485全名叫做EIA-485也叫做RS-485或者RS485,是隸屬于OSI模型物理層的 電氣特性規(guī)定為2線、半雙工、平衡傳輸線多點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)。是由電信行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)及電子工業(yè)聯(lián)盟(EIA)聯(lián)合發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)此標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)可以在有電子噪聲的環(huán)境下進(jìn)行長距離有效率的通信。在線性多點(diǎn)總線的配置下,可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)接收器。因此適用在工業(yè)環(huán)境中。
485的通訊距離最遠(yuǎn)可以多少
根據(jù)485 總線結(jié)構(gòu)理論,在理想環(huán)境的前提下,485 總線傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1200 米。其條件是通訊線材優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo),波特率為9600,只負(fù)載一臺(tái)485 設(shè)備,才能使得通訊距離達(dá)到1200 米,所以通常485 總線實(shí)際的穩(wěn)定通訊距離往往達(dá)不到1200 米。如果負(fù)載485 設(shè)備多,線材阻抗不合乎標(biāo)準(zhǔn),線徑過細(xì),轉(zhuǎn)換器品質(zhì)不良,設(shè)備防雷保護(hù)復(fù)雜和波特率的提高等等因素都會(huì)降低通訊距離。
485通訊簡圖
485總線的帶負(fù)載能力
我們?cè)诰W(wǎng)上搜索485的帶負(fù)載數(shù)量會(huì)發(fā)現(xiàn)有人說32個(gè),有人說128個(gè),還有人說256個(gè)因?yàn)榈刂肥?byte 0-255。那到底是多少呢?其實(shí)不管是支持32個(gè)、128個(gè)、256個(gè)都沒有錯(cuò),但是這些都是理論值,實(shí)際負(fù)載多少個(gè)設(shè)備,還要看RS485轉(zhuǎn)換器用什么芯片,一般485 芯片負(fù)載能力有三個(gè)級(jí)別——32 臺(tái)、128 臺(tái)和256 臺(tái)。并和所用電纜的品質(zhì)相關(guān),節(jié)點(diǎn)越多、傳輸距離越遠(yuǎn)、電磁環(huán)境越惡劣,對(duì)所選的電纜要求就越高。
RS-485的“節(jié)點(diǎn)數(shù)”主要是依“接收器輸入阻抗”而定;根據(jù)規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口的輸入阻抗為≥12kΩ,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)。為適應(yīng)更多節(jié)點(diǎn)的通信場合,有些芯片的輸入阻抗設(shè)計(jì)成1/2負(fù)載(≥24kΩ)、1/4負(fù)載(≥48kΩ)甚至1/8負(fù)載(≥96kΩ),相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可增加到64個(gè)、128個(gè)和256個(gè)。
支持不同節(jié)點(diǎn)數(shù)的芯片
如何消除485通訊干擾
RS485信號(hào)以長距離、多用戶、抗(共模)干擾著稱。但在現(xiàn)實(shí)情況下,尤其是在安防、智能建筑施工環(huán)境下情況截然不同。許多人都遇到過RS485線路干擾問題,當(dāng)然最直觀的解釋就是沒有按照施工規(guī)范來做。但是一但按照繁復(fù)施工規(guī)范來做,對(duì)于目前的行業(yè)現(xiàn)狀(造價(jià)與技術(shù)人員素質(zhì))來講,都是比較有挑戰(zhàn)的。
對(duì)于強(qiáng)共模干擾。這種情況很像圖像傳輸中所說的"地干擾"。由于接收設(shè)備在不同地點(diǎn),直接或間接接地,造成信號(hào)線與"本設(shè)備地"或"本設(shè)備數(shù)字地"之間的交流(通常是50赫茲)信號(hào)超標(biāo)。表現(xiàn)為接收時(shí)有時(shí)無,甚至一直無法接收。更有甚者,收發(fā)相距一米便無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。消除共模干擾的手段包括采用電氣隔離方式進(jìn)行通訊、采用屏蔽線進(jìn)行通訊將屏蔽層作為通訊地線、由一點(diǎn)可靠接入大地等。
需要提一下的是485的差模干擾。485通訊線由兩根雙絞線組成,它是通過改變兩根通訊線之間的電壓差的方式來傳遞信號(hào)的,因此稱之為差分電壓傳輸。差模干擾存在于兩根信號(hào)線之間,屬于對(duì)稱性干擾。消除差模干擾的方法是在電路中增加偏置電阻,并使用雙絞線。
終端電阻在通訊中的作用
在485組網(wǎng)過程中另一個(gè)需要注意的是終端負(fù)載電阻問題,在設(shè)備少距離短的情況下不加終端負(fù)載電阻整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能很好的工作但隨著距離的增加性能將降低。理論上,在每個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)的中點(diǎn)進(jìn)行采樣時(shí),只要反射信號(hào)在開始采樣時(shí)衰減到足夠低就可以不考慮匹配。但這在實(shí)際應(yīng)用上難以掌握,美國美信(MAXIM)公司有篇文章提到一條經(jīng)驗(yàn)性的原則可以用來判斷在什么樣的數(shù)據(jù)速率和電纜長度時(shí)需要進(jìn)行匹配:當(dāng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間(上升或下降時(shí)間)超過電信號(hào)沿總線單向傳輸所需時(shí)間的3倍以上時(shí)就可以不加匹配。
一般終端匹配采用終端電阻方法,RS-485應(yīng)在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終端電阻在RS-485網(wǎng)絡(luò)中取120Ω。相當(dāng)于電纜特性阻抗的電阻,因?yàn)榇蠖鄶?shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100~120Ω。這種匹配方法簡單有效,但有一個(gè)缺點(diǎn),匹配電阻要消耗較大功率,對(duì)于功耗限制比較嚴(yán)格的系統(tǒng)不太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。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(gè)難點(diǎn),需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。還有一種采用二極管的匹配方法,這種方案雖未實(shí)現(xiàn)真正的“匹配”,但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號(hào),達(dá)到改善信號(hào)質(zhì)量的目的,節(jié)能效果顯著。
一般情況下不需要增加終端電阻,只有在485通信距離超過300米的情況下,要在485通訊的開始端和結(jié)束端增加終端電阻。還需要注意的是當(dāng)設(shè)備數(shù)量較多時(shí)(一般超過22臺(tái)),一般不需要再加終端電阻,因?yàn)榻K端電阻會(huì)降低485總線的帶負(fù)載能力。
485與Modbus的關(guān)系
RS485是一個(gè)物理接口,簡單的說是硬件載體。而MODBUS是一種國際標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議,用于不同廠商之間的設(shè)備交換數(shù)據(jù)(一般是工業(yè)用途),所謂協(xié)議,也可以理解為軟件。一般情況下,兩臺(tái)設(shè)備通過MODBUS協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)在最早是用RS232(老式電腦上的串行通訊口)作為硬件載體的,也有用RS422的,但是最常用的還是RS485,因?yàn)閭鬏斁嚯x遠(yuǎn),在一般工業(yè)現(xiàn)場用的比較多。
MODBUS協(xié)議又分MODBUS_RTU、MODBUS_ASCII和后來的MODBUS_TCP三種模式:其中前兩種(MODBUS_RTU,MODBUS_ASCII)所用的物理硬件接口都是串行(Serial)通訊口(RS485,RS232,RS422)。
而MODBUS_TCP則是為了順應(yīng)當(dāng)今世界發(fā)展潮流,用以太網(wǎng)(Ethernet)作為硬件載體來連接、傳送數(shù)據(jù)。也就是我們電腦上一般用的網(wǎng)口了。
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