RS485应用电路图
就485总线应用中易出现的问题,分析了产生的原因并给出解决问题的软硬件方案和措施。1 问题的提出
在应用系统中,RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广泛使用的数据通信总
线,它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。
由于实际应用系统中,往往分散控制单元数量较多,分布较远,现场存在各种干扰,所
以通信的可靠性不高,再加上软硬件设计的不完善,使得实际工程应用中如何保障RS-485总
线的通信的可靠性成为各研发机构的一块心病。
在使用RS-485总线时,如果简单地按常规方式设计电路,在实际工程中可能有以下两个问
题出现。一是通信数据收发的可靠性问题;二是在多机通信方式下,一个节点的故障(如死
机),往往会使得整个系统的通信框架崩溃,而且给故障的排查带来困难。
针对上述问题,我们对485总线的软硬件采取了具体的改进措施
2 硬件电路的设计
现以8031单片机自带的异步通信口,外接75176芯片转换成485总线为例。其中为了实现
总线与单片机系统的隔离,在8031的异步通信口与75176之间采用光耦隔离。
充分考虑现场的复杂环境,在电路设计中注意了以下三个问题。
2.1 SN75176 485芯片DE控制端的设计
由于应用系统中,主机与分机相隔较远,通信线路的总长度往往超过400米,而分机系
统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果在此时某个75176的DE端电位为“1”,那
么它的485总线输出将会处于发送状态,也就是占用了通信总线,这样其它的分机就无法与
主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况下(死机),会使整个系统通信
崩溃。因此在电路设计时,应保证系统上电复位时75176的DE端电位为“0”。由于8031在复
位期间,I/O口输出高电平,故图2电路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。
2.2 隔离光耦电路的参数选取
在应用系统中,由于要对现场情况进行实时监控及响应,通信数据的波特率往往做得较
高(通常都在4800波特以上)。限制通信波特率提高的“瓶颈”,并不是现场的导线(现场
施工一般使用5类非屏蔽的双绞线),而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。此
处采用TIL117。电路设计中可以考虑采用高速光耦,如6N137、6N136等芯片,也可以优化普
通光耦电路参数的设计,使之能工作在最佳状态。例如:电阻R2、R3如果选取得较大,将会
使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢;如果选取得过小,退出饱和也会很慢,所以这两
只电阻的数值要精心选取,不同型号的光耦及驱动电路使得这两个电阻的数值略有差异,这
一点在电路设计中要特别慎重,不能随意,通常可以由实验来定。
2.3 485总线输出电路部分的设计
输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境
比较复杂,现场常有各种形式的干扰源,所以485总线的传输端一定要加有保护措施。在电
路设计中采用稳压管D1、D2组成的吸收回路,也可以选用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器
件,或者直接选用能抗雷击的485芯片(如SN75LBC184等)。
考虑到线路的特殊情况(如某一台分机的485芯片被击穿短路),为防止总线中其它分
机的通信受到影响,在75176的485信号输出端串联了两个20Ω的电阻R10、R11。这样本机的
硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
在应用系统工程的现场施工中,由于通信载体是双绞线,它的特性阻抗为120Ω左右,
所以线路设计时,在RS-485网络传输线的始端和末端各应接1只120Ω的匹配电阻(如图2中
R8),以减少线路上传输信号的反射。
由于RS-485芯片的特性,接收器的检测灵敏度为± 200mV,即差分输入端VA-VB ≥
+200mV,输出逻辑1,VA-VB ≤-200mV,输出逻辑0;而A、B端电位差的绝对值小于200mV
时,输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时,接收器输出逻辑0,这会误认为通
信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位,这样
RXD的电平在485总线不发送期间(总线悬浮时)呈现唯一的高电平,8031单片机就不会被误
中断而收到乱字符。通过在485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R7、R9,即可很好地
解决这个问题。
3 软件的编程
485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总
线,在某一个时刻,总线只可能呈现一种状态,所以这种方式一般适用于主机对分机的查询
方式通信,总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机,所以需要制定一
套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧
成包发送的,每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。
其中引导码是用于同步每一包数据的引导头;长度码是这一包数据的总长度;命令码是主机
对分机(或分机应答主机)的控制命令;地址码是分机的本机地址号;“内容”是这一包数
据里的各种信息;校验码是这一包数据的校验标志,可以采用奇偶校验、和校验等不同的方
式。
在485芯片的通信中,尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的工作,在485
总线状态切换时需要做适当延时,再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下,先
将控制端置“1”,延时1ms左右的时间,再发送有效的数据,一包数据发送结束后再延时
1ms后,将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时,有一个稳定的工作过程。
4 结论
经过以上的软硬件共同处理,RS-485总线在应用系统工程中的可靠性大大提高,在通常
的环境条件下,24小时连续开机,系统的通信始终处于正常状态,整机性能满足了现场工程
的需要。
但是RS-485总线仍然只是一种常规的通信总线,它不能够做总线的自动仲裁,也就是不
能够同时发送数据以避免总线竞争,所以整个系统的通信效率必然较低,数据的冗余量较
大,对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。同时由于RS-485总线上通常只有一台
主机,所以这种总线方式是典型的集中-分散型控制系统。一旦主机出现故障,会使整个系
统的通信陷于瘫痪状态,因此做好主机的在线热备份是一个重要措施。
尽管RS-485总线存在这样那样的问题,但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方
便,只要合理的使用在某些场所仍然能发挥良好的作用。 太好了,正要做485通讯呢,谢谢了!! 问下485为啥老是说容易招雷劈呢 谢谢楼主刚好准备做相关电路 RS485通信线因为一般架设在室外或沿电缆线进行铺设,所以较易收到雷击及静电干扰而导致同一总线上设备损坏。
目前一般解决办法是在RS485收发器外部加上瞬态电压抑制器如(SMBJ6.5CA-TP、P6KE6.8CA)来抑制浪涌电压,而一般TVS很难做到大功率级,当雷击浪涌发生时,瞬态大电流能直接损坏一般TVS二极管,因此在防雷设计上还必须外加雷击浪涌保护气体(陶瓷气体放电管)。雷击防护应该按照协同式多级防护来保证产品的可靠性。
好贴,mark 好贴,mark了,正好用485做东西。 谢谢楼主的分享和讲解 好资料,学习 langtuodianzi 发表于 2012-9-14 10:19 static/image/common/back.gif
RS485通信线因为一般架设在室外或沿电缆线进行铺设,所以较易收到雷击及静电干扰而导致同一总线上设备损坏 ...
这两个图片接地好像不一样?有什么讲究吗? 要想数据可靠还是用CAN总线吧。 mark 以后来学习
好贴,mark!收藏{:victory:} xiongh 发表于 2013-5-2 09:18 static/image/common/back.gif
要想数据可靠还是用CAN总线吧。
CAN可靠?比485好? 孤独将一 发表于 2013-5-6 18:30 static/image/common/back.gif
CAN可靠?比485好?
看看CAN的资料吧,PLC通讯,仪表通讯很多都是用CAN。欧姆龙PLC的DEVICE NET 协议,CANOPEN协议都是基于CAN的,硬件处理功能就比RS485强大了很多。 留名顶贴 学习了, mark,标记 多谢楼主分享 看到这里,我想很多人可能需要USB转485或者232转485进行调试,所以需要这两个模块的同志,可以联系我,我做的是无极性的485模块,方便接线,不怕接错,调试过程中很方便! MARK..................... 赞一个 正需要用这个 好帖,谢谢分享 谢谢,学习 存在即是合理,485应用还是很广的。 485工控领域用的非常多 用光耦隔离速度不能太高,可以用磁隔离器件。 磁隔离可能会略贵,但是空间会小很多 分析感觉很到位,学习了 分析的很好 一直不懂485怎么个原理。看看 langtuodianzi 发表于 2012-9-14 10:19
RS485通信线因为一般架设在室外或沿电缆线进行铺设,所以较易收到雷击及静电干扰而导致同一总线上设备损坏 ...
RS485使用TVS管 SMBJ6.5CA-TP、P6KE6.8CA进行保护,其漏电流较大,将影响带载能力。RS485规范中规定AB的电平从-9V至12V,选取的TVS管应尽量满足。
PS:电力行业使用RS485时,没有使用种方式防雷,不知这种方式,适应哪种场合,不考虑成本?
个人愚见,不对还请斧正。 感谢楼主,我一直再弄这个,就是没有好的设计。 langtuodianzi 发表于 2012-9-14 10:19
RS485通信线因为一般架设在室外或沿电缆线进行铺设,所以较易收到雷击及静电干扰而导致同一总线上设备损坏 ...
学习了!谢谢! MARK一下,学习 ldb 发表于 2014-10-13 08:47
RS485使用TVS管 SMBJ6.5CA-TP、P6KE6.8CA进行保护,其漏电流较大,将影响带载能力。RS485规范中规定AB的 ...
RS-485 总线标准是工业设备上应用最为广泛的物理层协议之一,可用于过程控制网络、工业自动化、远程终端、楼宇自动化以及安防系统。RS-485 的主要特点:支持远距离传输,长达 4000 英尺;双向信号差分传输,提高信号的噪音抑制能力,并且允许一条总线上挂接多个发射器和接收器,信号传输为宽范围电平 -7V~+12V。
基于 RS-485 电性能参数,其典型高浪涌防护等级的解决方案为两级防护,其中第一级可采用TE电路保护部门的 LT-B3D090L 用于旁路大部分的雷击电流,中间采用 PTC250-120u起到第一级和第二级保护的耦合器件;而第二级保护则可以采用钳位电压更为精确的 TVS 或 crowbar 模式的 thyristor,将浪涌电压残压降至最低范围。
langtuodianzi 发表于 2014-10-31 16:56
RS-485 总线标准是工业设备上应用最为广泛的物理层协议之一,可用于过程控制网络、工业自动化、远程终端 ...
谢谢分享的资料。
PS:TVS型号选取,实验中发现其会影响带载能力。RS485芯片AB间电平范围都会大于-7至12V,TVS管选取时,我会综合考虑。 写的很细致,收藏了 刚用过还不是很熟 再巩固一下 收藏了,学习了 请问485的AB线之间为什么要加D1和D2,是稳压管吗? 不错不错,芯片有点多了~ 一般应用 P6KE 系列里面选个 {:shocked:} 好贴!!谢谢了!! SMBJ6.5CA的使用值得商榷! 写这个资料的人肯定没 测试过200多个从机的时候能不能正常通讯 blade888 发表于 2013-5-2 16:48
好贴,mark!收藏
你是大海???? 收藏了 mark 留个记号,以后用的上 好贴,mark 485,刚刚用了很多,标记一下 初来咋到,留个印 很好的介绍!!!! 好资料,标记一下!
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