标签: RS485总线

一、RS485总线介绍 　　RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式，因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时候，RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。 二、RS485总线典型电路介绍 　　RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现，但有一些场合也可以用非隔离型。 　　我们就先讲一下非隔离型的典型电路，非隔离型的电路非常简单，只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示： 图1、典型485通信电路图（非隔离型） 　　当然，上图并不是完整的485通信电路图，我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻；在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹配电阻，一般是120Ω，当然这个具体要看你传输用的线缆。（匹配电阻：485整个通讯系统中，为了系统的传输稳定性，我们一般会在第一个节点和最后一个节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候，会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻，至于用还是不用，由现场人员来设定。当然，具体怎么区分第一个节点还是最后一个节点，还得有待现场的专家们来解答呵。）TVS我们一般选用6.8V的，这个我们会在后面进一步的讲解。 　　RS-485标准定义信号阈值的上下限为±200mV。即当A-B200mV时，总线状态应表示为“1”；当A-B-200mV时，总线状态应表示为“0”。但当A-B在±200mV之间时，则总线状态为不确定，所以我们会在A、B线上面设上、下拉电阻，以尽量避免这种不确定状态。 三、隔离型RS485总线典型电路介绍 　　在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于－7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。 　　解决此类问题的方法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过隔离器件将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。实现此方案的途径可分为： （1）传统方式：用光耦、带隔离的DC-DC、RS-485芯片构筑电路； （2）使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM2587E等。 传统光电隔离的典型电路：（如图2所示） 图2、光电隔离RS485典型电路 　　图中我们以高速光耦6N137为例（当然只是示意图）来说明一下隔离型RS485电路。VDD与VCC485是两组不共地的电源，一般用隔离型的DC-DC来实现。通过光耦隔离来实现信号的隔离传输，ADM487与MCU系统不共地，完全隔离则有效的抑制了高共模电压的产生，大大降低了485的损坏率，提高了系统的稳定性。但也存在电路体积过大、电路繁琐、分立器件过多、传输速率受光电器件限制等缺点，对整个系统的稳定性也有一定的影响。 隔离型RS485器件来实现隔离传输：（如图3所示） 图3、隔离型RS485芯片ADM2483应用图 　　 　　ADM2483是ADI推出的隔离型485芯片，SOW-16封装，内部集成了一个三通道的磁隔离器件和一个半双工485收发器，2500V隔离电压、传输速率500K、共模电压抑制能力25KV/μS。但此电路仍需双电源供电，因此也会在一定程度上存在电路体积过大的问题。（一般我们会在7脚接4.7K--10K的上拉电阻） 完全隔离型RS485器件实现隔离传输：（如图4所示） 图4、完全隔离型RS485/422芯片ADM2587E应用图 　　 　　ADM2587E是ADI继ADM2483之后，推出的单电源隔离型485芯片。SOW-20封装，2500V隔离电压，全/半双工、传输速率500K、共模电压抑制能力25KV/μS、±15KV的ESD保护。适合用于工控、电力、仪表、安防等各种485隔离场合。 四、RS485总线保护电路 　　隔离虽然能有效的抑制高共模电压，但总线上还会存在浪涌冲击、电源线与485线短路、雷击等潜在危害，所以我们一般会在总线端采取一定的保护措施。 　　一般我们会在VA、VB上各串接一个4～10Ω的PTC电阻，并在VA、VB各自对地端接6、8V的TVS管，当然也可用普通电阻与稳压二极管代替。更多的还可以加热保险丝、防雷管，不过并不是说这些加的越多越好，具体要看实际应用，如果这些保护太多的话，也会影响到整个系统的节点数，与通信稳定性。 五、485应用的一些小经验 1、收发时序不匹配： 　　485是半双工的通信，收发转换是需要一定的时间的，所以一般在收发转换之间，和每发送完一帧数据之后，都要有相应的延时，如果出现收发不正常、或第一帧数据之后就出现误码现象，则可以适当的增加一下延时时间，以观问题是否解决。 2、R0接上拉电阻： 　　异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。为防止干扰信号误触发RO（接收器输出）产生负跳变，使接收端MCU进入接收状态，建议RO外接10kΩ上拉电阻。 3、合理选用芯片。 　　例如，对外置设备为防止强电磁（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。此外经我们实验发现，ADI的非隔离型485芯片ADM487E、隔离型芯片ADM2483、ADM2587在多节点、防雷击方面也有着很好的表现。 六、维护RS-485的常用方法 1）若出现系统完全瘫痪，大多因为某节点芯片的VA、VB对电源击穿，使用万用表测VA、VB间差模电压为零，而对地的共模电压大于3V，此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远； 2）总线连续几个节点不能正常工作。一般是由其中的一个节点故障导致的。一个节点故障会导致邻近的2～3个节点（一般为后续）无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该节点故障； 3）集中供电的RS-485系统在上电时常常出现部分节点不正常，但每次又不完全一样。这是由于对RS-485的收发控制端TC设计不合理，造成微系统上电时节点收发状态混乱从而导致总线堵塞。改进的方法是将各微系统加装电源开关然后分别上电； 4）系统基本正常但偶尔会出现通信失败。一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，最好改变走线或增加中继模块。应急方法之一是将出现失败的节点更换成性能更优异的芯片； 5）因MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉死一片。提醒读者不要忘记对TC端的检查。尽管RS-485规定差模电压大于200mV即能正常工作。但实际测量：一个运行良好的系统其差模电压一般在1.2V左右（因网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8~1.5V范围内）。 相关链接： rs485隔离选型表 http://www.adum.com.cn/products/2/2/

RS485作为最为最常用的电表通信方式之一，日常生活中雷电和静电干扰已经成为485通信总线在实际工程经常遇到的问题。故如何对芯片以及总线进行有效的保护，是摆在每一个使用者面前的一个问题。在这里，我们主要讨论RS485在电表中的防雷保护及方案。 一.雷击过压防护的必要性 RS-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而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。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。 二.防雷保护器的基本要求 在正常运行时，雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输，雷电保护器的对地阻抗应非常大，串连在电路中的阻抗应非常小，在雷电袭击通信总线时，雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中，雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。 三.RS485通信保护方案 a.原理图 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，GDT做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过PPTC限浪，TVS做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8V左右，从而实现对后端电路的保护。TVS2/3做共模保护，TVS1做差模保护。 b.保护等级 可通过IEC61000-4-5，4级标准： 1.2/50us 4KV 10/700us 6KV 8/20us 2KA C.器件选择 贴片(SMD)： GDT：3SPC090F PPTC：MSM020 TVS：SMBJ10CA 插件(DIP)： GDT：C6M09R PPTC：K250-120U TVS：P6KE12CA d.器件选型说明 陶瓷放电管GDT：直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。 自恢复保险丝PPTC：PPTC的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。IH保持电流应大于最大工作电流，IT动作电流应小于线路的最大可承受电流。 瞬态抑制二极管TVS：通用信号传输线上TVS的击穿电压VBR应高于信号线上传输的信号电压，在此前提下，VBR应尽可能选得低一些，较低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保护，并且具有较大的通流容量。 e.残压波形 6KV正向 6KV正向 6KV反向 6KV反向 四.各种器件的选择依据 GDT的选择首先考虑其耐压耐流能力。如SPA090F的GDT能承受8/20us，4KV雷击测试；SPC和BXL系列GDT的可承受8/20us，8KV雷击测试；B8M09R系列GDT的能承受8/20us，20KV雷击测试等等。保险丝可选择限流效果最好的PPTC自恢复保险丝，PPTC则可采用0.3-6欧左右，不动作电流为100~200mA，的自恢复保险丝。TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。 五.过压防护标准的依据 IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us，4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示波前时间即从30%峰值上升至90%峰值的时间为10us，下降至峰值的一半为700us即半峰值时间。 六.雷击过压防护的接地要求 雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。 七.为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护 只采用一级防护，能承受大能量雷击的器件(如GDT)不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，所以要承受大的雷击能量，因此必须两级防护。RS232，RS422的防护与RS485的防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。

RS485作为最为最常用的电表通信方式之一，日常生活中雷电和静电干扰已经成为485通信总线在实际工程经常遇到的问题。故如何对芯片以及总线进行有效的保护，是摆在每一个使用者面前的一个问题。在这里，我们主要讨论RS485在电表中的防雷保护及方案。 一.雷击过压防护的必要性 RS-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而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。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。 二.防雷保护器的基本要求 在正常运行时，雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输，雷电保护器的对地阻抗应非常大，串连在电路中的阻抗应非常小，在雷电袭击通信总线时，雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中，雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。 三.RS485通信保护方案 a.原理图 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，GDT做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过PPTC限浪，TVS做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8V左右，从而实现对后端电路的保护。TVS2/3做共模保护，TVS1做差模保护。 b.保护等级 可通过IEC61000-4-5，4级标准： 1.2/50us 4KV 10/700us 6KV 8/20us 2KA C.器件选择 贴片(SMD)： GDT：3SPC090F PPTC：MSM020 TVS：SMBJ10CA 插件(DIP)： GDT：C6M09R PPTC：K250-120U TVS：P6KE12CA d.器件选型说明 陶瓷放电管GDT：直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。 自恢复保险丝PPTC：PPTC的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。IH保持电流应大于最大工作电流，IT动作电流应小于线路的最大可承受电流。 瞬态抑制二极管TVS：通用信号传输线上TVS的击穿电压VBR应高于信号线上传输的信号电压，在此前提下，VBR应尽可能选得低一些，较低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保护，并且具有较大的通流容量。 e.残压波形 6KV正向 6KV正向 6KV反向 6KV反向 四.各种器件的选择依据 GDT的选择首先考虑其耐压耐流能力。如SPA090F的GDT能承受8/20us，4KV雷击测试；SPC和BXL系列GDT的可承受8/20us，8KV雷击测试；B8M09R系列GDT的能承受8/20us，20KV雷击测试等等。保险丝可选择限流效果最好的PPTC自恢复保险丝，PPTC则可采用0.3-6欧左右，不动作电流为100~200mA，的自恢复保险丝。TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。 五.过压防护标准的依据 IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us，4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示波前时间即从30%峰值上升至90%峰值的时间为10us，下降至峰值的一半为700us即半峰值时间。 六.雷击过压防护的接地要求 雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。 七.为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护 只采用一级防护，能承受大能量雷击的器件(如GDT)不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，所以要承受大的雷击能量，因此必须两级防护。RS232，RS422的防护与RS485的防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。

RS485作为最为最常用的电表通信方式之一，日常生活中雷电和静电干扰已经成为485通信总线在实际工程经常遇到的问题。故如何对芯片以及总线进行有效的保护，是摆在每一个使用者面前的一个问题。在这里，我们主要讨论RS485在电表中的防雷保护及方案。 一.雷击过压防护的必要性 RS-485接口带电拔插和抖动都会引起电压的剧烈变化，都会使芯片损坏，而RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而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。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。 二.防雷保护器的基本要求 在正常运行时，雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输，雷电保护器的对地阻抗应非常大，串连在电路中的阻抗应非常小，在雷电袭击通信总线时，雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用，其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。在抑制雷电袭击过程中，雷电保护器自身应完好无损，雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度。 三.RS485通信保护方案 a.原理图 以上为RS485总线的两级防护电路图。当雷击发生时，感应过电压由两端引入，GDT做一级防护，此时过电压被大大削弱到数百伏左右，再经过PPTC限浪，TVS做二次限压，使到后端电路的电压被箝制在8V左右，从而实现对后端电路的保护。TVS2/3做共模保护，TVS1做差模保护。 b.保护等级 可通过IEC61000-4-5，4级标准： 1.2/50us 4KV 10/700us 6KV 8/20us 2KA C.器件选择 贴片(SMD)： GDT：3SPC090F PPTC：MSM020 TVS：SMBJ10CA 插件(DIP)： GDT：C6M09R PPTC：K250-120U TVS：P6KE12CA d.器件选型说明 陶瓷放电管GDT：直流击穿电压大于线路中的正常工作电压，放电管允许的通过电流超过或等于设计通过的最大电流即可。 自恢复保险丝PPTC：PPTC的最大额定工作电压应大于电路正常最大工作电压。IH保持电流应大于最大工作电流，IT动作电流应小于线路的最大可承受电流。 瞬态抑制二极管TVS：通用信号传输线上TVS的击穿电压VBR应高于信号线上传输的信号电压，在此前提下，VBR应尽可能选得低一些，较低的VBR可使后端通信芯片得到可靠保护，并且具有较大的通流容量。 e.残压波形 6KV正向 6KV正向 6KV反向 6KV反向 四.各种器件的选择依据 GDT的选择首先考虑其耐压耐流能力。如SPA090F的GDT能承受8/20us，4KV雷击测试；SPC和BXL系列GDT的可承受8/20us，8KV雷击测试；B8M09R系列GDT的能承受8/20us，20KV雷击测试等等。保险丝可选择限流效果最好的PPTC自恢复保险丝，PPTC则可采用0.3-6欧左右，不动作电流为100~200mA，的自恢复保险丝。TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。 五.过压防护标准的依据 IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。其通信线路的最高测试标准为10/700us，4KV。10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示波前时间即从30%峰值上升至90%峰值的时间为10us，下降至峰值的一半为700us即半峰值时间。 六.雷击过压防护的接地要求 雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接地也会大大消弱防护效果。 七.为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护 只采用一级防护，能承受大能量雷击的器件(如GDT)不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。TVS虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，所以要承受大的雷击能量，因此必须两级防护。RS232，RS422的防护与RS485的防护方法完全相同。只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。

    RS485总线在我司产品运用的比较多，下位机联网主要依靠RS485方式进行，上位机与下位机通讯也使用该方式通讯，很多产品内部各个模块间通过RS485进行通讯。根据实际使用情况，将RS485通讯做些总结，权当对RS485总线运用的一个总结，以应用为基调，肯定有很多不足的地方，若有不对之处，敬请指教。       RS485总线是一种串行的时分总线，半双工，一主多从的网络组成方式。在实际的运用过程中，一般采用“主机轮询从机，从机实时返回”的方式进行，通讯通常采用数据包的方式，下面以一种易懂的通讯格式来介绍，通讯格式为“起始字符+设备特征码+数据包序号码+命令特征码+数据+校验码+结束字符”，各个域的字节长度可由用户定义。       工作过程可如下：假设一条RS485总线上，主机叫做A机，A1、A2、A3为从机，一般总线上所有终端平时处于接收状态，主机也一样，只在有必要发送数据时，才处于发送状态，一个时刻，必须保证总线只有一个器件处于发送状态，否则总线会乱序。以A机轮询A1机状态为例：A发送数据包起始字节，A1、A2、A3均接收该字节，A继续发送设备特征码A1，A1接收并与自己设备码比较相同，继续接收，A2、A3接收比较则发现与自己的设备码不同，就不再接收后续字符（接收中断仍在进行，只是接收到数据不写入相应接收缓冲区，这样就接收不了一个完整的数据包，接收不到完整数据包，就不会作出处理），A继续发送数据包序号码，A1从机接收，A继续发送命令特征码，A1接收，A继续发送数据域数据，A1接收，A发送校验码，A1接收并判断之前接收到的数据是否符合校验规则（比如CRC16校验，异或算法校验，加运算校验），若不符合，则放弃本次数据包接收，符合校验规则，A1继续接收，A发送结束字符，A1继续接收结束字符，如此一个完整的数据包被接收，按照命令特征码和数据域数据解析命令，作出反应，并按同样的逻辑返回给主机A机状态。 同样对A2、A3也同样进行，一般主机若在发送数据包后会有计时规则，超时无数据返回，则判定从机不在总线上，从机也一样，如果超过设定时间未接收到主机发来数据包，从机也进入脱机状态。       作为一个系统，在设计通讯协议的时候，必须充分考虑通讯格式的可扩展性、兼容性，这样产品才能有较好的延续性、可继承性。在通讯速率方面，最好采用标准的1200bps、9600bps、19200bps等大家常用的波特率，以更好的和其他公司一些产品连接。通讯距离方面，虽然理论理论距离1200m，其实和从机个数，通讯使用线缆，通讯环境（干扰）是有很大关系的，距离长的，往往需要通过中继器加强信号、减慢通讯速率来解决干扰。       在硬件电路组成方面，大都使用RS485通讯芯片（如MAX485、SP3483、SN65LBC184），就如RS232有很多芯片一样，并不需要用户使用分立元件搭建电路，相对外围的元件是很少的，一般作为通讯线路，容易遭受各种电气干扰，受各类脉冲的冲击，因此必须考虑如何将线路上这些破坏性的干扰降低，使用TVS管是个好办法，一般在通讯线路长，共模干扰比较严重，可在通讯线路上接近芯片楚接共模电感，以让通讯更稳定；作为RS485，若从器件挂在离主机最远处，需在485A、485B间并上一个120欧姆左右的电阻，以防通讯能量反射。        RS485总线构成虽然简单，但要在实际项目中用好，也绝非易事，多进行现场问题的分析、解决，非常有帮助我们对RS485总线的认识。