中衰减一条传输电缆可以把它看出由分布电容、分布电感和电阻联合组成的等效电路，如图 4 所示 电缆的分布电容 C 主要是由双绞线的两条平行导线产生 导线的电阻在这里对信号的影响很小，可以忽略不计信号的损失主要是由于电缆的分布电容和分布电感组成的 LC 低通滤波器在不同波特率时的衰减系数如表 1 所示 表 1 电缆的衰减系数 通讯波特率 3.3 在通讯电缆中的纯阻负载 影响通讯性能的第三个因素是纯阻性负载（也叫直流负载）的大小这里指的纯阻性负载主要由终端电阻、偏置电阻和 RS-485 收发器三者构成 在叙述 EIA RS-485 规范时曾提到过 RS-485 驱动器在带了 32 个节点，配置了 150Ω终端电阻的情况下 ，至少能输出 1.5V 的差分电压一个接收器的输入电阻为 12kΩ，整个网络的等效电路如图 。