RS 485常用总线设计方法及故障处理.docx

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1、在MCU之间中长距离通信的诸多方案中，RS-485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测等领域。但RS-485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷，一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。-、RS-485接口电路的硬件设计1、总线匹配总线匹配有两种方法，一种是加匹配电阻。位于总线两端的差分端口，VA与VB之间应跨接120Q匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。但匹配电阻要消耗较大电流，不适用于功耗限制严格的系统。另外一种比较省电的匹配方

2、案是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中。除上述两种外还有一种采用二极管的匹配方案，这种方案虽未实现真正的匹配，但它利用二极管的钳位作用，迅速削弱反射信号达到改善信号质量的目的，节能效果显著。2、Ro及DI端配置上拉电阻异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接IOkQ上拉电阻。3、保证系统上电时的RS-485芯片处于接收输入状态对于收发控制端TC建议采用MCU引脚通过反相器进行控制，不宜

3、采用MCU引脚直接进行控制，以防止MCU上电时对总线的干扰。4、总线隔离RS485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。通常在VA、VB与总线之间各串接一只4-10的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以消除线路浪涌干扰。如没有PTC电阻和TVS二极管，可用普通电阻和稳压管代替。5、合理选用芯片例如，对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用Tl的751.BCI84等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用SIPEX的SP485Ro二、RS-485Pq络配置1、网络节点数网络节点数与所选RS485芯片驱动能力和

4、接收器的输入阻抗有关，如751.BCI84标称最大值为64点，SP485R标称最大值为400点。实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。例如：751.BC184运用在500m分布内的RS-485网络上节点数超过50或速率大于9.6kbs时，工作可靠性明显下降。通常推荐节点数按RS-485芯片最大值的70%选取，传输速率在1200-9600bs之间选取。通信距离Ikm以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800bs最佳。通信距离Ikm以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输可靠性。2、节点与主干距离理论上讲，RS-485节点与

5、主干之间距离（T头，也称引出线）越短越好。T头小于IOmo的节点采用T型，连接对网络匹配并无太大影响，可放心使用，但对于节点间距非常小（小于1m,如1.ED模块组合屏）应采用星型连接，若采用T型或串珠型连接就不能正常工作。RS-485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机（PC）应置于一端，不要置于中间而形成主干的T型分布。三、提高RS-485通信效率RS-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于RS-232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。1、总线稳态控制（握手信号）大多数使用者选择在数据发送前ImS将收发控制端TC置成

6、高电平，使总线进入稳定的发送状态后才发送数据；数据发送完毕再延迟ImS后置TC端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。使用TC端的延时有4个机器周期己满足要求。2、为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时;应尽量减少特征字和校验字惯用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20-30字节。在RS-485系统中这样的协议不太简练。推荐用户使用MoDBUS协议，该协议己广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。四、RS-485接口电路的电源、接地对于由MCU结合RS-485微系统组建的测控网络，应优先采用各微系统独立供电方案，最好

7、不要采用一台大电源给微系统并联供电，同时电源线（交直流）不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。RS-485信号线宜选用截面积0.75平方毫米以上双绞线而不是平直线。对于每个小容量直流电源选用线性电源1.M7805比选用开关电源更合适。当然应注意1.M7805的保护：1、1.M7805输入端与地应跨接220-1000的电解电容；2、1.M7805输入端与输出端反接1N4007二极管；3、1.M7805输出端与地应跨接470-1000的电解电容和104PF独石电容并反接1N4007二极管：4、输入电压以8-1OV为佳，最大允许范围为6.5-24V。可选用Tl的PT5100替代1.M7805,

8、以实现9-38V的超宽电压输入。五、光电隔离在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于-7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过光S将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径可分为：1、用光藕、带隔离的DC-DC、RS-485芯片构筑电路；2、使用二次集成芯片，如PS1480、MAXI480等。六、RS-48

9、5系统的常见故障及处理方法RS-485是一种低成本、易操作的通信系统，但是稳定性弱同时相互牵制性强，通常有一个节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪，而且又难以判断。故向读者介绍一些维护RS-485的常用方法。1、若出现系统完全瘫痪，大多因为某节点芯片的VA、VB对电源击穿，使用万用表测VA、VB间差模电压为零，而对地的共模电压大于3V,此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远；2、总线连续几个节点不能正常工作。一般是由其中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致邻近的2-3个节点（一般为后续）无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该

10、节点故障；3、集中供电的RS-485系统在上电时常常出现部分节点不正常，但每次又不完全一样。这是由于对RS-485的收发控制端TC设计不合理，造成微系统上电时节点收发状态棍乱从而导致总线堵塞。改进的方法是将各微系统加装电源开关然后分别上电；4、系统基本正常但偶尔会出现通信失败。一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，最好改变走线或增加中继模块。应急方法之一是将出现失败的节点更换成性能更优异的芯片5、因MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉死一片。提醒读者不要忘记对TC端的检查。尽管RS-485规定差模电压大于20OmV即能正常工作。但实际测量：一个运行良好的系统其差模电压一般在

11、1.2V左右（因网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8-1.5V范围内。RS-485作为最常用的现场总线技术采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，因其硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点被广泛应用于工厂自动化、工业控制、能源安全监测、水利自动报测等领域。但RS-485总线在一些设计及使用过程中的细节问题处理不当时也会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RSY85总线的运行可靠性至关重要。RS-485接口电路的硬件设计1 .总线匹配方案一：在位于总线两端的差分端口，A+与B.之间跨接120C匹配电阻，减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，抑制噪声干扰。但匹配电阻要消耗较大

12、电流，不适用于功耗限制严格的系统；方案二：比较省电的匹配方案是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中；方案三：采用二极管匹配，利用二极管的钳位作用，迅速削弱反射信号达到改善信号质量的目的，节能效果显著。2 .RO及Dl端配置上拉电阻异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接IOkC上拉电阻。3 .保证上电时芯片状态正确对于收发控制端TC建议采用MCU引脚通过反相器进行控制，不宜采用MCU引

13、脚直接进行控制，以防止MCU上电时对总线的干扰，保证系统上电时的RS-485芯片处于接收输入状态。4 .总线隔离RS-485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口A+、B-与总线之间应加以隔离。通常在A+、B-与总线之间各串接一只4IoQ的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以消除线路浪涌干扰。如没有PTC电阻和TVS二极管，可用普通电阻和稳压管代替。5 .合理选用芯片设备使用场景可能会遇到强电磁（雷电）冲击时，建议选用防雷击芯片。RS-485网络配置1 .网络节点数网络节点数与所选RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，实际使用时

14、，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。通常推荐节点数按RS-485芯片最大值的70%选取,传输速率在12009600bs之间选取。通信距离Ikm以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800bs最佳。通信距离Ikm以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输可靠性。2 .节点与主干距离理论上讲，RS-485节点与主干之间距离（T头，也称引出线）越短越好。T头小于IOmo的节点采用T型，连接对网络匹配并无太大影响，可放心使用，但对于节点间距非常小（小于1m,如1.ED模块组合屏）应采用星型连接，若采用T型或串珠型连接就不能正常工作。RS-4

15、85是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机（PC）应置于一端，不要置于中间而形成主干的T型分布。提高RS-485通信效率RS-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于RS-232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。1 .稳态控制总线稳态控制（握手信号）大多数使用者选择在数据发送前ImS将收发控制端TC置成高电平，使总线进入稳定的发送状态后才发送数据；数据发送完毕再延迟ImS后置TC端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。使用TC端的延时有4个机器周期已满足要求。2 .传输质量为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，

16、应尽量减少特征字和校验字惯用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20-30字节。在RS-485系统中这样的协议不太简练。推荐用户使用ModbUS协议，该协议己广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。RS-485接口电路的电源、接地对于由MCU结合RS-485微系统组建的测控网络，应优先采用各微系统独立供电方案，最好不要采用一台大电源给微系统并联供电，同时电源线（交直流）不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。RS-485信号线宜选用截面积0.75平方亳米以上双绞线而不是平直线。对于每个小容量直流电源选用线性电源比选用开关电源更合适。光电隔离在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电