RS485總線/RS485信號線RS485屏蔽總線電纜
| 添加時間： | 2022-04-16 12:15:33 |
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RS485總線/RS485信號線/RS485屏蔽總線電纜
1.1 RS485 總線簡介
RS-485 標準是由兩個行業(yè)協(xié)會共同制訂和開發(fā)的,即EIA—電子工業(yè)協(xié)會和TIA—通訊工業(yè)協(xié)會。EIA 曾經(jīng)在它所有標準前面加上RS 前綴英文Rcommended standard 的縮寫,因此許多工程師一直延用這種名稱。
RS-485 標準是由兩個行業(yè)協(xié)會共同制訂和開發(fā)的,即EIA—電子工業(yè)協(xié)會和TIA—通訊工業(yè)協(xié)會。EIA 曾經(jīng)在它所有標準前面加上RS 前綴英文Rcommended standard 的縮寫,因此許多工程師一直延用這種名稱。
1.2 RS485 總線應(yīng)用場合
RS-485 總線作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范規(guī),已成為業(yè)界應(yīng)用較為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信,它所具有的噪聲舒緩能力,數(shù)據(jù)傳輸速率,電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此,許多不同領(lǐng)域都采用RS-485 作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車電子,電信設(shè)備局域網(wǎng),智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S-485 接口電路的設(shè)備。這項標準得到廣泛接受的另外一個原因是它的通用性RS-485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定,而不涉及接插件電纜或協(xié)議,在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。
RS-485 總線作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范規(guī),已成為業(yè)界應(yīng)用較為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信,它所具有的噪聲舒緩能力,數(shù)據(jù)傳輸速率,電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此,許多不同領(lǐng)域都采用RS-485 作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車電子,電信設(shè)備局域網(wǎng),智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S-485 接口電路的設(shè)備。這項標準得到廣泛接受的另外一個原因是它的通用性RS-485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定,而不涉及接插件電纜或協(xié)議,在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。
1.3 RS485 總線電氣性能
| 性能指標 | RS485總線 |
| 工作模式 | 差分傳輸（平衡傳輸） |
| 允許的收發(fā)器數(shù)目 | 32（受芯片驅(qū)動能力限制） |
| 較大電纜長度 | 4000英尺（1219米） |
| 較高數(shù)據(jù)速率 | 10Mbps |
| 較小驅(qū)動輸出電壓范圍 | ±1.5V |
| 較大驅(qū)動輸出電壓范圍 | ±5V |
| 較大輸出短路電流 | 250mA |
| 較大輸入電流 | 1.0mA/12Vin |
| -0.8mA/-7Vin | |
| 驅(qū)動器輸出阻抗 | 54歐 |
| 輸入端電容 | ≤50pF |
| 接收器輸入靈敏度 | ±200mV |
| 接收器較小輸入阻抗 | 12k |
| 接收器輸入電壓范圍 | -7V~ 12V |
| 接收器輸出邏輯高 | >200mV |
| 接收器輸出邏輯低 | <200mV |
RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A,B兩路輸出,經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用RIN≥12kΩ
2. 驅(qū)動器能輸出±7V的共模電壓
3.輸入端的電容≤50pF
4. 在節(jié)點數(shù)為32個,配置了120Ω的終端電阻的情況下,驅(qū)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(shù)有關(guān)）
5.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(jié)點（32個）以及傳輸線成本低的特性,使得EIA RS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)選標準?；诖?RS-485的自動化領(lǐng)域的應(yīng)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(zhì)量,為工程施工帶來了很多的不方便。
RS-485總線的理論
1.485總線必須要接地。在很多技術(shù)文檔中,都提到485總線必須要接地,但是沒有詳細的提出如何接地。嚴格的說,485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有一個點接地,不能多點接地,因為將其接地是因為要將地線（一般都是屏蔽線作地線）上的電壓保持一致,防止共模干擾,如果多點接地適得其反?？煽拷拥貢r整個485線路的地線必須要有良好的接觸,從而保證電壓一致,因為在實際施工中,為了接線方便,將線剪成多段再連接,但是沒有將屏蔽線作良好的連接,從而使得其地線分成了多段,電壓不能保持一致,導(dǎo)致共模干擾。
2.485信號線可以和強電電源線一同走線。在實際施工當中,由于走線都是通過管線走的,施工方有的時候為了圖方便,直接將485信號線和電源線綁在一起,由于強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾,從而導(dǎo)致485信號不穩(wěn)定,導(dǎo)致通信不穩(wěn)定。
3.選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網(wǎng)線就可以。由于原材料價格上漲,導(dǎo)致現(xiàn)在市場上的線材魚龍混雜,有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網(wǎng)線,在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區(qū)別方法：看網(wǎng)線截面,如果是銅色的話,就是銅絲,如為白色,則是用合金以次充好。合金一般比較脆,容易斷,而且導(dǎo)電性遠不如銅絲,很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇標準的485線,其為屏蔽雙絞線,傳輸線不是像網(wǎng)線那樣為單股的銅絲,而是多股銅絲絞在一起形成一根線,從而即使某根小銅絲斷掉,也不會影響整個的使用。
4.485信號線可以使用平行線作為布線,也可以使用非屏蔽線作為布線。由于485信號是利用差模傳輸?shù)?即由485 與485-的電壓差來作為信號傳輸。如果外部有一個干擾源對其進行干擾,使用雙絞線進行485信號傳輸?shù)臅r候,由于其雙絞,干擾對于485 ,485-的干擾效果都是一樣的,那電壓差依然是不變的,對于485信號的干擾縮到了較小。同樣的道理,如果有屏蔽線起到屏蔽作用的話,外部干擾源對于其的干擾影響也可以盡可能的縮小。
5.485布線可以任意布設(shè)成星型接線與樹形接線。485布線規(guī)范是必須要手牽手的布線,一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設(shè)成星型連接和樹形連接,很容易造成信號反射導(dǎo)致總線不穩(wěn)定。很多施工方在485布線過程中,使用了星型接線和樹形接線,有的時候整個系統(tǒng)非常穩(wěn)定,但是有的時候則總是出現(xiàn)問題,又很難查找原因,一般都是由于不規(guī)范布線所引起的。
RS485總線布線規(guī)范
1, 阻抗不連續(xù)
信號在傳輸過程中如果遇到阻抗突變,信號在這個地方就會引起反射,這種信號反射的原理,與光從一種媒質(zhì)進入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法,就是盡量保持傳輸線阻抗連續(xù),實際工程中在電纜線的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻的原理就是為了減小信號反射。
從理論上分析,在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻,就能有效的減少信號反射。但是,在實現(xiàn)應(yīng)用中,由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應(yīng)用環(huán)境有關(guān),特性阻抗不可能與終端電阻完全相等,因此或多或少的信號反射還會存在。信號反射對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?歸根結(jié)底是因為反射信號觸發(fā)了接收器輸入端的比較器,使接收器收到了錯誤的信號,導(dǎo)致CRC校驗錯誤或整個數(shù)據(jù)幀錯誤。這種情況是無法改變的,只有盡量去避免它。
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,但給系統(tǒng)埋下了隱患。RS-485接口采用差分方式傳輸信號并不需要對于某個參照點來檢測信號系統(tǒng),只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但應(yīng)該注意的是收發(fā)器只有在共模電壓不超出一定范圍（-7V至 12V）的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此范圍,就會影響通信的可靠直至損壞接口。如圖1所示,當發(fā)送器A向接收器B發(fā)送數(shù)據(jù)時,發(fā)送器A的輸出共模電壓為VOS,由于兩個系統(tǒng)具有各自單獨的接地系統(tǒng)存在著地電位差VGPD,那么接收器輸入端的共模電壓就會達到VCM=VOS VGPD。RS-485標準規(guī)定VOS≤3V,但VGPD可能會有很大幅度（十幾伏甚至數(shù)十伏）,并可能伴有強干擾信號致使接收器共模輸入VCM超出正常圍,在信號線上產(chǎn)生干擾電流輕則影響正常通信,重則損壞設(shè)備。
3,RS-485的總線結(jié)構(gòu)及傳輸距離
RS-485支持半雙工或全雙工模式。網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò),較好采用一條總線將各個節(jié)點串接起來。從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短,以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響較低。在使用RS485接口時,對于特定的傳輸線經(jīng),從發(fā)生器到負載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的較大電纜長度是數(shù)據(jù)信號速率的函數(shù),這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。當數(shù)據(jù)信號速率降低到90Kbit/S以下時,假定較大允許的信號損失為6dBV時,則電纜長度被限制在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。則取得的較大電纜長度是不相同的。
1.4 RS485 總線缺點
● RS485 總線的通訊容量較少,理論上較多僅容許接入32 個設(shè)備,不適于以樓宇為結(jié)點
的多用戶容量要求。
● RS485 總線的通訊速率低,常用波特率為9600bps。而且其速率與通訊距離有直接關(guān)系,
當達到數(shù)百米以上通訊距離時,其可靠通訊速率<1200bps。
● RS485 芯片功耗較大,靜態(tài)功耗達到2-3mA,工作電流（發(fā)送）達到20mA,若加上偏置電阻及終端電阻,工作電流會更大。增加了線路電壓降,不利于遠程布線。
● RS485 總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)只能以串行布線,不能構(gòu)成星形等任意分支。串行布線對于小區(qū)實際布線設(shè)計及施工造成很大難度,不遵循串行布線規(guī)則又將大大降低通訊的穩(wěn)定性。
● RS485 總線自身的電氣性能決定了其在實際工程應(yīng)用中穩(wěn)定性較差,在多節(jié)點,長距離
場合需對網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配等調(diào)試,增添工程復(fù)雜性。
● RS485 總線通常不帶隔離,當網(wǎng)絡(luò)上某一節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓,
而且又難以判斷其故障位置。
● RS485 總線采用主機輪詢方式,這樣會造成以下的弊端：
1） 通信的吞吐量較低,不適用于通信量要求較大（或平均通信量較低,但呈突發(fā)式的）
場合。
2） 系統(tǒng)較大時,實時性較差。
3） 主機不停地輪詢各從機,每個從機都必須對主機的所有查詢作出分析,以決定是否回應(yīng)主機,勢必增加各從機的系統(tǒng)開銷。
4） 當從機之間需要進行通信時,必須通過主機,增加了從機間通信的難度及主機負擔(dān)。
● RS485 總線長距離傳輸(1200 米以上)時一般暴露于戶外,較易因為雷擊等原因引入過電壓。RS485 收發(fā)器工作電壓較低（5V 左右）,其本身耐壓也非常低（-7V~ 12V）,一旦
過壓引入,就會擊穿損壞。通信節(jié)點受損后無法恢復(fù),因此必須采取多種措施加以保護。
● RS485 總線的通訊容量較少,理論上較多僅容許接入32 個設(shè)備,不適于以樓宇為結(jié)點
的多用戶容量要求。
● RS485 總線的通訊速率低,常用波特率為9600bps。而且其速率與通訊距離有直接關(guān)系,
當達到數(shù)百米以上通訊距離時,其可靠通訊速率<1200bps。
● RS485 芯片功耗較大,靜態(tài)功耗達到2-3mA,工作電流（發(fā)送）達到20mA,若加上偏置電阻及終端電阻,工作電流會更大。增加了線路電壓降,不利于遠程布線。
● RS485 總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)只能以串行布線,不能構(gòu)成星形等任意分支。串行布線對于小區(qū)實際布線設(shè)計及施工造成很大難度,不遵循串行布線規(guī)則又將大大降低通訊的穩(wěn)定性。
● RS485 總線自身的電氣性能決定了其在實際工程應(yīng)用中穩(wěn)定性較差,在多節(jié)點,長距離
場合需對網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配等調(diào)試,增添工程復(fù)雜性。
● RS485 總線通常不帶隔離,當網(wǎng)絡(luò)上某一節(jié)點出現(xiàn)故障會導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓,
而且又難以判斷其故障位置。
● RS485 總線采用主機輪詢方式,這樣會造成以下的弊端：
1） 通信的吞吐量較低,不適用于通信量要求較大（或平均通信量較低,但呈突發(fā)式的）
場合。
2） 系統(tǒng)較大時,實時性較差。
3） 主機不停地輪詢各從機,每個從機都必須對主機的所有查詢作出分析,以決定是否回應(yīng)主機,勢必增加各從機的系統(tǒng)開銷。
4） 當從機之間需要進行通信時,必須通過主機,增加了從機間通信的難度及主機負擔(dān)。
● RS485 總線長距離傳輸(1200 米以上)時一般暴露于戶外,較易因為雷擊等原因引入過電壓。RS485 收發(fā)器工作電壓較低（5V 左右）,其本身耐壓也非常低（-7V~ 12V）,一旦
過壓引入,就會擊穿損壞。通信節(jié)點受損后無法恢復(fù),因此必須采取多種措施加以保護。
1.5 RS485 總線安裝布線注意事項
● 采用一條雙絞線電纜作總線,將各個節(jié)點串接起來,從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短,以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響較低。
● 注意總線特性阻抗的連續(xù)性,在阻抗不連續(xù)點就會發(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,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。
● RS485 總線當空閑或開路時,會導(dǎo)致接收器誤觸發(fā)。因此接收器一端應(yīng)加偏置電阻,將總線設(shè)定在一個確定的狀態(tài)。
● RS485 總線長距離通訊時由于阻抗不匹配會引起信號反射,必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻（通常為120 Ω ）,使電纜的阻抗連續(xù)。
● RS485 接地注意事項：
1） 共模干擾問題：RS-485 接口采用差分方式傳輸信號方式,系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。RS-485 收發(fā)器共模電壓范圍為-7～ 12V。當網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓
超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠,甚至損壞接口。
2） EMI 電磁干擾問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路,如沒有一個低阻的返回通道（信號地）,就會以輻射的形式返回源端,整個總線就會像一
個巨大的天線向外輻射電磁波。
因此整個RS-485 網(wǎng)絡(luò)必須有一條低阻的信號地將兩個接口的工作地連接起來,使共模干擾電壓被短路。
● RS485 總線長距離通訊時易受強信號干擾,所以應(yīng)加保護措施,可選擇的方法如下：
1） 隔離保護方法：
采用高頻變壓器,光耦等元件實現(xiàn)接口的電氣隔離。將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中
的電隔離層上,不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流,起到保護接口的作用。
2） 旁路保護方法：
利用瞬態(tài)舒緩元件（如TVS,MOV,氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地。
● RS485 總線上每個通信節(jié)點上采取保護措施,如：在每個節(jié)點的A,B 線上串聯(lián)一個10
歐姆的隔離電阻,可以防止某個節(jié)點損壞后影響整條線路的通信功能
● 采用一條雙絞線電纜作總線,將各個節(jié)點串接起來,從總線到每個節(jié)點的引出線長度應(yīng)盡量短,以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響較低。
● 注意總線特性阻抗的連續(xù)性,在阻抗不連續(xù)點就會發(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,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。
● RS485 總線當空閑或開路時,會導(dǎo)致接收器誤觸發(fā)。因此接收器一端應(yīng)加偏置電阻,將總線設(shè)定在一個確定的狀態(tài)。
● RS485 總線長距離通訊時由于阻抗不匹配會引起信號反射,必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻（通常為120 Ω ）,使電纜的阻抗連續(xù)。
● RS485 接地注意事項：
1） 共模干擾問題：RS-485 接口采用差分方式傳輸信號方式,系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。RS-485 收發(fā)器共模電壓范圍為-7～ 12V。當網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓
超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠,甚至損壞接口。
2） EMI 電磁干擾問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路,如沒有一個低阻的返回通道（信號地）,就會以輻射的形式返回源端,整個總線就會像一
個巨大的天線向外輻射電磁波。
因此整個RS-485 網(wǎng)絡(luò)必須有一條低阻的信號地將兩個接口的工作地連接起來,使共模干擾電壓被短路。
● RS485 總線長距離通訊時易受強信號干擾,所以應(yīng)加保護措施,可選擇的方法如下：
1） 隔離保護方法：
采用高頻變壓器,光耦等元件實現(xiàn)接口的電氣隔離。將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中
的電隔離層上,不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流,起到保護接口的作用。
2） 旁路保護方法：
利用瞬態(tài)舒緩元件（如TVS,MOV,氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地。
● RS485 總線上每個通信節(jié)點上采取保護措施,如：在每個節(jié)點的A,B 線上串聯(lián)一個10
歐姆的隔離電阻,可以防止某個節(jié)點損壞后影響整條線路的通信功能
1.6 RS485 總線節(jié)能方法
● 減小每幀數(shù)據(jù)發(fā)送量。
● 收發(fā)器處于空閑模式時必須關(guān)閉它的發(fā)送驅(qū)動器,以減小功率消耗。
● 選擇具有失效保護功能的低功耗器件（不需加偏置電阻）。
● 通訊距離短,通訊速率不高的場合不需加終端電阻。
● 網(wǎng)絡(luò)終端采用RC 阻容匹配或肖特基二較管方式代替終端電阻可有效減小電流消耗。
● 減小每幀數(shù)據(jù)發(fā)送量。
● 收發(fā)器處于空閑模式時必須關(guān)閉它的發(fā)送驅(qū)動器,以減小功率消耗。
● 選擇具有失效保護功能的低功耗器件（不需加偏置電阻）。
● 通訊距離短,通訊速率不高的場合不需加終端電阻。
● 網(wǎng)絡(luò)終端采用RC 阻容匹配或肖特基二較管方式代替終端電阻可有效減小電流消耗。
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