RS485

1 特點(diǎn)

　　1.RS-485的電氣特性：采用差分信號負(fù)邏輯，邏輯"0”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示；邏輯"1"以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

　　2.RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

　　3.RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分,接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

　　4.RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100KpbS的傳輸速率下，才可以達(dá)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總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2 接口

　　RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有四線制接法，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

　　另有一個(gè)問題是信號地，上述連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI(電磁兼容性)問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），信號中的共模部分就會以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。

　　由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：（1）通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，對于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。（2）通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴(kuò)展卡。

3 電纜

　　在低速、短距離、無干擾的場合可以采用普通的雙絞線，反之，在高速、長線傳輸時(shí)，則必須采用阻抗匹配（一般為120Ω）的RS485專用電纜（STP-120Ω（forRS485&CAN）onepair18AWG），而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜（ASTP-120Ω（forRS485&CAN）onepair18AWG）。在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上，通信速率在100Kbps及以下時(shí)，RS485的最長傳輸距離可達(dá)1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達(dá)到10.8公里。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是1公里以內(nèi)，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。

　　成瑞RS-485通訊電纜結(jié)構(gòu)圖

4 布網(wǎng)

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

　?。?）采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。有些網(wǎng)絡(luò)連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴(yán)重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質(zhì)量下降。

　　（2）應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會發(fā)生信號的反射。下列幾種情況易產(chǎn)生這種不連續(xù)性：總線的不同區(qū)段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發(fā)器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。

　　在RS485組網(wǎng)過程中另一個(gè)需要注意的問題是終端負(fù)載電阻問題，在設(shè)備少距離短的情況下不加終端負(fù)載電阻整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能很好的工作，但隨著距離的增加性能將降低。理論上，在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí)，只要反射信號在開始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際上難以掌握，美國MAXIM公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時(shí)需要進(jìn)行匹配：當(dāng)信號的轉(zhuǎn)換時(shí)間（上升或下降時(shí)間）超過電信號沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。一般終端匹配采用終端電阻方法，RS-485應(yīng)在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終端電阻在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻，因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個(gè)缺點(diǎn)，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用一只電容C隔斷直流成分可以節(jié)省大部分功率。但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。還有一種采用二極管的匹配方法，這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達(dá)到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能效果顯著。最近兩年一些公司基于部分企業(yè)信息化的實(shí)施已完成，工廠中已經(jīng)鋪設(shè)了延伸到車間每個(gè)辦公室、控制室的局域網(wǎng)的現(xiàn)狀，推出了串口服務(wù)器來取代多串口卡，這主要是利用企業(yè)已有的局域網(wǎng)資源減少線路投資，節(jié)約成本，相當(dāng)于通過tcp/ip把多串口卡放在了現(xiàn)場。

5 長度

　　在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線經(jīng)，從發(fā)生器到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù)，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。下圖所示的最大電纜長度與信號速率的關(guān)系曲線是使用24AWG銅芯雙絞電話電纜（線徑為0.51mm），線間旁路電容為52.5PF/M，終端負(fù)載電阻為100歐時(shí)所得出。（曲線引自GB11014-89附錄A）。由圖中可知，當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率降低到90Kbit/S以下時(shí)，假定最大允許的信號損失為6dBV時(shí)，則電纜長度被限制在1200M。實(shí)際上，圖中的曲線是很保守的，在實(shí)用時(shí)是完全可以取得比它大的電纜長度。當(dāng)使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。例如：當(dāng)數(shù)據(jù)信號速率為600Kbit/S時(shí)，采用24AWG電纜，由圖可知最大電纜長度是200m，若采用19AWG電纜（線徑為0.91mm）則電纜長度將可以大于200m；若采用28AWG電纜（線徑為0.32mm）則電纜長度只能小于200m。

6 總線

　　在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。市場上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。

7 功能

　　PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合ISO/OSI的規(guī)范，只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類型，程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過2臺，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想相互通信息只有通過“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是"從（Slave）"設(shè)備。而現(xiàn)場總線技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護(hù)等問題。

8 區(qū)別

　　RS232,RS422,RS485是電氣標(biāo)準(zhǔn)，主要區(qū)別就是邏輯如何表示。

　　RS232使用-12V表示邏輯1，12V表示邏輯0，全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因?yàn)槭褂媒^對電壓表示邏輯，由于干擾，導(dǎo)線電阻等原因，通訊距離不遠(yuǎn)，低速時(shí)幾十米也是可以的。

　　RS422，在RS232后推出，使用TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個(gè)驅(qū)動器可以驅(qū)動最多10個(gè)接收器（即接收器為1/10單位負(fù)載），通訊距離與通訊速率有關(guān)系，一般距離短時(shí)可以使用高速率進(jìn)行通信，速率低時(shí)可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信，一般可達(dá)數(shù)百上千米。

　　RS485，在RS422后推出，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個(gè)驅(qū)動器的驅(qū)動能力至少可以驅(qū)動32個(gè)接收器（即接收器為1/32單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工485驅(qū)動/接收器對都是標(biāo)：RS422/485的，因?yàn)槿p工RS485的驅(qū)動/接收器對一定可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)。

9 接口理解

　　（1）485通訊接口一個(gè)對通訊接口的硬件描述，它只需要兩根通訊線，既可以在兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接，是半雙工的通訊方式。在某一個(gè)時(shí)刻，一個(gè)設(shè)備只能進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。

　　（2）硬件通訊接口建立后，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?span id="1xy77au" class='hrefStyle'>儀表之間需要約定一個(gè)數(shù)據(jù)協(xié)議，以使接收端能夠解析收到的數(shù)據(jù)，這便是“協(xié)議”的概念。

　?。?）通訊協(xié)議有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議格式，如“ModBus”協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議內(nèi)容全面，包含的內(nèi)容很多，但不易理解。由此，可以定義了一種協(xié)議，簡單實(shí)用，這便是“自定義協(xié)議”。

　?。?）包括ModBus協(xié)議、自定義協(xié)議。氣渦輪兼容兩種協(xié)議格式。