提高RS-485总线可靠性的几种方法及常见故障处理

在MCU之间中长间隔通讯的诸多计划中，RS-485因硬件设计简单、节制便利、本钱低廉等长处普遍利用于工场主动化、工业节制、小区监控、水利主动报测等范畴。

但RS-485总线在抗滋扰、自顺应、通讯效力等方面仍存在缺陷，一些细节的处置欠妥常会导致通讯失败乃至体系瘫痪等故障，是以进步RS-485总线的运行靠得住性至关紧张。

一、RS-485接口电路的硬件设计

1、总线匹配

总线匹配有两种办法，一种是加匹配电阻。位于总线两头的差分端口， VA与VB之间应跨接120 Ω 匹配电阻，以削减因为不匹配而引起的反射、吸收噪声，有用地克制了噪声滋扰。 但匹配电阻要耗费较年夜电流，不实用于功耗限定严厉的体系。

另外一种比拟省电的匹配计划是RC匹配应用一只电容C隔绝直流身分，可以节俭年夜部门功率，但电容C的取值是个难点，必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纳二极管的匹配计划，这种计划虽未实现真正的匹配，但它应用二极管的钳位作用，敏捷减弱反射旌旗灯号到达改善旌旗灯号质量的目标，节能后果明显。

2、RO及DI端设置装备摆设上拉电阻

异步通讯数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要经由过程一个低电平肇端位实现握手。为防止滋扰旌旗灯号误触发RO(接管器输出)发生负跳变，使接管端MCU进入接管状况，建议RO外接10kΩ上拉电阻。

3、保证体系上电时的RS-485芯片处于接管输入状况

对付收发节制端TC建议采纳MCU引脚经由过程反相器进行节制，不宜采纳MCU引脚直接进行节制，以防止MCU上电时对总线的滋扰。

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”，是以对其二线口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4-10Ω的PTC电阻，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以打消线路浪涌滋扰。如没有PTC电阻和TVS二极管，可用通俗电阻和稳压管取代。

5、合理选用芯片

例如，对外置装备为防止强电磁(雷电)冲击，建议选用TI的75LBC184等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用SIPEX的SP485R。

二、RS-485Pq络设置装备摆设

1、收集节点数

收集节点数与所选RS-485芯片驱动才能和接管器的输入阻抗有关，如75LBC184标称最年夜值为64点，SP485R标称最年夜值为400点。现实使用时，因线缆长度、线径、收集散布、传输速度分歧，现实节点数均达不到理论值。

例如：75LBC184运用在500m散布内的RS-485收集上节点数跨越50或速度年夜于9. 6kb/s时，事情靠得住性显著降落。通常保举节点数按RS-485芯片最年夜值的70%拔取，传输速度在1200-9600b/s之间拔取。通讯间隔lkm以内，从通讯效力、节点数、通讯间隔等综合斟酌选用4800b/s最佳。通讯间隔lkm以上时，应斟酌经由过程增长中继模块或低落速度的办法进步数据传输靠得住性。

2、节点与骨干间隔

理论上讲，RS-485节点与骨干之间间隔(T头，也称引出线)越短越好。T头小于10m。的节点采纳T型，衔接对收集匹配并无太年夜影响，可宁神使用，但对付节点间距异常小(小于1m，如LED模块组合屏)应采纳星型衔接，若采纳T型或串珠型衔接就不克不及正常事情。

RS-485是一种半双工布局通讯总线，年夜多用于一对多点的通讯体系，是以主机(PC)应置于一端，不要置于中央而形成骨干的T型散布。

三、进步RS-485通讯效力

RS-485通常利用于一对多点的主从应答式通讯体系中，相对付RS-232等全双工总线效力低了很多，是以选用适宜的通讯协定及节制方式异常紧张。

1、总线稳态节制(握手旌旗灯号)年夜多半使用者选择在数据发送前1ms将收发节制端TC置成高电平，使总线进入稳固的发送状况后才发送数据；数据发送完毕再延迟1ms后置TC端成低电平，使靠得住发送完毕后才转入接管状况。使用TC真个延时有4个机械周期己满意要求。

2、为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应只管即便削减特性字和校验字习用的数据包格局由领导码、长度码、地址码、敕令码、数据、校验码、尾码构成，每个数据包长度达20-30字节。在RS-485体系中如许的协定不太简洁。保举用户使用MODBUS协定，该协定己普遍利用于水利、水文、电力等行业装备及体系的国际尺度中。

四、RS-485接口电路的电源、接地

对付由MCU联合RS-485微体系组建的测控收集，应优先采纳各微体系自力供电计划，最好不要采纳一台年夜电源给微体系并联供电，同时电源线(交直流)不克不及与RS-485旌旗灯号线共用统一股多芯电缆。

RS-485旌旗灯号线宜选用截面积0. 75平方毫米以上双绞线而不是平直线。对付每个小容量直流电源选用线性电源LM7805比选用开关电源更适宜。

当然应注意LM7805的掩护：

1、 LM7805输入端与地应跨接220-1000的电解电容;

2、 LM7805输入端与输出端反接1N4007二极管;

3、 LM7805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8-10V为佳，最年夜容许规模为6.5-24V。可选用TI的PT5100替代LM7805，以实现9--38V的超宽电压输入。

五、光电隔离

在某些工业节制范畴，因为现场环境十分繁杂，各个节点之间存在很高的共模电压。固然RS-485接口采纳的是差分传输方式，具有必定的抗共模滋扰的才能，但当共模电压跨越RS-485接管器的极限接管电压，即年夜于+12V或小于-7V时，接管器就再也无法正常事情了，严重时乃至会销毁芯片和仪器装备。

办理此类问题的办法是经由过程DC-DC将体系电源和RS-485收发器的电源隔离；经由过程光S将旌旗灯号隔离，彻底打消共模电压的影响。实现此计划的道路可分为：

1、用光藕、带隔离的DC-DC、RS-485芯片修建电路;

2、使用二次集成芯片，如PS1480、MAX1480等。

六、RS-485体系的常见故障及处置办法

RS-485是一种低本钱、易操作的通讯体系，然则稳固性弱同时互相管束性强，通常有一个节点呈现故障会导致体系整体或局部的瘫痪，并且又难以断定。故向读者先容一些维护RS-485的常用办法。

1、若呈现体系完全瘫痪，年夜多由于某节点芯片的VA、VB对电源击穿，使用万用表测VA、VB间差模电压为零，而对地的共模电压年夜于3V，此时可经由过程测共模电压年夜小来排查，共模电压越年夜阐明离故障点越近，反之越远；

2、总线持续几个节点不克不及正常事情。一样平常是由此中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致附近的2-3个节点(一样平常为后续)无法通讯，是以将其一一与总线脱离，如某节点脱离后总线能规复正常，阐明该节点故障；

3、集中供电的RS-485体系在上电时经常呈现部门节点不正常，但每次又不完全一样。这是因为对RS-485的收发节制端TC设计不合理，造成微体系上电时节点收发状况棍乱从而导致总线堵塞。改良的办法是将各微体系加装电源开关然后分离上电；

4、体系根本正常但偶然会呈现通讯失败。一样平常是因为收集施工不合理导致体系靠得住性处于临界状况，最好转变走线或增长中继模块。应急办法之一是将呈现失败的节点调换成机能更优异的芯片

5、因MCU故障导致TC端处于长发状况而将总线拉死一片。提示读者不要忘怀对TC真个反省。只管RS-485划定差模电压年夜于200mV即能正常事情。但现实丈量：一个运行优越的体系其差模电压一样平常在1. 2V左右(因收集散布、速度的差别有可能使差模电压在0.8-1.5V规模内。