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关于RS485通讯
 

RS-485标准回顾

    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+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

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,不支持环形或星型网络。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。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。

    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MAX487MAX1487的输入电阻增加至48 KΩ以上(1/4UL),节点数就可增加至128个,96 KΩ输入电阻的MAX1483允许节点数可到256个。

    是否对RS-485总线进行终端匹配取决于数据传输速率、电缆长度及信号转换速率。UART是在每个数据位的中点采样数据的,只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。有一条经验性的准则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配;当信号的转换时间(上升或下降时间)超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口MAX483输出信号的上升或下降时间最小为250NS,典型双绞线上的信号传输速率约为0.2M/NS24AWG  PVC电缆),那么只要数据速率在250KBPS以内、电缆长度不超过16,采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。

    当考虑终端匹配时,有多种匹配方案可以选择。最简单的就是在总线两端各接一只阻值等于电缆特性阻抗的电阻。大多数双绞线特性阻抗大约在100Ω120Ω之间。这种匹配方法简单有效,但有一个缺点,匹配电阻要消耗较大电流,对于功耗电量限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方案是RC匹配。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折中。除上述两种外,还有一种采用二极管的匹配方案。这种方案虽未实现真正的匹配,但它利用二极管的钳位作用迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的,节能效果显著。

RS-485/RS-232接口相比有何特点?

  由于RS-232接口标准出现较早,难免有不足之处,主要有以下几点:

1.    接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

2.    传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps

3.    接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。

4.    传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能 用在50左右。

5.    RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器, 即单站能力。

关于RS-485传输线路

    在使用RS-485接口时,对于特定的传输线经,从发生器到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度是数据信号速率的函数,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。最大电缆长度与信号速率的关系曲线是使用24AWG铜芯双绞电话电缆(线 径为0.51mm),线间旁路电容为52.5PF/M,终端负载电阻为100欧时所得出。(曲线引自GB11014-89附录A)。可知,当数据信 号速率降低到90Kbit/S以下时,假定最大允许的信号损失为6dBV时,则电缆长度被限制在1200M。实际上,曲线是很保守的,在实 用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆.则取得的最大电缆长度是不相同的。例 如:当数据信号速率为600Kbit/S,采用24AWG电缆,最 大电缆长度是200m,若采用19AWG电缆(线径为0.91mm)则电缆长度将可以大于200m;若采用28AWG 电缆(线径为0.32mm)则电缆 长度只能小于200m

  通讯线须采用国际上通行的屏蔽双绞线。采用屏蔽双绞线有助于减少和消除两根485通信线之间产生的分布电容以及来自于通讯线周围产生的共模干扰。工程商大都习惯采用5类网线或超5类网线作为485通信线,这是错误的。这是因为:

1.    普通网线没有屏蔽层,不能防止共模干扰。

2.    网线只有0.2mm平方,线径太细,会导致传输距离降低和可挂接的设备减少。

3.    网络线为单股的铜线,相比多芯线而言容易断裂。

  RS485收发器在规定的共模电压-7V+12V之间时,才能正常工作。如果超出此范围会影响通讯,严重的会损坏通讯接口。共模干扰会增大上述共模电压。消除共模干扰的有效手段之一是将485通讯线的屏蔽层用作地线,将机具、电脑等网络中的设备地连接在一起,并由一点可靠地接入大地。

关于RS-485接线方式

  星形结构会产生反射信号,从而影响到485通信。总线到每个终端设备的分支线长度应尽量短,一般不要超出5。分支线如果没有接终端,会有反射信号,对通讯产生较强的干扰,应将其去掉。

  在同一个网络系统中,使用同一种电缆,尽量减少线路中的接点。接点处确保焊接良好,包扎紧密,避免松动和氧化。保证一条单一的、连续的信号通道作为总线。

如何消除线路的干扰

  485通信线由两根双绞的线组成,它是通过两根通信线之间的电压差的方式来传递信号,因此称之为差分电压传输。差模干扰在两根信号线之间传输,属于对称性干扰。消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线;共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括:

1.    采用屏蔽双绞线并有效接地;

2.    强电场的地方还要考虑采用镀锌管屏蔽;

3.    布线时远离高压线,更不能将高压电源线和信号线捆在一起走线;

4.    采用线性稳压电源或高品质的开关电源(纹波干扰小于50mV)

  一般情况下不需要增加终端电阻,只有在485通信距离超过300的情况下,且使用效果明显的情况下,要在485通讯的开始端和结束端增加终端电阻。

如何延长485的通讯距离

  485网络的规范之一是1.2公里长度,32个节点数。如果超出了这个限制,那么必须采用485中继器或485集线器来拓展网络距离或节点数。利用485中继器或485集线器,可以将一个大型485网络分隔成若干个网段。485中继器或485集线器就如同485网段之间连接的桥梁。当然每个网段还是遵循上面的485规范,即1.2公里长度,32个节点数。