RS-485常见故障处理

2021-08-06

在MCU之间中长距离通信的诸多方案中,RS-485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测等领域。但RS-485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷,一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要

 

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RS-485

 

一、RS-485接口电路的硬件设计

1、总线匹配

总线匹配有两种方法,一种是加匹配电阻。位于总线两端的差分端口,VA与VB之间应跨接120Ω匹配电阻,以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声,有效地抑制了噪声干扰。但匹配电阻要消耗较大电流,不适用于功耗限制严格的系统。

另外一种比较省电的匹配方案是RC匹配利用一只电容C隔断直流成分,可以节省大部分功率,但电容C的取值是个难点,需要在功耗和匹配质量间进行折中。

除上述两种外还有一种采用二极管的匹配方案,这种方案虽未实现真正的匹配,但它利用二极管的钳位作用,迅速削弱反射信号达到改善信号质量的目的,节能效果显著。

 

2、RO及DI端配置上拉电阻

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、保证系统上电时的RS-485芯片处于接收输入状态

对于收发控制端TC建议采用MCU引脚通过反相器进行控制,不宜采用MCU引脚直接进行控制,以防止MCU上电时对总线的干扰。

 

4、总线隔离

RS-485总线为并接式二线制接口,一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”,因此对其二线口VA、VB与总线之间应加以隔离。通常在VA、VB与总线之间各串接一只4~10Ω的PTC电阻,同时与地之间各跨接5V的TVS二极管,以消除线路浪涌干扰。如没有PTC电阻和TVS二极管,可用普通电阻和稳压管代替。

 

5、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。

 

二、RS-485PQ络配置

1、网络节点数

网络节点数与所选RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关,如75LBC184标称最大值为64点,SP485R标称最大值为400点。实际使用时,因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同,实际节点数均达不到理论值。

 

2、节点与主干距离

理论上讲,RS-485节点与主干之间距离(T头,也称引出线)越短越好。T头小于10m。的节点采用T型,连接对网络匹配并无太大影响,可放心使用,但对于节点间距非常小(小于1m,如LED模块组合屏)应采用星型连接,若采用T型或串珠型连接就不能正常工作。RS-485是一种半双工结构通信总线,大多用于一对多点的通信系统,因此主机(PC)应置于一端,不要置于中间而形成主干的T型分布。

 

三、提高RS-485通信效率

RS-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中,相对于RS-232等全双工总线效率低了许多,因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。

 

1、稳态控制

总线稳态控制(握手信号)大多数使用者选择在数据发送前1ms将收发控制端TC置成高电平,使总线进入稳定的发送状态后才发送数据;数据发送完毕再延迟1ms后置TC端成低电平,使可靠发送完毕后才转入接收状态。使用TC端的延时有4个机器周期已满足要求。

2、传输质量

为保证数据传输质量,对每个字节进行校验的同时,应尽量减少特征字和校验字惯用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成,每个数据包长度达20~30字节。在RS-485系统中这样的协议不太简练。推荐用户使用Modbus协议,该协议己广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。

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