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RS485总线浅析

2016-11-09 来源:eefocus

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—电子产业协会和TIA—通讯产业协会。EIA 曾经在它所有标准前面加上RS 前缀英文Rcommended standard 的缩写,因此很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规,已成为业界应用最为广泛的标准通讯接口之一。这种通讯接口答应在简单的一对双绞线上进行多点双向通讯,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相比的。正由于此,很多不同领域都采用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讯协议。


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)
 
答应的收发器数目
 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
 
最大输进电流
 1.0mA/12Vin
 
-0.8mA/-7Vin
  
 
驱动器输出阻抗
 54欧
 
输进端电容
 ≤50pF
 
接收器输进灵敏度
 ±200mV
 
接收器最小输进阻抗
 12k
 
接收器输进电压范围
 -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进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。而且其速率与通讯间隔有直接关系,
当达到数百米以上通讯间隔时,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、长间隔
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,
而且又难以判定其故障位置。
● RS485 总线采用主机轮询方式,这样会造成以下的弊端:
1) 通讯的吞吐量较低,不适用于通讯量要求较大(或均匀通讯量较低,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讯时,必须通过主机,增加了从机间通讯的难度及主机负担。
● RS485 总线长间隔传输(1200 米以上)时一般暴露于户外,极易由于雷击等原因引进过电
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
过压引进,就会击穿损坏。通讯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 总线安装布线留意事项
● 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。
● 留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 总线长间隔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 接地留意事项:
1) 共模干扰题目: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讯的稳定可靠,甚至损坏接口。
2) EMI 电磁干扰题目: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 总线长间隔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 总线上每个通讯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讯功能


RS485 电路基本接线如图 0.1 所示:
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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封闭它的发送驱动器,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)。
● 通讯间隔短、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。

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