基于Modbus協(xié)議的串口通訊程序——(RS485總線系統(tǒng)應(yīng)用之3)

在工業(yè)測(cè)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中，需要利用計(jì)算機(jī)通過串行接口與測(cè)控網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)或命令傳輸。截止到目前為止，被廣泛應(yīng)用的串行通信接口有RS-232、RS-485/422等。

RS-232是最早的串行接口，應(yīng)用于低波特率的串行通信。RS-232采取的是單端不平衡傳輸方式，其收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)都是相對(duì)于地信號(hào)的，所以共模抑制能力差。再加上雙絞線分布電容的影響，其最大傳輸距離僅為15米，最高傳輸速率只有20kbit/s(=2560Byte/s)，并且只支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。

為克服RS-232串口的通信距離短、波特率低的缺點(diǎn)，后來推出了RS-485/422接口標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱485總線)。由于485總線的先進(jìn)性，很快在工業(yè)測(cè)控等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。

2. 485總線的特點(diǎn)

485總線采用了平衡發(fā)送和差分接收接口標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)送端將串行口的TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)由A、B兩線輸出，經(jīng)過雙絞線傳輸?shù)浇邮斩撕?，再將差分信?hào)還原成TTL電平信號(hào)。因此具有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，加之總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測(cè)到低至200mV的電壓。故傳輸信號(hào)經(jīng)過千米以上的衰減后都可以完好恢復(fù)。在100kbit/s的傳輸速率下，通信距離可以達(dá)到1200米左右。如果通信距離較短，其最大傳輸速率可達(dá)10Mbit/s。如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要增加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器。RS-485/422總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到256個(gè)節(jié)點(diǎn)或更多。

3. 485總線布線規(guī)則

為了避免數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，在485總線的布線設(shè)計(jì)和施工中，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

　?、?由于485總線傳送的是一對(duì)差分信號(hào)，485網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線最好采用外加屏蔽層的雙絞線，屏蔽層應(yīng)在一個(gè)點(diǎn)可靠接地。

　?、?在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，如果現(xiàn)場(chǎng)干擾源非常復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)之間可能存在很高的共模電壓。雖然485接口使用的是差分傳輸方式，具有抗共模干擾能力。但是當(dāng)共模電壓大于+12V或者小于-9V時(shí)，就超過了485接收器的極限接收電壓，接收器將無法工作，甚至可能燒毀芯片和設(shè)備。此時(shí)，應(yīng)在485總線網(wǎng)絡(luò)中使用485光隔離中繼器，從而消除共模電壓的影響。

　?、?隨著傳輸距離的延長(zhǎng)，485總線網(wǎng)絡(luò)上會(huì)產(chǎn)生回波反射信號(hào)。如果485總線的傳輸距離超過100米，建議在485網(wǎng)絡(luò)的開始端和結(jié)束端并接120Ω電阻。

　?、?一般應(yīng)采用手牽手的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最好不要采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。否則會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，影響通信質(zhì)量。要盡量減少節(jié)點(diǎn)設(shè)備與主干線路之間的距離，如果在實(shí)際應(yīng)用中必須距離較遠(yuǎn)，應(yīng)使用485中繼器接出一個(gè)485總線的分支。如果實(shí)際應(yīng)用中一定要使用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則必須使用485集線器。

⑤.必須重視485總線的負(fù)載能力，影響負(fù)載能力的因素有：接在主計(jì)算機(jī)串口的485轉(zhuǎn)換器的供電能力，通訊距離，485數(shù)據(jù)線材的品質(zhì)，波特率等。

無源型的485轉(zhuǎn)換器是從計(jì)算機(jī)的串口竊電，供電力較差，帶負(fù)載能力不足。如果485網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備比較多，應(yīng)使用帶電源的485轉(zhuǎn)換器。選用好的485專用通訊線纜，盡可能使用低的波特率。使用485中繼器或者485集線器，都可以提高485總線的負(fù)載能力。

4. 485總線布線方法

在485總線的簡(jiǎn)單應(yīng)用中，一般采用總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布線方式。但是在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布線施工不但非常繁瑣，而且還浪費(fèi)了大量的連線。靈活利用485集線器或485中繼器，可以將總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接成星形或樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。大大的方便了前期施工和后期的維修工作。

485總線星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

485總線樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

5. 120Ω電阻的連接方法

在485總線的實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)傳輸距離超過一定的長(zhǎng)度時(shí)，總線的抗干擾能力就會(huì)出現(xiàn)下降，在這種情況下，就要在485總線的首尾兩端接入120歐姆的終端匹配電阻，以保證485總線的穩(wěn)定性。