
RS-485
智慧型仪表随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来,现在世界仪表市场基本被智慧型仪表所垄断,这归结于企业信息化的需要,而企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能,随后出现的RS485解决了这个问题。
基本介绍
- 中文名:RS-485
- 外文名:RS-485
- 时间:1983年
- 相关:单片机技术
- 原因:企业信息化的需要
- 属于:通信接口
定义
RS-485又名TIA-485-A, ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。
RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标準,该标準由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标準的数字通信网路能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得廉价本地网路以及多支路通信链路的配置成为可能。[s1]
RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少採用,现在多採用的是两线制接线方式,这种接线方式为汇流排式拓扑结构,在同一汇流排上最多可以挂接32个节点。
在RS485通信网路中一般採用的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。很多情况下,连线RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连线起来,而忽略了信号地的连线,这种连线方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,原因1是共模干扰:RS-485接口採用差分方式传输信号方式,并不需要相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,但容易忽视了收发器有一定的共模电压範围,RS-485收发器共模电压範围为-7到+12V,只有满足上述条件,整个网路才能正常工作;当网路线路中共模电压超出此範围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口;原因二是EMI的问题:传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,整个汇流排就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
2.
电缆
在低速、短距离、无干扰的场合可以採用普通的双绞线,反之,在高速、长线传输时,则必须採用阻抗匹配(一般为120Ω)的RS485专用电缆(STP-120Ω(用于RS485 & CAN)一对18AWG),而在干扰恶劣的环境下还应採用铠装型双绞禁止电缆(ASTP-120Ω(用于RS485 & CAN)一对18AWG)。
在使用RS485接口时,对于特定的传输线路,从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。理论上,通信速率在100Kbps及以下时,RS485的最长传输距离可达1200米,但在实际套用中传输的距离也因晶片及电缆的传输特性而有所差异。在传输过程中可以採用增加中继的方法对信号进行放大,最多可以加八个中继,也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到10.8公里。如果确实需要长距离传输,可以採用光纤为传播介质,收发两端各加一个光电转换器,多模光纤的传输距离是5到10公里,而採用单模光纤可达50公里的传播距离。
RS-485通讯电缆结构图

3.
我们把工业网路归结为三类:RS485网路、HART网路和现场汇流排网路。
HART网路:HART是由现在的艾默生提出一个过度性汇流排标準,主要是在4~20毫安电流信号上面叠加数位讯号,物理层採用BELL202频移键控技术,以实现部分智慧型仪表的功能,但此协定不是一个真正意义上开放的标準。
现场汇流排网路:现场汇流排技术被誉为自动化领域的计算机区域网路。现场汇流排是连线设定在控制现场的仪表与设定在控制室内的控制设备的数位化、串列、多站通信的网路。其关键标誌是能支持双向、多节点、汇流排式的全数字通信。现场汇流排技术的出现是传统的控制系统结构产生了革命性的变化,使自控系统朝着智慧型化、数位化、信息化、网路化、分散化的方向迈进,形成新型的网路集成式全分散式控制系统,即现场汇流排控制系统FCS(Fieldbus Control System)。
RS485网路:RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式,实施简单方便 ,支持RS485的仪表很多。
布网
网路拓扑一般採用终端匹配的汇流排型结构。在构建网路时,应注意如下几点:
(1)採用一条双绞线电缆作汇流排,将各个节点串接起来,从汇流排到每个节点的引出线长度应儘量短,以便使引出线中的反射信号对汇流排信号的影响最低。有些网路连线儘管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,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,会造成信号质量下降。
(2)应注意汇流排特性阻抗的连续性,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:汇流排的不同区段採用了不同电缆,或某一段汇流排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汇流排。总之,应该提供一条单一、连续的信号通道作为汇流排。
(3)注意终端负载电阻问题,在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网路能很好的工作,但随着距离的增加性能将降低。理论上,在每个接收数据信号的中点进行採样时,只要反射信号在开始採样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握,美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什幺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)超过电信号沿汇流排单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。
一般终端匹配採用终端电阻方法,RS-485应在汇流排电缆的开始和末端都并接终端电阻。终端电阻在RS-485网路中取120Ω。相当于电缆特性阻抗的电阻,因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100~120Ω。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功率,对于功耗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式是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衷。还有一种採用二极体的匹配方法,这种方案虽未实现真正的“匹配”,但它利用二极体的钳位作用能迅速削弱反射信号,达到改善信号质量的目的,节能效果显着。
4.