RS485总线/RS485信号线RS485屏蔽总线电缆

RS485总线/RS485信号线/RS485屏蔽总线电缆

1.1 RS485 总线简介
RS-485 标准是由两个行业协会共同制订和开发的,即EIA—电子工业协会和TIA—通讯工业协会。EIA 曾经在它所有标准前面加上RS 前缀英文Rcommended standard 的缩写,因此许多工程师一直延用这种名称。

1.2 RS485 总线应用场合
RS-485 总线作为一种多点差分数据传输的电气规范规,已成为业界应用较为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信,它所具有的噪声舒缓能力,数据传输速率,电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。正因为此,许多不同领域都采用RS-485 作为数据传输链路。例如：汽车电子,电信设备局域网,智能楼宇等都经常可以见到具有RS-485 接口电路的设备。这项标准得到广泛接受的另外一个原因是它的通用性RS-485 标准只对接口的电气特性做出规定,而不涉及接插件电缆或协议,在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。

1.3 RS485 总线电气性能

RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A,B两路输出,经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用RIN≥12kΩ

2. 驱动器能输出±7V的共模电压

3.输入端的电容≤50pF

4. 在节点数为32个,配置了120Ω的终端电阻的情况下,驱动器至少还能输出电压1.5V（终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关）

5.接收器的输入灵敏度为200mV（即（V ）-（V-）≥0.2V,表示信号"0"；（V ）-（V-）≤-0.2V,表示信号"1"）

因为RS-485的远距离,多节点（32个）以及传输线成本低的特性,使得EIA RS-485成为工业应用中数据传输的优选标准。基于此,RS-485的自动化领域的应用非常广泛,但是在实际工程中RS-485总线运用仍然存在着很多问题,影响了工程的质量,为工程施工带来了很多的不方便。

RS-485总线的理论

1.485总线必须要接地。在很多技术文档中,都提到485总线必须要接地,但是没有详细的提出如何接地。严格的说,485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有一个点接地,不能多点接地,因为将其接地是因为要将地线（一般都是屏蔽线作地线）上的电压保持一致,防止共模干扰,如果多点接地适得其反。可靠接地时整个485线路的地线必须要有良好的接触,从而保证电压一致,因为在实际施工中,为了接线方便,将线剪成多段再连接,但是没有将屏蔽线作良好的连接,从而使得其地线分成了多段,电压不能保持一致,导致共模干扰。

2.485信号线可以和强电电源线一同走线。在实际施工当中,由于走线都是通过管线走的,施工方有的时候为了图方便,直接将485信号线和电源线绑在一起,由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰,从而导致485信号不稳定,导致通信不稳定。

3.选择使用普通的超五类屏蔽双绞线即网线就可以。由于原材料价格上涨,导致现在市场上的线材鱼龙混杂,有不良商人利用某种合金来顶替铜丝来做网线,在外面镀铜以蒙混客户。具体区别方法：看网线截面,如果是铜色的话,就是铜丝,如为白色,则是用合金以次充好。合金一般比较脆,容易断,而且导电性远不如铜丝,很容易在工程施工中造成问题。线材一般那建议选择标准的485线,其为屏蔽双绞线,传输线不是像网线那样为单股的铜丝,而是多股铜丝绞在一起形成一根线,从而即使某根小铜丝断掉,也不会影响整个的使用。

4.485信号线可以使用平行线作为布线,也可以使用非屏蔽线作为布线。由于485信号是利用差模传输的,即由485 与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有一个干扰源对其进行干扰,使用双绞线进行485信号传输的时候,由于其双绞,干扰对于485 ,485-的干扰效果都是一样的,那电压差依然是不变的,对于485信号的干扰缩到了较小。同样的道理,如果有屏蔽线起到屏蔽作用的话,外部干扰源对于其的干扰影响也可以尽可能的缩小。

5.485布线可以任意布设成星型接线与树形接线。485布线规范是必须要手牵手的布线,一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接,很容易造成信号反射导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中,使用了星型接线和树形接线,有的时候整个系统非常稳定,但是有的时候则总是出现问题,又很难查找原因,一般都是由于不规范布线所引起的。

RS485总线布线规范

1, 阻抗不连续

信号在传输过程中如果遇到阻抗突变,信号在这个地方就会引起反射,这种信号反射的原理,与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法,就是尽量保持传输线阻抗连续,实际工程中在电缆线的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻的原理就是为了减小信号反射。

从理论上分析,在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻,就能有效的减少信号反射。但是,在实现应用中,由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关,特性阻抗不可能与终端电阻完全相等,因此或多或少的信号反射还会存在。信号反射对数据传输的影响,归根结底是因为反射信号触发了接收器输入端的比较器,使接收器收到了错误的信号,导致CRC校验错误或整个数据帧错误。这种情况是无法改变的,只有尽量去避免它。

2,RS-485接地问题

仅仅用一对双绞线将各个接口的A,B端连接起来,而不对RS-485通信链路的信号接地,在某些情况下也可以工作,但给系统埋下了隐患。RS-485接口采用差分方式传输信号并不需要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。但应该注意的是收发器只有在共模电压不超出一定范围（-7V至 12V）的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围,就会影响通信的可靠直至损坏接口。如图1所示,当发送器A向接收器B发送数据时,发送器A的输出共模电压为VOS,由于两个系统具有各自单独的接地系统存在着地电位差VGPD,那么接收器输入端的共模电压就会达到VCM=VOS VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V,但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏）,并可能伴有强干扰信号致使接收器共模输入VCM超出正常围,在信号线上产生干扰电流轻则影响正常通信,重则损坏设备。

3,RS-485的总线结构及传输距离

RS-485支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构不支持环形或星形网络,较好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响较低。在使用RS485接口时,对于特定的传输线经,从发生器到负载其数据信号传输所允许的较大电缆长度是数据信号速率的函数,这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所限制。当数据信号速率降低到90Kbit/S以下时,假定较大允许的信号损失为6dBV时,则电缆长度被限制在1200M。实际上,在实用时是完全可以取得比它大的电缆长度。当使用不同线径的电缆。则取得的较大电缆长度是不相同的。

1.4 RS485 总线缺点
● RS485 总线的通讯容量较少,理论上较多仅容许接入32 个设备,不适于以楼宇为结点
的多用户容量要求。
● RS485 总线的通讯速率低,常用波特率为9600bps。而且其速率与通讯距离有直接关系,
当达到数百米以上通讯距离时,其可靠通讯速率<1200bps。
● RS485 芯片功耗较大,静态功耗达到2-3mA,工作电流（发送）达到20mA,若加上偏置电阻及终端电阻,工作电流会更大。增加了线路电压降,不利于远程布线。
● RS485 总线构成的网络只能以串行布线,不能构成星形等任意分支。串行布线对于小区实际布线设计及施工造成很大难度,不遵循串行布线规则又将大大降低通讯的稳定性。
● RS485 总线自身的电气性能决定了其在实际工程应用中稳定性较差,在多节点,长距离
场合需对网络进行阻抗匹配等调试,增添工程复杂性。
● RS485 总线通常不带隔离,当网络上某一节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪,
而且又难以判断其故障位置。
● RS485 总线采用主机轮询方式,这样会造成以下的弊端：
1） 通信的吞吐量较低,不适用于通信量要求较大（或平均通信量较低,但呈突发式的）
场合。
2） 系统较大时,实时性较差。
3） 主机不停地轮询各从机,每个从机都必须对主机的所有查询作出分析,以决定是否回应主机,势必增加各从机的系统开销。
4） 当从机之间需要进行通信时,必须通过主机,增加了从机间通信的难度及主机负担。
● RS485 总线长距离传输(1200 米以上)时一般暴露于户外,较易因为雷击等原因引入过电压。RS485 收发器工作电压较低（5V 左右）,其本身耐压也非常低（-7V~ 12V）,一旦
过压引入,就会击穿损坏。通信节点受损后无法恢复,因此必须采取多种措施加以保护。

1.5 RS485 总线安装布线注意事项
● 采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响较低。
● 注意总线特性阻抗的连续性,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：总线的不同区段采用了不同电缆,某一段总线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总线。
● RS485 总线当空闲或开路时,会导致接收器误触发。因此接收器一端应加偏置电阻,将总线设定在一个确定的状态。
● RS485 总线长距离通讯时由于阻抗不匹配会引起信号反射,必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻（通常为120 Ω ）,使电缆的阻抗连续。
● RS485 接地注意事项：
1） 共模干扰问题：RS-485 接口采用差分方式传输信号方式,系统只需检测两线之间的电位差就可以了。RS-485 收发器共模电压范围为-7～ 12V。当网络线路中共模电压
超出此范围时就会影响通信的稳定可靠,甚至损坏接口。
2） EMI 电磁干扰问题：发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,整个总线就会像一
个巨大的天线向外辐射电磁波。
因此整个RS-485 网络必须有一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使共模干扰电压被短路。
● RS485 总线长距离通讯时易受强信号干扰,所以应加保护措施,可选择的方法如下：
1） 隔离保护方法：
采用高频变压器,光耦等元件实现接口的电气隔离。将瞬态高压转移到隔离接口中
的电隔离层上,不会产生损害性的浪涌电流,起到保护接口的作用。
2） 旁路保护方法：
利用瞬态舒缓元件（如TVS,MOV,气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地。
● RS485 总线上每个通信节点上采取保护措施,如：在每个节点的A,B 线上串联一个10
欧姆的隔离电阻,可以防止某个节点损坏后影响整条线路的通信功能

1.6 RS485 总线节能方法
● 减小每帧数据发送量。
● 收发器处于空闲模式时必须关闭它的发送驱动器,以减小功率消耗。
● 选择具有失效保护功能的低功耗器件（不需加偏置电阻）。
● 通讯距离短,通讯速率不高的场合不需加终端电阻。
● 网络终端采用RC 阻容匹配或肖特基二较管方式代替终端电阻可有效减小电流消耗。

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