隨著數字技術的發展和計算機日益廣泛的應用,現在一個係統往往由多台計算機組成,需要解決多站、遠距離通信的問題。在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用rs-485收發器。rs-485收發器采用平衡發送和差分接收,因此具有抑製共模幹擾的能力,加上接收器具有高的靈敏度,能檢測低達200mv的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢複。使用rs-485總線,一對雙絞線就能實現多站聯網,構成分布式係統,設備簡單、價格低廉、能進行長距離通信的優點使其得到了廣泛的應用
2、rs-485總線的理論
在自動化領域,隨著分布式控製係統的發展,迫切需要一種總線能適合遠距離的數字通信。在rs-422標準的基礎上,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總線標準。
rs-485標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:
接收器的輸入電阻rin≥12kω
驅動器能輸出±7v的共模電壓
輸入端的電容≤50pf
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)
接收器的輸入靈敏度為200mv(即(v+)-(v-)≥0.2v,表示信號"0";(v+)-(v-)≤-0.2v,表示信號"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標準。基於此,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總線運用仍然存在著很多問題,影響了工程的質量,為工程施工帶來了很多的不方便。
1、 阻抗不連續
信(xin)號(hao)在(zai)傳(chuan)輸(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)如(ru)果(guo)遇(yu)到(dao)阻(zu)抗(kang)突(tu)變(bian),信(xin)號(hao)在(zai)這(zhe)個(ge)地(di)方(fang)就(jiu)會(hui)引(yin)起(qi)反(fan)射(she),這(zhe)種(zhong)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)的(de)原(yuan)理(li),與(yu)光(guang)從(cong)一(yi)種(zhong)媒(mei)質(zhi)進(jin)入(ru)另(ling)一(yi)種(zhong)媒(mei)質(zhi)要(yao)引(yin)起(qi)反(fan)射(she)是(shi)相(xiang)似(si)的(de)。消(xiao)除(chu)這(zhe)種(zhong)反(fan)射(she)的(de)方(fang)法(fa),就(jiu)是(shi)盡(jin)量(liang)保(bao)持(chi)傳(chuan)輸(shu)線(xian)阻(zu)抗(kang)連(lian)續(xu),實(shi)際(ji)工(gong)程(cheng)中(zhong)在(zai)電(dian)纜(lan)線(xian)的(de)末(mo)端(duan)跨(kua)接(jie)一(yi)個(ge)與(yu)電(dian)纜(lan)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)同(tong)樣(yang)大(da)小(xiao)的(de)終(zhong)端(duan)電(dian)阻(zu)的(de)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)。
conglilunshangfenxi,zaichuanshudianlandemoduanzhiyaokuajieleyudianlantexingzukangxiangpipeidezhongduandianzu,jiunengyouxiaodejianshaoxinhaofanshe。danshi,zaishixianyingyongzhong,youyuchuanshudianlandetexingzukangyutongxunbotelvdengyingyonghuanjingyouguan,texingzukangbukenengyuzhongduandianzuwanquanxiangdeng,yincihuoduohuoshaodexinhaofanshehaihuicunzai。xinhaofansheduishujuchuanshudeyingxiang,guigenjiedishiyinweifanshexinhaochufalejieshouqishuruduandebijiaoqi,shijieshouqishoudaolecuowudexinhao,daozhicrc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
僅僅用一對雙絞線將各個接口的a、b端連接起來,而不對rs-485通信鏈路的信號接地,在某些情況下也可以工作,但給係統埋下了隱患。rs-485接(jie)口(kou)采(cai)用(yong)差(cha)分(fen)方(fang)式(shi)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)並(bing)不(bu)需(xu)要(yao)對(dui)於(yu)某(mou)個(ge)參(can)照(zhao)點(dian)來(lai)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)係(xi)統(tong),隻(zhi)需(xu)檢(jian)測(ce)兩(liang)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)位(wei)差(cha)就(jiu)可(ke)以(yi)了(le)。但(dan)應(ying)該(gai)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)收(shou)發(fa)器(qi)隻(zhi)有(you)在(zai)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)不(bu)超(chao)出(chu)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)(-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。如圖1所示,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,由於兩個係統具有各自獨立的接地係統存在著地電位差vgpd,那麼接收器輸入端的共模電壓就會達到vcm=vos+vgpd。rs-485標準規定vos≤3v,但vgpd可能會有很大幅度(十幾伏甚至數十伏),並可能伴有強幹擾信號致使接收器共模輸入vcm超出正常圍,在信號線上產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(zhi)持(chi)半(ban)雙(shuang)工(gong)或(huo)全(quan)雙(shuang)工(gong)模(mo)式(shi)。網(wang)絡(luo)拓(tuo)撲(pu)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)終(zhong)端(duan)匹(pi)配(pei)的(de)總(zong)線(xian)型(xing)結(jie)構(gou)不(bu)支(zhi)持(chi)環(huan)形(xing)或(huo)星(xing)形(xing)網(wang)絡(luo),最(zui)好(hao)采(cai)用(yong)一(yi)條(tiao)總(zong)線(xian)將(jiang)各(ge)個(ge)節(jie)點(dian)串(chuan)接(jie)起(qi)來(lai)。從(cong)總(zong)線(xian)到(dao)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)的(de)引(yin)出(chu)線(xian)長(chang)度(du)應(ying)盡(jin)量(liang)短(duan),以(yi)便(bian)使(shi)引(yin)出(chu)線(xian)中(zhong)的(de)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)對(dui)總(zong)線(xian)信(xin)號(hao)的(de)影(ying)響(xiang)最(zui)低(di)。在(zai)使(shi)用(yong)rs485jiekoushi,duiyutedingdechuanshuxianjing,congfashengqidaofuzaiqishujuxinhaochuanshusuoyunxudezuidadianlanchangdushishujuxinhaosulvdehanshu,zhegechangdushujuzhuyaoshishouxinhaoshizhenjizaoshengdengyingxiangsuoxianzhi。dangshujuxinhaosulvjiangdidao90kbit/s以下時,假定最大允許的信號損失為6dbv時,則電纜長度被限製在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。
3方案設計
以下以一個例子來說明rs-485的應用:
一個大學食堂有三層,有12台pos機,每層樓有4台pos機,他們是rs-485的接口,控製pos機的電腦 接rs-232接口,傳統的解決方案是:
采用這種老式布線結構存在以下幾種缺陷。
1>、rs-485總線受差分信號傳輸特點的限製總線長度一般在1200米左右,采用這種老式布線結構,可布線覆蓋麵積十分有限(一般為幾百平方米)。有時為了拓寬傳輸距離不得不采用中繼器。同時亦加大了布線過程中出現問題的可能性。
2>、一般大型考勤門禁係統都裝有為數眾多的門禁控製器,采用這種老式布線結構,所有門禁控製器共享同一根rs-485總線。當任一控製器rs-485端口短路,都會影響整個門禁係統的正常工作。在眾多的門禁控製器中查找故障所在,不僅加大了工作量,也增加了維護成本。
3>、由於rs-485總線布線比較複雜,在考勤門禁係統中絕大部分工程費用和時間都浪費在布線環節。而rs-485總(zong)線(xian)布(bu)線(xian)的(de)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)與(yu)總(zong)線(xian)的(de)長(chang)短(duan)和(he)設(she)備(bei)的(de)掛(gua)接(jie)數(shu)目(mu)有(you)很(hen)大(da)關(guan)係(xi)。特(te)別(bie)在(zai)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)中(zhong)顯(xian)得(de)由(you)為(wei)突(tu)出(chu)。采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)老(lao)式(shi)布(bu)線(xian)結(jie)構(gou)無(wu)疑(yi)加(jia)大(da)了(le)布(bu)線(xian)的(de)難(nan)度(du)。
4>、由you於yu地di理li環huan境jing的de原yuan因yin,在zai相xiang距ju一yi定ding距ju離li的de設she備bei之zhi間jian總zong是shi存cun在zai地di電dian位wei不bu平ping衡heng的de問wen題ti。有you時shi即ji使shi距ju離li很hen近jin問wen題ti依yi然ran存cun在zai。這zhe種zhong環huan境jing造zao成cheng的de因yin素su,在zai老lao式shi布bu線xian結jie構gou中zhong很hen難nan綜zong合he解jie決jue。甚shen至zhi造zao成cheng整zheng個ge係xi統tong無wu法fa啟qi動dong。雖sui然ran通tong過guo處chu理li地di電dian位wei可ke暫zan時shi解jie決jue部bu分fen問wen題ti,但dan時shi隔ge不bu久jiu同tong樣yang問wen題ti又you會hui再zai次ci出chu現xian。
針(zhen)對(dui)上(shang)麵(mian)出(chu)現(xian)的(de)一(yi)些(xie)缺(que)陷(xian),兆(zhao)越(yue)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)款(kuan)新(xin)產(chan)品(pin),它(ta)采(cai)用(yong)獨(du)特(te)的(de)等(deng)位(wei)分(fen)差(cha)隔(ge)離(li)技(ji)術(shu)和(he)高(gao)效(xiao)的(de)總(zong)線(xian)分(fen)割(ge)集(ji)中(zhong)技(ji)術(shu)能(neng)有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)工(gong)程(cheng)布(bu)線(xian)中(zhong)常(chang)見(jian)的(de)地(di)電(dian)位(wei)差(cha)異(yi)、阻抗匹配及雷擊問題。用戶可以輕易改善rs-485/rs-422總zong線xian結jie構gou,分fen割ge網wang段duan,提ti高gao通tong信xin可ke靠kao性xing。當dang雷lei擊ji或huo者zhe設she備bei故gu障zhang產chan生sheng時shi,出chu現xian問wen題ti的de網wang段duan將jiang被bei隔ge離li,以yi確que保bao其qi他ta網wang段duan的de正zheng常chang工gong作zuo。重zhong新xin的de解jie決jue方fang案an如ru下xia:
應用此方案可以有效的解決采用第一種方案存在的缺陷,它有如下幾點好處:
1>、采用星型結構連接rs-485總線,在有效利用接口的情況下布線覆蓋麵積大大提高(一般為幾平方千米)。
2>、有(you)八(ba)個(ge)下(xia)位(wei)機(ji)端(duan)口(kou),且(qie)每(mei)個(ge)端(duan)口(kou)都(dou)具(ju)有(you)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng),並(bing)能(neng)工(gong)作(zuo)在(zai)關(guan)斷(duan)模(mo)式(shi)。對(dui)大(da)型(xing)考(kao)勤(qin)門(men)禁(jin)係(xi)統(tong),通(tong)過(guo)分(fen)攤(tan)門(men)禁(jin)控(kong)製(zhi)器(qi)到(dao)八(ba)個(ge)端(duan)口(kou)不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)單(dan)個(ge)rs-485總線的負荷,同時有效的提高了整個係統的可靠性。當任一控製器rs-485端口短路,隻會影響其所在rs-485總線係統,不會影響其他接口連接的rs-485係統的正常工作。
3>、可以使得rs-485係統布線過程變的簡單和快潔,從而有效的減少了工程的費用和時間。
4>、各端口間存在3000v隔ge離li。對dui於yu由you環huan境jing問wen題ti帶dai來lai的de布bu線xian問wen題ti,隻zhi需xu把ba問wen題ti顯xian著zhu的de區qu域yu用yong單dan獨du端duan口kou進jin行xing連lian接jie集ji中zhong處chu理li,將jiang會hui有you效xiao的de解jie決jue地di電dian位wei帶dai來lai的de布bu線xian問wen題ti。
4、注意事項
4.1 很多人往往都誤認為rs-422串行接口是rs-485串(chuan)行(xing)接(jie)口(kou)的(de)全(quan)雙(shuang)工(gong)版(ban)本(ben),實(shi)際(ji)上(shang),它(ta)們(men)在(zai)電(dian)器(qi)特(te)性(xing)上(shang)存(cun)在(zai)著(zhe)不(bu)少(shao)差(cha)異(yi),共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)輸(shu)入(ru)電(dian)阻(zu)不(bu)同(tong)使(shi)得(de)該(gai)兩(liang)個(ge)標(biao)準(zhun)適(shi)用(yong)於(yu)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。rs-485串行接口的驅動器可用於rs-422串行接口的應用中,因為rs-485串行接口滿足所有的rs-422串行接口性能參數,反之則不能成立。對於rs-485串行接口的驅動器,共模電壓的輸出範圍是-7v和+12v之間;對於rs-422串行接口的驅動器,該項性能指標僅有±7v。rs-422串行接口接收器的最小輸入電阻是4kω;而rs-485串行接口接收器的最小輸入電阻則是12kω。
4.2 rs-485zongxianzaishijigongchengzhongzongshichuxianyixiejiexiandewenti,zhuyi,zaijiechuanshuxianshiyidingyaoyongtongyangdeshuangjiaoxianhuozhetongyangdedianlan,youxierenyiduanshiyongshuangjiaoxian,youyushuangjiaoxianchangdubugouhuozhezaizhongjianjieshangyiduandianhuaxianhuozheshiqitadexian,zheyangzukangjiubulianxu,chanshenghendadefanshexinhao,tongxindeshibunengzhengchangjinxingde。
5、結束語
rs-485總線,具有高噪聲抑製、寬共模範圍、長傳輸距離、衝突保護等特性,但還需要考慮合理的應用和網絡布局、連續的信號通道、周全的保護措施等,在設計之初就應有總體規劃。隨著光纖通信和以太網技術的發展,rs-485總線的數據傳輸距離會更遠。
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