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RS485总线

来源:上海万普线缆有限公司浏览量:载入中...发布时间:2018.05.03


RS485总线

rs-485采用半双工工作方式,支持多种数据通信rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络。

rs-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mv的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 有些rs-485收发器修改输入阻抗以便允许将多达8倍以上的节点数连接到相同总线。rs-485最常见的应用是在工业环境下可编程逻辑控制器内部之间的通信。

总线标准

rs-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信:发送端将串行口的ttl电平信号转换成差分信号a,b两路输出,经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成ttl电平信号。由于传输线通常使用双绞线,又是差分传输,所以有极强的抗共模干扰的能力,总线收发器灵敏度很高,可以检测到低至200mv电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。rs-485最大的通信距离约为1219m,最大传输速率为10mb/s,传输速率与传输距离成反比,在100kb/s的传输速率下,才可以达到最大的通信距离,如果需传输更长的距离,需要加485中继器。rs-485采用半双工工作方式,支持多种数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构,就必须使用485中继器或者485集线器才可以。rs-485总线一般最大支持32个节点,如果使用特制的485芯片,可以达到128个或者256个节点,最大的可以支持到400个节点。

总线的理论

在自动化领域,随着分布式控制系统的发展,迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。在rs-422标准的基础上,eia研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的rs-485总线标准。  rs-485标准采有用平衡式发送,差分式接收的数据收发器来驱动总线,具体规格要求:  

1.接收器的输入电阻rin≥12kΩ  

2.驱动器能输出±7v的共模电压  

3.输入端的电容≤50pf  

4.在节点数为32个,配置了120Ω的终端电阻的情况下,驱动器至少还能输出电压1.5v(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)

5.接收器的输入灵敏度为200mv(即(v+)-(v-)≥0.2v,表示信号"0";(v+)-(v-)≤-0.2v,表示信号"1")因为rs-485的远距离、多节点(32个)以及传输线成本低的特性,使得eia rs-485成为工业应用中数据传输的首选标准。基于此,rs-485的自动化领域的应用非常广泛,但是在实际工程中rs-485总线运用仍然存在着很多问题,影响了工程的质量,为工程施工带来了很多的不方便。

总线布线规范

1.485总线必须要接地

在很多技术文档中,都提到485总线必须要接地,但是没有详细的提出如何接地。严格的说,485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有一个点接地,不能多点接地,因为将其接地是因为要将地线(一般都是屏蔽线作地线)上的电压保持一致,防止共模干扰,如果多点接地适得其反。可靠接地时整个485线路的地线必须要有良好的接触,从而保证电压一致,因为在实际施工中,为了接线方便,将线剪成多段再连接,但是没有将屏蔽线作良好的连接,从而使得其地线分成了多段,电压不能保持一致,导致共模干扰。

2.485信号线不可以和强电电源线一同走线

在实际施工当中,由于走线都是通过管线走的,施工方有的时候为了图方便,直接将485信号线和电源线绑在一起,由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰,从而导致485信号不稳定,导致通信不稳定。

3.选择合格的电缆

由于原材料价格上涨,导致现在市场上的线材鱼龙混杂,有不良商人利用某种合金来顶替铜丝来做网线,在外面镀铜以蒙混客户。具体区别方法:看网线截面,如果是铜色的话,就是铜丝,如为白色,则是用合金以次充好。合金一般比较脆,容易断,而且导电性远不如铜丝,很容易在工程施工中造成问题。线材一般建议选择标准的485线,其为屏蔽双绞线,传输线不是像网线那样为单股的铜丝,而是多股铜丝绞在一起形成一根线,从而即使某根小铜丝断掉,也不会影响整个的使用。

4.485信号线可以使用屏蔽线作为布线,也可以使用非屏蔽线作为布线。

由于485信号是利用差模传输的,即由485+与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有一个干扰源对其进行干扰,使用双绞线进行485信号传输的时候,由于其双绞,干扰对于485+,485-的干扰效果都是一样的,那电压差依然是不变的,对于485信号的干扰缩到了最小。同样的道理,如果有屏蔽线起到屏蔽作用的话,外部干扰源对于其的干扰影响也可以尽可能的缩小。

5.485布线不可以布置成星型接线与树形接线。

485布线规范是必须要手牵手的布线,一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接,很容易造成信号反射导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中,使用了星型接线和树形接线,有的时候整个系统非常稳定,但是有的时候则总是出现问题,又很难查找原因,一般都是由于不规范布线所引起的。如果由于现场的限制,必须要进行星型连接或者树形连接,则必须配置485集线器来保证系统通讯稳定。

总线基本特性

根据RS485工业总线标准,RS485工业总线为特性阻抗120Ω的半双工通讯总线,其最大负载能力为32个有效负载(包括主控设备与被控设置)

当使用较细的通讯电缆,或者在电磁干扰较强的环境使用本产品,或者总线上连接有较多的设备时,最大传输距离相应缩短;反之,最大距离加长。

主干网上的设备,如围墙机、管理机、主机等均分配一个ID号,即通信联络地址。主干网对讲线,一般都是用一芯线(地线除外),是一种半双工方式。视频用一根同轴电缆。如果要求有多对访客住户同时进行对讲(所谓多通道),则必须增加音频线和视频线。

主机(副机)与分机一般不能直接连接,中间必须增加解码器,这有利于系统的稳定和增强抗干扰能力。

主机(副机)与解码器均通过一个叫做网络联接器的设备在弱电井内连接,解码器与解码器之间总线方式或是星型方式连接。每个解码器也有一个ID号,是主机与之通信的联络地址。(二进制编码)

主机与解码器之间的连线,叫楼内总干线,所用电缆芯数因厂家不同而有所区别。

rs-485总线运用存在的问题

1.阻抗不连续信号:在传输过程中如果遇到阻抗突变,信号在这个地方就会引起反射,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,就是尽量保持传输线阻抗连续,实际工程中在电缆线的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻的原理就是为了减小信号反射。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,就能有效的减少信号反射。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。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。这种情况是无法改变的,只有尽量去避免它。

2.rs-485接地问题:仅仅用一对双绞线将各个接口的ab端连接起来,而不对rs-485通信链路的信号接地,在某些情况下也可以工作,但给系统埋下了隐患。rs-485接口采用差分方式传输信号并不需要对于某个参照点来检测信号系统,只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是收发器只有在共模电压不超出一定范围(-7v+12v)的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围,就会影响通信的可靠直至损坏接口。如图1所示,当发送器a向接收器b发送数据时,发送器a的输出共模电压为vos,由于两个系统具有各自独立的接地系统存在着地电位差vgpd,那么接收器输入端的共模电压就会达到vcm=vos+vgpdrs-485标准规定vos≤3v,但vgpd可能会有很大幅度(十几伏甚至数十伏),并可能伴有强干扰信号致使接收器共模输入vcm超出正常围,在信号线上产生干扰电流轻则影响正常通信,重则损坏设备。  

3rs-485的总线结构及传输距离: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。在使用rs485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。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,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。



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