RS485總線

RS485總線

總線型結構
rs-485采用半雙工工作方式,支持多點數據通信。rs-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線将各個節點串接起來,不支持環形或星型網絡。rs-485采用平衡發送和差分接收,因此具有抑制共模幹擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度,能檢測低至200mv的電壓,故傳輸信号能在千米以外得到恢複。有些rs-485收發器修改輸入阻抗以便允許将多達8倍以上的節點數連接到相同總線。rs-485最常見的應用是在工業環境下可編程邏輯控制器内部之間的通信。
    中文名:RS485總線 外文名: 适用領域: 所屬學科: 英文名:RS485 bus 領域:通訊 方式:平衡發送和差分接收

标準

rs-485采用平衡發送和差分接收方式實現通信:發送端将串行口的ttl電平信号轉換成差分信号a,b兩路輸出,經過線纜傳輸之後在接收端将差分信号還原成ttl電平信号。由于傳輸線通常使用雙絞線,又是差分傳輸,所以又極強的抗共模幹擾的能力,總線收發器靈敏度很高,可以檢測到低至200mv電壓。故傳輸信号在千米之外都是可以恢複。rs-485最大的通信距離約為1219m,最大傳輸速率為10mb/s,傳輸速率與傳輸距離成反比,在100kb/s的傳輸速率下,才可以達到最大的通信距離,如果需傳輸更長的距離,需要加485中繼器。rs-485采用半雙工工作方式,支持多點數據通信。

rs-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線将各個節點串接起來,不支持環形或星型網絡。如果需要使用星型結構,就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。rs-485總線一般最大支持32個節點,如果使用特制的485芯片,可以達到128個或者256個節點,最大的可以支持到400個節點。

理論

在自動化領域,随着分布式控制系統的發展,迫切需要一種總線能适合遠距離的數字通信。在rs-422标準的基礎上,eia研究出了一種支持多節點、遠距離和接收高靈敏度的rs-485總線标準。

rs-485标準采有用平衡式發送,差分式接收的數據收發器來驅動總線,具體規格要求: 

1. 接收器的輸入電阻rin≥12kΩ 

2. 驅動器能輸出±7v的共模電壓 

3.輸入端的電容≤50pf 

4. 在節點數為32個,配置了120Ω的終端電阻的情況下,驅動器至少還能輸出電壓1.5v(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數有關) 

5.接收器的輸入靈敏度為200mv(即(v+)-(v-)≥0.2v,表示信号"0";(v+)-(v-)≤-0.2v,表示信号"1") 

因為rs-485的遠距離、多節點(32個)以及傳輸線成本低的特性,使得eia rs-485成為工業應用中數據傳輸的首選标準。基于此,rs-485的自動化領域的應用非常廣泛,但是在實際工程中rs-485總線運用仍然存在着很多問題,影響了工程的質量,為工程施工帶來了很多的不方便。

布線規範

1.485總線必須要接地。在很多技術文檔中,都提到485總線必須要接地,但是沒有詳細的提出如何接地。嚴格的說,485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上隻能是有一個點接地,不能多點接地,因為将其接地是因為要将地線(一般都是屏蔽線作地線)上的電壓保持一緻,防止共模幹擾,如果多點接地适得其反。可靠接地時整個485線路的地線必須要有良好的接觸,從而保證電壓一緻,因為在實際施工中,為了接線方便,将線剪成多段再連接,但是沒有将屏蔽線作良好的連接,從而使得其地線分成了多段,電壓不能保持一緻,導緻共模幹擾。 

2.485信号線可以和強電電源線一同走線。在實際施工當中,由于走線都是通過管線走的,施工方有的時候為了圖方便,直接将485信号線和電源線綁在一起,由于強電具有強烈的電磁信号對弱電進行幹擾,從而導緻485信号不穩定,導緻通信不穩定。 

3.選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網線就可以。由于原材料價格上漲,導緻現在市場上的線材魚龍混雜,有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網線,在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區别方法:看網線截面,如果是銅色的話,就是銅絲,如為白色,則是用合金以次充好。合金一般比較脆,容易斷,而且導電性遠不如銅絲,很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇标準的485線,其為屏蔽雙絞線,傳輸線不是像網線那樣為單股的銅絲,而是多股銅絲絞在一起形成一根線,從而即使某根小銅絲斷掉,也不會影響整個的使用。 

4.485信号線可以使用平行線作為布線,也可以使用非屏蔽線作為布線。由于485信号是利用差模傳輸的,即由485+與485-的電壓差來作為信号傳輸。如果外部有一個幹擾源對其進行幹擾,使用雙絞線進行485信号傳輸的時候,由于其雙絞,幹擾對于485+,485-的幹擾效果都是一樣的,那電壓差依然是不變的,對于485信号的幹擾縮到了最小。同樣的道理,如果有屏蔽線起到屏蔽作用的話,外部幹擾源對于其的幹擾影響也可以盡可能的縮小。 

5.485布線可以任意布設成星型接線與樹形接線。485布線規範是必須要手牽手的布線,一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設成星型連接和樹形連接,很容易造成信号反射導緻總線不穩定。很多施工方在485布線過程中,使用了星型接線和樹形接線,有的時候整個系統非常穩定,但是有的時候則總是出現問題,又很難查找原因,一般都是由于不規範布線所引起的。如果由于現場的限制,必須要進行星型連接或者樹形連接,可以使用深圳市富永通科技有限公司的485集線器和485中繼器解決相關問題,相關參考頁面如下:485總線星型連接,485總線樹形拓撲結構。

應用

RS485傳輸距離大,速率快,能夠很好的抑制高噪聲,是電力抄表系統通信采用的主要方式。為了檢測抄表設備RS485總線的工作性能,設計并開發了面向集抄終端和智能電表接口測試的RS485總線接口性能測試儀。該測試儀由硬件和軟件部分構成,具有高精度AD采樣及實時數據的存儲和分析功能,能夠實現電表通信線工作特性精确采集和在線故障準确分析。實際測試數據表明,所測得RS485總線的各個特性參數誤差在5%以内,對通信無消極影響,符合行業标準,與傳統的接口性能測試方法相比,有效降低了檢測時間和成本。

特性

根據RS485工業總線标準,RS485工業總線為特性阻抗120Ω的半雙工通訊總線,其最大負載能力為32個有效負載(包括主控設備與被控設置)。

當使用較細的通訊電纜,或者在電磁幹擾較強的環境使用本産品,或者總線上連接有較多的設備時,最大傳輸距離相應縮短;反之,最大距離加長。

主幹網上的設備,如圍牆機、管理機、主機等均分配一個ID号,即通信聯絡地址。主幹網對講線,一般都是用一芯線(地線除外),是一種半雙工方式。視頻用一根同軸電纜。如果要求有多對訪客住戶同時進行對講(所謂多通道),則必須增加音頻線和視頻線。

主機(副機)與分機一般不能直接連接,中間必須增加解碼器,這有利于系統的穩定和增強抗幹擾能力。

主機(副機)與解碼器均通過一個叫做網絡聯接器的設備在弱電井内連接,解碼器與解碼器之間總線方式或是星型方式連接。每個解碼器也有一個ID号,是主機與之通信的聯絡地址。(二進制編碼)

主機與解碼器之間的連線,叫樓内總幹線,所用電纜芯數因廠家不同而有所區别,如慧銳通R2系統用四芯線,其功能為:二芯為音頻線,一芯為可視對講線,當圍牆機、主機(副機)呼叫住戶時,用此線對講,另一芯為非可視對講線,當總管理機、分管理機或棟管理機與住戶對講時,用此線對講。由于有兩芯對講線,實現了樓内對講雙通道,減少了占線幾率。剩下的兩芯,一為GND,另一為數據通信線,如開鎖、報警等均用此線傳遞信息。

rs-485總線運用存在的問題

1、 阻抗不連續 

信号在傳輸過程中如果遇到阻抗突變,信号在這個地方就會引起反射,這種信号反射的原理,與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法,就是盡量保持傳輸線阻抗連續,實際工程中在電纜線的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻的原理就是為了減小信号反射。

從理論上分析,在傳輸電纜的末端隻要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻,就能有效的減少信号反射。但是,在實現應用中,由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應用環境有關,特性阻抗不可能與終端電阻完全相等,因此或多或少的信号反射還會存在。信号反射對數據傳輸的影響,歸根結底是因為反射信号觸發了接收器輸入端的比較器,使接收器收到了錯誤的信号,導緻crc校驗錯誤或整個數據幀錯誤。這種情況是無法改變的,隻有盡量去避免它。 

2、rs-485接地問題 

僅僅用一對雙絞線将各個接口的a、b端連接起來,而不對rs-485通信鍊路的信号接地,在某些情況下也可以工作,但給系統埋下了隐患。rs-485接口采用差分方式傳輸信号并不需要對于某個參照點來檢測信号系統,隻需檢測兩線之間的電位差就可以了。但應該注意的是收發器隻有在共模電壓不超出一定範圍(-7v至+12v)的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此範圍,就會影響通信的可靠直至損壞接口。

當發送器a向接收器b發送數據時,發送器a的輸出共模電壓為vos,由于兩個系統具有各自獨立的接地系統存在着地電位差vgpd,那麼接收器輸入端的共模電壓就會達到vcm=vos+vgpd。rs-485标準規定vos≤3v,但vgpd可能會有很大幅度(十幾伏甚至數十伏),并可能伴有強幹擾信号緻使接收器共模輸入vcm超出正常圍,在信号線上産生幹擾電流輕則影響正常通信,重則損壞設備。 

3、rs-485的總線結構及傳輸距離 

rs-485支持半雙工或全雙工模式。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構不支持環形或星形網絡,最好采用一條總線将各個節點串接起來。從總線到每個節點的引出線長度應盡量短,以便使引出線中的反射信号對總線信号的影響最低。在使用rs485接口時,對于特定的傳輸線經,從發生器到負載其數據信号傳輸所允許的最大電纜長度是數據信号速率的函數,這個長度數據主要是受信号失真及噪聲等影響所限制。當數據信号速率降低到90kbit/s以下時,假定最大允許的信号損失為6dbv時,則電纜長度被限制在1200m。

實際上,在實用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。

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