485信號抗干擾問題

1、 485信號抗十擾問題在各種現(xiàn)場中，485總線應用的非常的廣泛，但是485總線比較容易出現(xiàn)故障，現(xiàn)在將485總線容易出現(xiàn)故障的情況并且可以排除這些故障的方法羅列如下：由于485信號使用的是一對非平衡差分信號，意味485網(wǎng)絡中的每一個設備都必須通過一個信號回路連接到地，以減少數(shù)據(jù)線上的噪音，所以數(shù)據(jù)線最好由雙絞線組成，并且在外面加上屏蔽層作為地線，將485網(wǎng)絡中485設備連接起來，并且在一個點可靠接地。在工業(yè)現(xiàn)場當中，現(xiàn)場情況非常復雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓，485接口使用的是差分傳輸方式，有抗共模干擾能力，但是當共模電壓大于+12V或者小于-9V時，超過485接收器的極限接收電壓。接收

2、器就無法工作，甚至可能會燒毀芯片和一起設備?？梢栽?85總線中使用485光隔離中繼器，將485信號及電源完全隔離，從而消除共模電壓的影響。3.485總線隨著傳輸距離的延長，會產(chǎn)生回波反射信號，如果485總線的傳輸距離如果超過100米，建議施工時在485通訊的開始端和結束端120歐姆的終端電阻。4.485總線中485節(jié)點要盡量減少與主干之間的距離，一般建議485總線采用手牽手的總線拓撲結構。星型結構會產(chǎn)生反射信號，影響485通信質(zhì)量。如果在施工過程中必須要求485節(jié)點離485總線主干的距離超過一定距離，使用485中繼器可以作出一個485總線的分叉。如果施工過程中要求使用星型拓撲結構，可以使用48

3、5集線器可以解決這個問題。5.影響485總線的負載能力的因素：通訊距離，線材的品質(zhì)，波特率，轉(zhuǎn)換器供電能力，485設備的防雷保護，485芯片的選擇。如果485總線上的485設備比較多的話，建議使用帶有電源的485轉(zhuǎn)換器，無源型的485轉(zhuǎn)換器由于時從串口竊電，供電能力不是很足，負載能力不夠。選用好的線材，如有可能使用盡可能低的波特率，選擇高負載能力的485芯片，都可以提高485總線的負載能力。485設備的防雷保護中的防雷管會吸收電壓，導致485總線負載能力降低，去掉防雷保護可以提高485總線負載能力。如果在現(xiàn)場施工中，相關的因素不能改變，建議使用深圳市富永通科技有限公司的485中繼器或者485集

4、線器來提供485總線的負載能力。提高RS-485總線可靠性的幾種方法及常見故障處理在MCU之間中長距離通信的諸多方案中，RS-485因硬件設計簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點廣泛應用于工廠自動化、工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水利自動報測等領域。但RS-485總線在抗干擾、自適應、通信效率等方面仍存在缺陷，一些細節(jié)的處理不當常會導致通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障，因此提高RS-485總線的運行可靠性至關重要。一、RS-485接口電路的硬件設計1、總線匹配總線匹配有兩種方法，一種是加匹配電阻，如圖1a所示。位于總線兩端的差分端口VA與VB之間應跨接120Q匹配電阻，以減少由于不匹配而引起的反射、吸收噪聲，有效地

5、抑制了噪聲干擾。但匹配電阻要消耗較大電流，不適用于功耗限制嚴格的系統(tǒng)。EI:-3貳驗31DEECFEri：3空起D：DEF.CF圖1另外一種比較省電的匹配方案是RC匹配（圖2）利用一只電容C隔斷直流成分，可以節(jié)省大部分功率，但電容C的取值是個難點，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進行折衷。除上述兩種外還有一種采用二極管的匹配方案（圖3）,這種方案雖未實現(xiàn)真正的匹配，但它利用二極管的鉗位作用，迅速削弱反射信號達到改善信號質(zhì)量的目的，節(jié)能效果顯著。2、R0及DI端配置上拉電阻異步通信數(shù)據(jù)以字節(jié)的方式傳送，在每一個字節(jié)傳送之前，先要通過一個低電平起始位實現(xiàn)握手。為防止干擾信號誤觸發(fā)RO（接收器輸出）產(chǎn)生負跳變

6、，使接收端MCU進入接收狀態(tài)，建議RO外接10kQ上拉電阻。3、保證系統(tǒng)上電時的RS-485芯片處于接收輸入狀態(tài)對于收發(fā)控制端TC建議采用MCU引腳通過反相器進行控制，不宜采用MCU引腳直接進行控制，以防止MCU上電時對總線的干擾，如圖4所示。4、總線隔離RS-485總線為并接式二線制接口，一旦有一只芯片故障就可能將總線“拉死”，因此對其二線口VA、VB與總線之間應加以隔離。通常在VA、VB與總線之間各串接一只410Q的PTC電阻，同時與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。如沒有PTC電阻和TVS二極管，可用普通電阻和穩(wěn)壓管代替。5、合理選用芯片例如，對外置設備為防止強電磁（雷

7、電）沖擊，建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片，對節(jié)點數(shù)要求較多的可選用SIPEX的SP485R。二、RS-485網(wǎng)絡配置1、網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)與所選RS-485芯片驅(qū)動能力和接收器的輸入阻抗有關，如75LBC184標稱最大值為64點,SP485R標稱最大值為400點。實際使用時，因線纜長度、線徑、網(wǎng)絡分布、傳輸速率不同，實際節(jié)點數(shù)均達不到理論值。例如75LBC184運用在500m分布的RS-485網(wǎng)絡上節(jié)點數(shù)超過50或速率大于9.6kb/s時，工作可靠性明顯下降。通常推薦節(jié)點數(shù)按RS-485芯片最大值的70%選取，傳輸速率在12009600b/s之間選取。通信距離1km以內(nèi)，從通信效

8、率、節(jié)點數(shù)、通信距離等綜合考慮選用4800b/s最佳。通信距離1km以上時，應考慮通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。2、節(jié)點與主干距離理論上講，RS-485節(jié)點與主干之間距離（T頭，也稱引出線）越短越好。T頭小于10m的節(jié)點采用T型，連接對網(wǎng)絡匹配并無太大影響，可放心使用，但對于節(jié)點間距非常?。ㄐ∮?m,如LED模塊組合屏）應采用星型連接，若采用T型或串珠型連接就不能正常工作。RS-485是一種半雙工結構通信總線，大多用于一對多點的通信系統(tǒng)，因此主機（PC）應置于一端，不要置于中間而形成主干的T型分布。三、提高RS-485通信效率RS-485通常應用于一對多點的主從應答式通信

9、系統(tǒng)中，相對于RS-232等全雙工總線效率低了許多，因此選用合適的通信協(xié)議及控制方式非常重要。1、總線穩(wěn)態(tài)控制（握手信號）大多數(shù)使用者選擇在數(shù)據(jù)發(fā)送前1ms將收發(fā)控制端TC置成高電平，使總線進入穩(wěn)定的發(fā)送狀態(tài)后才發(fā)送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送完畢再延遲1ms后置TC端成低電平，使可靠發(fā)送完畢后才轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。據(jù)筆者使用TC端的延時有4個機器周期已滿足要求；2、為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對每個字節(jié)進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字慣用的數(shù)據(jù)包格式由引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼組成，每個數(shù)據(jù)包長度達2030字節(jié)。在RS-485系統(tǒng)中這樣的協(xié)議不太簡練。推薦用戶使用MODBUS協(xié)議，該協(xié)議

10、已廣泛應用于水利、水文、電力等行業(yè)設備及系統(tǒng)的國際標準中。四、RS-485接口電路的電源、接地對于由MCU結合RS-485微系統(tǒng)組建的測控網(wǎng)絡，應優(yōu)先采用各微系統(tǒng)獨立供電方案，最好不要采用一臺大電源給微系統(tǒng)并聯(lián)供電，同時電源線（交直流）不能與RS-485信號線共用同一股多芯電纜。RS-485信號線宜選用截面積0.75mm2以上雙絞線而不是平直線。對于每個小容量直流電源選用線性電源LM7805比選用開關電源更合適。當然應注意LM7805的保護：1、LM7805輸入端與地應跨接2201000pF電解電容；2、LM7805輸入端與輸出端反接1N4007二極管；3、LM7805輸出端與地應跨接4701

11、000pF電解電容和104pF獨石電容并反接1N4007二極管；4、輸入電壓以810V為佳，最大允許范圍為6.524V?？蛇x用TI的PT5100替代LM7805,以實現(xiàn)938V的超寬電壓輸入。五、光電隔離在某些工業(yè)控制領域，由于現(xiàn)場情況十分復雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于-7V時，接收器就再也無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離；通過光耦將信號隔離，徹底消除共模電壓

12、的影響。實現(xiàn)此方案的途徑可分為：1、用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構筑電路；2、使用二次集成芯片，如PS1480、MAX1480等。六、RS-485系統(tǒng)的常見故障及處理方法RS-485是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，但是穩(wěn)定性弱同時相互牽制性強，通常有一個節(jié)點出現(xiàn)故障會導致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。故向讀者介紹一些維護RS-485的常用方法。1、若出現(xiàn)系統(tǒng)完全癱瘓，大多因為某節(jié)點芯片的VA、VB對電源擊穿，使用萬用表測VA、VB間差模電壓為零，而對地的共模電壓大于3V,此時可通過測共模電壓大小來排查，共模電壓越大說明離故障點越近，反之越遠；2、總線連續(xù)幾個節(jié)點不能正常

13、工作。一般是由其中的一個節(jié)點故障導致的。一個節(jié)點故障會導致鄰近的23個節(jié)點（一般為后續(xù)）無法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節(jié)點脫離后總線能恢復正常，說明該節(jié)點故障；3、集中供電的RS-485系統(tǒng)在上電時常常出現(xiàn)部分節(jié)點不正常，但每次又不完全一樣。這是由于對RS-485的收發(fā)控制端TC設計不合理，造成微系統(tǒng)上電時節(jié)點收發(fā)狀態(tài)混亂從而導致總線堵塞。改進的方法是將各微系統(tǒng)加裝電源開關然后分別上電；4、系統(tǒng)基本正常但偶爾會出現(xiàn)通信失敗。一般是由于網(wǎng)絡施工不合理導致系統(tǒng)可靠性處于臨界狀態(tài)，最好改變走線或增加中繼模塊。應急方法之一是將出現(xiàn)失敗的節(jié)點更換成性能更優(yōu)異的芯片；5、因MCU故障導致TC端處于

14、長發(fā)狀態(tài)而將總線拉死一片。提醒讀者不要忘記對TC端的檢查。盡管RS-485規(guī)定差模電壓大于200mV即能正常工作。但實際測量：一個運行良好的系統(tǒng)其差模電壓一般在1.2V左右（因網(wǎng)絡分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.81.5V范圍內(nèi)1問題的提出 普天視電子有限公司在應用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個研發(fā)機構廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。系統(tǒng)簡圖如圖1所示。圖1.RS-485系統(tǒng)示意圖由于實際應用系統(tǒng)中，往往分散控制單元數(shù)量較多，分布較遠，現(xiàn)場存在各種干擾，所以通信的可靠性不高，再加上軟硬件設計的不完善，使得實際工程應用中如何保障RS-48

15、5總線的通信的可靠性成為各研發(fā)機構的一塊心病。在使用RS-485總線時，如果簡單地按常規(guī)方式設計電路，在實際工程中可能有以下兩個問題出現(xiàn)。一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多機通信方式下，一個節(jié)點的故障（如死機），往往會使得整個系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難。針對上述問題，我們對485總線的軟硬件采取了具體的改進措施2硬件電路的設計現(xiàn)以8031單片機自帶的異步通信口，外接75176芯片轉(zhuǎn)換成485總線為例。其中為了實現(xiàn)總線與單片機系統(tǒng)的隔離，在8031的異步通信口與75176之間采用光耦隔離。電路原理圖如圖2所示。普天視電子有限公司 finu1nncythhV5133a-5a.

16、C.123507nlrJ-MmusaUI口Z口30LU233聞2心57JXI4沏aa剛訂|廠-44Q3Dn2kn11.DSOMKR-rf-RE-ADE目DOV刃2n圖2改進后的485通信口原理圖充分考慮現(xiàn)場的復雜環(huán)境，在電路設計中注意了以下三個問題。2.1SN75176485芯片DE控制端的設計由于應用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠，通信線路的總長度往往超過400米，而分機系統(tǒng)上電或復位又常常不在同一個時刻完成。如果在此時某個75176的DE端電位為“1”，那么它的485總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與主機進行通信。這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下（死

17、機），會使整個系統(tǒng)通信崩潰。因此在電路設計時，應保證系統(tǒng)上電復位時75176的DE端電位為“0”。由于8031在復位期間，1/0口輸出高電平，故圖2電路的接法有效地解決復位期間分機“咬”總線的問題。2.2隔離光耦電路的參數(shù)選取在應用系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進行實時監(jiān)控及響應通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高（通常都在4800波特以上）。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導線（現(xiàn)場施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機系統(tǒng)進行信號隔離的光耦電路上。此處采用TIL117。電路設計中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設計，使之能工作在最佳狀

18、態(tài)。例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會使光耦的發(fā)光管由截止進入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會很慢,所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異，這一點在電路設計中要特別慎重，不能隨意，通?？梢杂蓪嶒瀬矶ā?.3485總線輸出電路部分的設計 普天視電子有限公司輸出電路的設計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護措施。在電路設計中采用穩(wěn)壓管DD2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的485芯片（如SN

19、75LBC184等）?？紤]到線路的特殊情況（如某一臺分機的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機的通信受到影響，在75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個20Q的電阻R10、R11。這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。在應用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Q左右，所以線路設計時,在RS-485網(wǎng)絡傳輸線的始端和末端各應接1只120Q的匹配電阻（如圖2中R8）,以減少線路上傳輸信號的反射。由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為土200mV,即差分輸入端VA-VB+200mV，輸出邏輯1，VA-VB在485芯片的通信中，尤其要注意對485

20、控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線狀態(tài)切換時需要做適當延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”,延時1ms左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結束后再延時1ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。4結論經(jīng)過以上的軟硬件共同處理，RS-485總線在應用系統(tǒng)工程中的可靠性大大提高，在通常的環(huán)境條件下，24小時連續(xù)開機，系統(tǒng)的通信始終處于正常狀態(tài)，整機性能滿足了現(xiàn)場工程的需要。但是RS-485總線仍然只是一種常規(guī)的通信總線，它不能夠做總線的自動仲裁，也就是不能夠同時發(fā)送數(shù)據(jù)以避免總線競爭，所以整個系統(tǒng)的通信

21、效率必然較低，數(shù)據(jù)的冗余量較大，對于速度要求高的應用場所不適宜用RS-485總線。同時由于RS-485總線上通常只有一臺主機，所以這種總線方式是典型的集中-分普天視電子有限公司散型控制系統(tǒng)。一旦主機出現(xiàn)故障，會使整個系統(tǒng)的通信陷于癱瘓狀態(tài)，因此做好主機的在線熱備份是一個重要措施。盡管RS-485總線存在這樣那樣的問題，但由于它的線路設計簡單、價格低廉、控制方便，只要合理的使用在某些場所仍然能發(fā)揮良好的作用。RS485是一種電流型差分傳輸設備。對干擾電壓不敏感。這就是它抗干擾的主要原因。傳輸距離是由線路的兩根線間的電容和有源器件的驅(qū)動能力決定的。線間電容容量的大小跟線的總長度呈正比（無論是串聯(lián)還

22、是并聯(lián)）。因此有關RS485芯片說明上很多都提出了傳輸電容的極限指標。由于電容的存在，使本來是方波的電流造成相位延時，逐漸圓滑，直至不能正確分辨。同樣距離的雙絞線的長度比平行線要長，電容比平行線要大。對RS485傳輸反而有不利的一面。有人可能說，雙絞線具有抗干擾能力，但是，要干擾RS485的信號，干擾的電壓必須要轉(zhuǎn)換為電流才有作用。這就需要干擾信號要有極大的能量才行。正是因為這點，RS485才有較強的抗干擾能力。RS485的驅(qū)動能力直接影響通信節(jié)點的數(shù)量。輸出電流不足，自然不能正確分辨信號。因此，使用平行線和雙絞線不是影響傳輸性能的主要因素。485是差分信號傳輸，也就是說，最終信號識別是通過比

23、較兩線之間的電壓差值決定的，而干擾信號往往是同時加在兩條線上，呈現(xiàn)相同的電壓。做差值比較時，干擾信號互相會抵消掉。從原理上可知，為了提高抗干擾水平，兩條信號線必須緊密接觸，保證外界干擾對兩條線的作用是相同的結果而抵消干擾，這也是通常選用雙絞線的原因。如果干擾不大，兩條平行線也是可以的。485的臨界電平是200MV左右，也就是說只要兩條線的電壓差大于200MV便是可識別的，隨著負載增加或線路加長，或者線路老化阻抗增大，都會導致線路壓降增大，傳輸距離縮短RS485通訊方式RS-485接口標準傳輸方式：差分傳輸介質(zhì)：雙絞線標準節(jié)點數(shù)：32最遠通信距離：1200m共模電壓最大、最小值：+12V；-7V

24、差分輸入范圍：-7V+12V接收器輸入靈敏度：200mV接收器輸入阻抗：12kQ關于RS485網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)量【1】關于節(jié)點數(shù)：所謂節(jié)點數(shù)、即每個RS-485接口芯片的驅(qū)動器能驅(qū)動多少個標準RS-485負載、根據(jù)規(guī)定、標準RS-485接口的輸入阻抗為12kQ、相應的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為32、為適應更多節(jié)點的通信場合、有些芯片的輸入阻抗設計成1/2負載（24kQ）、1/4負載（48kQ）甚至1/8負載（96kQ）、相應的節(jié)點數(shù)可增加到64、128和256、下列為常用的一些驅(qū)動IC比較：型號普天視電子有限公司 32個節(jié)點：SN75176、SN75276、SN75179、SN75180、MAX485、MAX488、MAX49064個節(jié)點：SN75LBC184128個節(jié)點：MAX487、MAX1487256個節(jié)點：MAX1482、MAX1483、MAX3080MAX3089【2】半雙工和全雙工芯片介紹RS-485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式、半雙工通信的芯片有SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX1487、MAX3082、MAX1483等、全