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)。 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)。RS-485的”節(jié)點(diǎn)數(shù)”主要是依”接收器輸入阻抗”而定;根據(jù)規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12KΩ,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場合,有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載(≥24KΩ)、1/4負(fù)載(≥48KΩ)甚至1/8負(fù)載(≥96KΩ),相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64個(gè)、128個(gè)和256個(gè)。
以泓格的I/O模塊為例,每個(gè)485網(wǎng)絡(luò)最多的節(jié)點(diǎn)為256個(gè),加中繼I-7510后,每個(gè)485網(wǎng)只要工作在不同的波特率:1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200之下,就可以允許相同的地址號。所以中繼模塊不但可以使通訊距離增加,還可以增加節(jié)點(diǎn)數(shù)。
泓格模塊的485網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)最大為:256*8=2048個(gè)。本文闡述了RS-485雙向串行總線的特點(diǎn)、RS-485總線在實(shí)際應(yīng)用中的布線規(guī)則、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法。
485總線的特點(diǎn)
485總線采用了平衡發(fā)送和差分接收接口標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號由A、B兩線輸出,經(jīng)過雙絞線傳輸?shù)浇邮斩撕螅賹⒉罘中盘栠€原成TTL電平信號。因此具有極強(qiáng)的抗共模干擾能力,加之總線收發(fā)器靈敏度很高,可以檢測到低至200mV的電壓。故傳輸信號經(jīng)過千米以上的衰減后都可以完好恢復(fù)。
在100kbit/s的傳輸速率下,通信距離可以達(dá)到1200米左右。如果通信距離較短,其最大傳輸速率可達(dá)10Mbit/s。如果需傳輸更長的距離,需要增加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式,支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。
即采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來,不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu),就必須使用485中繼器或者485集線器。RS-485/422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256個(gè)節(jié)點(diǎn)或更多。
485總線布線規(guī)則
為了避免數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤,在485總線的布線設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn):
①、由于485總線傳送的是一對差分信號,485網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線最好采用外加屏蔽層的雙絞線,屏蔽層應(yīng)在一個(gè)點(diǎn)可靠接地。
②、在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用中,如果現(xiàn)場干擾源非常復(fù)雜,各節(jié)點(diǎn)之間可能存在很高的共模電壓。雖然485接口使用的是差分傳輸方式,具有抗共模干擾能力。但是當(dāng)共模電壓大于+12V或者小于-9V時(shí),就超過了485接收器的極限接收電壓,接收器將無法工作,甚至可能燒毀芯片和設(shè)備。此時(shí),應(yīng)在485總線網(wǎng)絡(luò)中使用485光隔離中繼器,從而消除共模電壓的影響。
③、隨著傳輸距離的延長,485總線網(wǎng)絡(luò)上會產(chǎn)生回波反射信號。如果485總線的傳輸距離超過100米,建議在485網(wǎng)絡(luò)的開始端和結(jié)束端并接120Ω電阻。
④、一般應(yīng)采用手牽手的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最好不要采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。否則會產(chǎn)生反射信號,影響通信質(zhì)量。要盡量減少節(jié)點(diǎn)設(shè)備與主干線路之間的距離,如果在實(shí)際應(yīng)用中必須距離較遠(yuǎn),應(yīng)使用485中繼器接出一個(gè)485總線的分支。如果實(shí)際應(yīng)用中一定要使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),則必須使用485集線器。
⑤、必須重視485總線的負(fù)載能力,影響負(fù)載能力的因素有:接在主計(jì)算機(jī)串口的485轉(zhuǎn)換器的供電能力,通訊距離,485數(shù)據(jù)線材的品質(zhì),波特率等。
無源型的485轉(zhuǎn)換器是從計(jì)算機(jī)的串口竊電,供電力較差,帶負(fù)載能力不足。如果485網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備比較多,應(yīng)使用帶電源的485轉(zhuǎn)換器。選用好的485專用通訊線纜,盡可能使用低的波特率。使用485中繼器或者485集線器,都可以提高485總線的負(fù)載能力。
485總線布線方法
在485總線的簡單應(yīng)用中,一般采用總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布線方式。但是在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中,總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布線施工不但非常繁瑣,而且還浪費(fèi)了大量的連線。靈活利用485集線器或485中繼器,可以將總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接成星形或樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。大大的方便了前期施工和后期的維修工作。
485總線星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
485總線樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
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