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RS485 总线简介 1.1 RS485 总线简介 RS-485 标准是由两个行业协会共同制订和开发的,即EIA—电子工业协会和TIA—通讯工 业协会。EIA 曾经在它所有标准前面加上RS 前缀英文Rcommended standard 的缩写,因 此许多工程师一直延用这种名称。 1.2 RS485 总线应用场合 RS-485 总线作为一种多点差分数据传输的电气规范,已成为业界应用最为广泛的标准 通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信,它所具有的噪 声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此,许多不 同领域都采用RS-485 作为数据传输链路。例如:汽车电子、电信设备局域网、智能楼宇等 都经常可以见到具有RS-485 接口电路的设备。这项标准得到广泛接受的另外一个原因是它 的通用性RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件电缆或协议,在此基 础上用户可以建立自己的高层通信协议,如MODBUS 协议。 1.3 RS485 总线电气性能 RS485 总线电气性能见表 0.1: 表 0.1 RS485 总线电气性能 性能指标 RS485 总线 工作模式 差分传输(平衡传输) 允许的收发器数目 32(受芯片驱动能力限制) 最大电缆长度 4000 英尺(1219 米) 最高数据速率 10Mbps 最小驱动输出电压范围 ±1.5V 最大驱动输出电压范围 ±5V 最大输出短路电流 250mA 最大输入电流 1.0mA/12Vin -0.8mA/-7Vin 驱动器输出阻抗 54 欧 输入端电容 ≤50pF 接收器输入灵敏度 ±200mV 接收器最小输入阻抗 12k 接收器输入电压范围 -7V~+12V 接收器输出逻辑高 >200mV 接收器输出逻辑低 <200mV 1.4 RS485 总线缺点 ● RS485 总线的通讯容量较少,理论上最多仅容许接入32 个设备,不适于以楼宇为结点 的多用户容量要求。 ● RS485 总线的通讯速率低,常用波特率为9600bps。而且其速率与通讯距离有直接关系, 当达到数百米以上通讯距离时,其可靠通讯速率<1200bps。 ● RS485 芯片功耗较大,静态功耗达到2-3mA,工作电流(发送)达到20mA,若加上偏置 电阻及终端电阻,工作电流会更大。增加了线路电压降,不利于远程布线。 ● RS485 总线构成的网络只能以串行布线,不能构成星形等任意分支。串行布线对于小区 实际布线设计及施工造成很大难度,不遵循串行布线规则又将大大降低通讯的稳定性。 ● RS485 总线自身的电气性能决定了其在实际工程应用中稳定性较差,在多节点、长距离 场合需对网络进行阻抗匹配等调试,增添工程复杂性。 ● RS485 总线通常不带隔离,当网络上某一节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪, 而且又难以判断其故障位置。 ● RS485 总线采用主机轮询方式,这样会造成以下的弊端: 1) 通信的吞吐量较低,不适用于通信量要求较大(或平均通信量较低,但呈突发式的) 场合。 2) 系统较大时,实时性较差。 3) 主机不停地轮询各从机,每个从机都必须对主机的所有查询作出分析,以决定是否 回应主机,势必增加各从机的系统开销。 4) 当从机之间需要进行通信时,必须通过主机,增加了从机间通信的难度及主机负担。 ● RS485 总线长距离传输(1200 米以上)时一般暴露于户外,极易因为雷击等原因引入过电 压。RS485 收发器工作电压较低(5V 左右),其本身耐压也非常低(-7V~+12V),一旦 过压引入,就会击穿损坏。通信节点受损后无法恢复,因此必须采取多种措施加以保护。 1.5 RS485 总线安装布线注意事项 ● 采用一条双绞线电缆作总线,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。 ● 注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产 生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆、某一段总线上有过多收发器紧靠在 一起安装,再者是过长的分支线引出到总线。 ● RS485 总线当空闲或开路时,会导致接收器误触发。因此接收器一端应加偏置电阻,将 总线设定在一个确定的状态。 ● RS485 总线长距离通讯时由于阻抗不匹配会引起信号反射,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(通常为120 Ω ),使电缆的阻抗连续。 ● RS485 接地注意事项: 1) 共模干扰问题:RS-485 接口采用差分方式传输信号方式,系统只需检测两线之间的 电位差就可以了。RS-485 收发器共模电压范围为-7~+12V。当网络线路中共模电压超出此 范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。 2) EMI 电磁干扰问题:发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路,如没有 一个低阻的返回通道(信号地),就会以辐射的形式返回源端,整个总线就会像一 个巨大的天线向外辐射电磁波。 因此整个RS-485 网络必须有一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使 共模干扰电压被短路。 ● RS485 总线长距离通讯时易受强信号干扰,所以应加保护措施,可选择的方法如下: 1) 隔离保护方法: 采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离。将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离 层上,不会产生损害性的浪涌电流,起到保护接口的作用。 2) 旁路保护方法: 利用瞬态抑制元件(如TVS、MOV、气体放电管等)将危害性的瞬态能量旁路到大地。 ● RS485 总线上每个通信节点上采取保护措施,如:在每个节点的A、B 线上串联一个10 欧姆的隔离电阻,可以防止某个节点损坏后影响整条线路的通信功能。 1.6 RS485 总线节能方法 ● 减小每帧数据发送量。 ● 收发器处于空闲模式时必须关闭它的发送驱动器,以减小功率消耗。 ● 选择具有失效保护功能的低功耗器件(不需加偏置电阻)。 ● 通讯距离短、通讯速率不高的场合不需加终端电阻。 ● 网络终端采用RC 阻容匹配或肖特基二极管方式代替终端电阻可有效减小电流消耗。