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sss 安防知識:RS-485總線的理論與運用-【深圳雅迅達】
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安防知識:RS-485總線的理論與運用

查看次數:次  發布時期:2011-11-23  【返回】

        隨著數字技術的發展和計算機日益廣泛的應用,現在一個係統往往由多台計算機組成,需要解決多站、遠距離通信的問題。在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用rs-485收發器。rs-485收發器采用平衡發送和差分接收,因此具有抑製共模幹擾的能力,加上接收器具有高的靈敏度,能檢測低達200mv的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢複。使用rs-485總線,一對雙絞線就能實現多站聯網,構成分布式係統,設備簡單、價格低廉、能進行長距離通信的優點使其得到了廣泛的應用
        2、rs-485總線的理論
        在自動化領域,隨著分布式控製係統的發展,迫切需要一種總線能適合遠距離的數字通信。在rs-422標準的基礎上,eia研究出了一種支持多節點、遠距離和接收高靈敏度的rs-485總線標準。
        rs-485標準采有用平衡式發送,差分式接收的數據收發器來驅動總線,具體規格要求:
        接收器的輸入電阻rin≥12kω
        驅動器能輸出±7v的共模電壓
        輸入端的電容≤50pf
        在節點數為32個,配置了120ω的終端電阻的情況下,驅動器至少還能輸出電壓1.5v(終端電阻的大小與所用雙絞線的參數有關)
        接收器的輸入靈敏度為200mv(即(v+)-(v-)≥0.2v,表示信號"0";(v+)-(v-)≤-0.2v,表示信號"1") 因為rs-485的遠距離、多節點(32個)以及傳輸線成本低的特性,使得eia rs-485成為工業應用中數據傳輸的首選標準。基於此,rs-485的自動化領域的應用非常廣泛,但是在實際工程中rs-485總線運用仍然存在著很多問題,影響了工程的質量,為工程施工帶來了很多的不方便。
        1、 阻抗不連續
     xinhaozaichuanshuguochengzhongruguoyudaozukangtubian,xinhaozaizhegedifangjiuhuiyinqifanshe,zhezhongxinhaofanshedeyuanli,yuguangcongyizhongmeizhijinrulingyizhongmeizhiyaoyinqifansheshixiangside。xiaochuzhezhongfanshedefangfa,jiushijinliangbaochichuanshuxianzukanglianxu,shijigongchengzhongzaidianlanxiandemoduankuajieyigeyudianlandetexingzukangtongyangdaxiaodezhongduandianzudeyuanlijiushiweilejianxiaoxinhaofanshe。
     從(cong)理(li)論(lun)上(shang)分(fen)析(xi),在(zai)傳(chuan)輸(shu)電(dian)纜(lan)的(de)末(mo)端(duan)隻(zhi)要(yao)跨(kua)接(jie)了(le)與(yu)電(dian)纜(lan)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)相(xiang)匹(pi)配(pei)的(de)終(zhong)端(duan)電(dian)阻(zu),就(jiu)能(neng)有(you)效(xiao)的(de)減(jian)少(shao)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)。但(dan)是(shi),在(zai)實(shi)現(xian)應(ying)用(yong)中(zhong),由(you)於(yu)傳(chuan)輸(shu)電(dian)纜(lan)的(de)特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)與(yu)通(tong)訊(xun)波(bo)特(te)率(lv)等(deng)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)有(you)關(guan),特(te)性(xing)阻(zu)抗(kang)不(bu)可(ke)能(neng)與(yu)終(zhong)端(duan)電(dian)阻(zu)完(wan)全(quan)相(xiang)等(deng),因(yin)此(ci)或(huo)多(duo)或(huo)少(shao)的(de)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)還(hai)會(hui)存(cun)在(zai)。信(xin)號(hao)反(fan)射(she)對(dui)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)影(ying)響(xiang),歸(gui)根(gen)結(jie)底(di)是(shi)因(yin)為(wei)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)觸(chu)發(fa)了(le)接(jie)收(shou)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)比(bi)較(jiao)器(qi),使(shi)接(jie)收(shou)器(qi)收(shou)到(dao)了(le)錯(cuo)誤(wu)的(de)信(xin)號(hao),導(dao)致(zhi)crc校驗錯誤或整個數據幀錯誤。這種情況是無法改變的,隻有盡量去避免它。
        2、rs-485接地問題
        僅僅用一對雙絞線將各個接口的a、b端連接起來,而不對rs-485通信鏈路的信號接地,在某些情況下也可以工作,但給係統埋下了隱患。rs-485接jie口kou采cai用yong差cha分fen方fang式shi傳chuan輸shu信xin號hao並bing不bu需xu要yao對dui於yu某mou個ge參can照zhao點dian來lai檢jian測ce信xin號hao係xi統tong,隻zhi需xu檢jian測ce兩liang線xian之zhi間jian的de電dian位wei差cha就jiu可ke以yi了le。但dan應ying該gai注zhu意yi的de是shi收shou發fa器qi隻zhi有you在zai共gong模mo電dian壓ya不bu超chao出chu一yi定ding範fan圍wei(-7v至+12v)的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此範圍,就會影響通信的可靠直至損壞接口。如圖1所示,當發送器a向接收器b發送數據時,發送器a的輸出共模電壓為vos,由於兩個係統具有各自獨立的接地係統存在著地電位差vgpd,那麼接收器輸入端的共模電壓就會達到vcm=vos+vgpd。rs-485標準規定vos≤3v,但vgpd可能會有很大幅度(十幾伏甚至數十伏),並可能伴有強幹擾信號致使接收器共模輸入vcm超出正常圍,在信號線上產生幹擾電流輕則影響正常通信,重則損壞設備。
        3、rs-485的總線結構及傳輸距離
        rs-485支zhi持chi半ban雙shuang工gong或huo全quan雙shuang工gong模mo式shi。網wang絡luo拓tuo撲pu一yi般ban采cai用yong終zhong端duan匹pi配pei的de總zong線xian型xing結jie構gou不bu支zhi持chi環huan形xing或huo星xing形xing網wang絡luo,最zui好hao采cai用yong一yi條tiao總zong線xian將jiang各ge個ge節jie點dian串chuan接jie起qi來lai。從cong總zong線xian到dao每mei個ge節jie點dian的de引yin出chu線xian長chang度du應ying盡jin量liang短duan,以yi便bian使shi引yin出chu線xian中zhong的de反fan射she信xin號hao對dui總zong線xian信xin號hao的de影ying響xiang最zui低di。在zai使shi用yongrs485接(jie)口(kou)時(shi),對(dui)於(yu)特(te)定(ding)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)經(jing),從(cong)發(fa)生(sheng)器(qi)到(dao)負(fu)載(zai)其(qi)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)所(suo)允(yun)許(xu)的(de)最(zui)大(da)電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)是(shi)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)速(su)率(lv)的(de)函(han)數(shu),這(zhe)個(ge)長(chang)度(du)數(shu)據(ju)主(zhu)要(yao)是(shi)受(shou)信(xin)號(hao)失(shi)真(zhen)及(ji)噪(zao)聲(sheng)等(deng)影(ying)響(xiang)所(suo)限(xian)製(zhi)。當(dang)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)速(su)率(lv)降(jiang)低(di)到(dao)90kbit/s以下時,假定最大允許的信號損失為6dbv時,則電纜長度被限製在1200m。實際上,在實用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。
        3方案設計
        以下以一個例子來說明rs-485的應用:
  一個大學食堂有三層,有12台pos機,每層樓有4台pos機,他們是rs-485的接口,控製pos機的電腦    接rs-232接口,傳統的解決方案是:
        采用這種老式布線結構存在以下幾種缺陷。
        1>、rs-485總線受差分信號傳輸特點的限製總線長度一般在1200米左右,采用這種老式布線結構,可布線覆蓋麵積十分有限(一般為幾百平方米)。有時為了拓寬傳輸距離不得不采用中繼器。同時亦加大了布線過程中出現問題的可能性。
        2>、一般大型考勤門禁係統都裝有為數眾多的門禁控製器,采用這種老式布線結構,所有門禁控製器共享同一根rs-485總線。當任一控製器rs-485端口短路,都會影響整個門禁係統的正常工作。在眾多的門禁控製器中查找故障所在,不僅加大了工作量,也增加了維護成本。
        3>、由於rs-485總線布線比較複雜,在考勤門禁係統中絕大部分工程費用和時間都浪費在布線環節。而rs-485總zong線xian布bu線xian的de複fu雜za程cheng度du與yu總zong線xian的de長chang短duan和he設she備bei的de掛gua接jie數shu目mu有you很hen大da關guan係xi。特te別bie在zai大da型xing係xi統tong中zhong顯xian得de由you為wei突tu出chu。采cai用yong這zhe種zhong老lao式shi布bu線xian結jie構gou無wu疑yi加jia大da了le布bu線xian的de難nan度du。
        4>、youyudilihuanjingdeyuanyin,zaixiangjuyidingjulideshebeizhijianzongshicunzaididianweibupinghengdewenti。youshijishijulihenjinwentiyirancunzai。zhezhonghuanjingzaochengdeyinsu,zailaoshibuxianjiegouzhonghennanzonghejiejue。shenzhizaochengzhenggexitongwufaqidong。suirantongguochulididianweikezanshijiejuebufenwenti,danshigebujiutongyangwentiyouhuizaicichuxian。
     針zhen對dui上shang麵mian出chu現xian的de一yi些xie缺que陷xian,兆zhao越yue公gong司si開kai發fa出chu一yi款kuan新xin產chan品pin,它ta采cai用yong獨du特te的de等deng位wei分fen差cha隔ge離li技ji術shu和he高gao效xiao的de總zong線xian分fen割ge集ji中zhong技ji術shu能neng有you效xiao解jie決jue工gong程cheng布bu線xian中zhong常chang見jian的de地di電dian位wei差cha異yi、阻抗匹配及雷擊問題。用戶可以輕易改善rs-485/rs-422總zong線xian結jie構gou,分fen割ge網wang段duan,提ti高gao通tong信xin可ke靠kao性xing。當dang雷lei擊ji或huo者zhe設she備bei故gu障zhang產chan生sheng時shi,出chu現xian問wen題ti的de網wang段duan將jiang被bei隔ge離li,以yi確que保bao其qi他ta網wang段duan的de正zheng常chang工gong作zuo。重zhong新xin的de解jie決jue方fang案an如ru下xia:
        應用此方案可以有效的解決采用第一種方案存在的缺陷,它有如下幾點好處:
        1>、采用星型結構連接rs-485總線,在有效利用接口的情況下布線覆蓋麵積大大提高(一般為幾平方千米)。
        2>、有you八ba個ge下xia位wei機ji端duan口kou,且qie每mei個ge端duan口kou都dou具ju有you短duan路lu保bao護hu功gong能neng,並bing能neng工gong作zuo在zai關guan斷duan模mo式shi。對dui大da型xing考kao勤qin門men禁jin係xi統tong,通tong過guo分fen攤tan門men禁jin控kong製zhi器qi到dao八ba個ge端duan口kou不bu僅jin可ke以yi減jian少shao單dan個gers-485總線的負荷,同時有效的提高了整個係統的可靠性。當任一控製器rs-485端口短路,隻會影響其所在rs-485總線係統,不會影響其他接口連接的rs-485係統的正常工作。
        3>、可以使得rs-485係統布線過程變的簡單和快潔,從而有效的減少了工程的費用和時間。
        4>、各端口間存在3000v隔ge離li。對dui於yu由you環huan境jing問wen題ti帶dai來lai的de布bu線xian問wen題ti,隻zhi需xu把ba問wen題ti顯xian著zhu的de區qu域yu用yong單dan獨du端duan口kou進jin行xing連lian接jie集ji中zhong處chu理li,將jiang會hui有you效xiao的de解jie決jue地di電dian位wei帶dai來lai的de布bu線xian問wen題ti。
        4、注意事項
     4.1 很多人往往都誤認為rs-422串行接口是rs-485串chuan行xing接jie口kou的de全quan雙shuang工gong版ban本ben,實shi際ji上shang,它ta們men在zai電dian器qi特te性xing上shang存cun在zai著zhe不bu少shao差cha異yi,共gong模mo電dian壓ya範fan圍wei和he接jie收shou器qi輸shu入ru電dian阻zu不bu同tong使shi得de該gai兩liang個ge標biao準zhun適shi用yong於yu不bu同tong的de應ying用yong領ling域yu。rs-485串行接口的驅動器可用於rs-422串行接口的應用中,因為rs-485串行接口滿足所有的rs-422串行接口性能參數,反之則不能成立。對於rs-485串行接口的驅動器,共模電壓的輸出範圍是-7v和+12v之間;對於rs-422串行接口的驅動器,該項性能指標僅有±7v。rs-422串行接口接收器的最小輸入電阻是4kω;而rs-485串行接口接收器的最小輸入電阻則是12kω。
   4.2 rs-485總zong線xian在zai實shi際ji工gong程cheng中zhong總zong是shi出chu現xian一yi些xie接jie線xian的de問wen題ti,注zhu意yi,在zai接jie傳chuan輸shu線xian時shi一yi定ding要yao用yong同tong樣yang的de雙shuang絞jiao線xian或huo者zhe同tong樣yang的de電dian纜lan,有you些xie人ren一yi段duan使shi用yong雙shuang絞jiao線xian,由you於yu雙shuang絞jiao線xian長chang度du不bu夠gou或huo者zhe在zai中zhong間jian接jie上shang一yi段duan電dian話hua線xian或huo者zhe是shi其qi他ta的de線xian,這zhe樣yang阻zu抗kang就jiu不bu連lian續xu,產chan生sheng很hen大da的de反fan射she信xin號hao,通tong信xin的de是shi不bu能neng正zheng常chang進jin行xing的de。
         5、結束語
  rs-485總線,具有高噪聲抑製、寬共模範圍、長傳輸距離、衝突保護等特性,但還需要考慮合理的應用和網絡布局、連續的信號通道、周全的保護措施等,在設計之初就應有總體規劃。隨著光纖通信和以太網技術的發展,rs-485總線的數據傳輸距離會更遠。

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