帶你深入了解RS485總線

做工程很多時(shí)候會(huì)提到RS485控制線，它到底是什么呢？今天我聊聊RS485相關(guān)的應(yīng)用，深入了解RS485，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面的知識(shí)確實(shí)有很多，那么我們就選擇一些平時(shí)在弱電中會(huì)考慮到的問(wèn)題供大家了解。

一、什么是RS485總線

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常要采集多點(diǎn)數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)或開(kāi)關(guān)信號(hào)，一般用到RS485總線，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(lái)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。

RS485無(wú)具體的物理形狀，根據(jù)工程的實(shí)際情況而采用的接口，RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示"0"，- 6V～- 2V表示"1"。

RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。

485總線的通訊距離可以達(dá)到1200米。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)定的通訊距離往往達(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(guò)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。

二、RS485線纜

在一般場(chǎng)合采用普通的雙絞線就可以，在要求比較高的環(huán)境下可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時(shí)，對(duì)于特定的傳輸線路，從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸所允許的最大電纜長(zhǎng)度與信號(hào)傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個(gè)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)主要是受信號(hào)失真及噪聲等影響所影響。

理論上RS485的最長(zhǎng)傳輸距離能達(dá)到1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x要比1200米短，具體能傳輸多遠(yuǎn)視周?chē)h(huán)境而定。在傳輸過(guò)程中可以采用增加中繼的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最多可以加八個(gè)中繼，也就是說(shuō)理論上RS485的最大傳輸距離可以達(dá)到9.6公里。如果真需要長(zhǎng)距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。

三、RS485布線安裝注意事項(xiàng)

1、485總線應(yīng)采用什么樣的通訊線？一條總線上可以掛接多少臺(tái)設(shè)備？

必須采用RVSP屏蔽雙絞線。所用屏蔽雙絞線規(guī)格，與485通訊線的距離和掛接的設(shè)備數(shù)量有關(guān)，如下表所示。采用屏蔽雙絞線有助于減少和消除兩根485通信線之間產(chǎn)生的分布電容以及來(lái)自于通訊線周?chē)a(chǎn)生的共模干擾。

有人說(shuō)，485總線可以帶128臺(tái)設(shè)備進(jìn)行通訊。

其實(shí)并不是所有485轉(zhuǎn)換器都能夠帶128臺(tái)設(shè)備的，要根據(jù)485轉(zhuǎn)換器內(nèi)芯片的型號(hào)和485設(shè)備芯片的型號(hào)來(lái)判斷，只能按照指標(biāo)較低的芯片來(lái)確定其負(fù)載能力。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)。此外理論上的標(biāo)稱(chēng)往往實(shí)際上是達(dá)不到的，通訊距離越長(zhǎng)、波特率越高、線徑越細(xì)、線材質(zhì)量越差、轉(zhuǎn)換器品質(zhì)越差、轉(zhuǎn)換器電能供應(yīng)不足(無(wú)源轉(zhuǎn)換器)、防雷保護(hù)越強(qiáng)，這些都會(huì)降低真實(shí)負(fù)載數(shù)量。

工程商大都習(xí)慣采用5類(lèi)網(wǎng)線或超5類(lèi)網(wǎng)線作為485通信線，這是錯(cuò)誤的。這是因?yàn)椋?/p>

（1 普通網(wǎng)線沒(méi)有屏蔽層，不能防止共模干擾。

（2）不能用線徑太細(xì)的網(wǎng)線，會(huì)導(dǎo)致傳輸距離降低和可掛接的設(shè)備減少，至少0.4mm平方或用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)線。

（3）網(wǎng)絡(luò)線為單股的銅線，相比多芯線而言容易斷裂。

2、為什么要接地

485收發(fā)器在規(guī)定的共模電壓-7V至+12V之間時(shí)，才能正常工作。如果超出此范圍會(huì)影響通訊，嚴(yán)重的會(huì)損壞通訊接口。共模干擾會(huì)增大上述共模電壓。消除共模干擾的有效手段之一是將485通訊線的屏蔽層用作地線，將機(jī)具、電腦等網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備地連接在一起，并由一點(diǎn)可靠地接入大地。

3、485通信線應(yīng)如何走線

通信線盡量遠(yuǎn)離高壓電線、日光燈等干擾源，通信線不能與電源線等干擾源避開(kāi)時(shí)通信線應(yīng)與電源線垂直，不能平行，更不能捆扎在一起，并采用質(zhì)量高的雙絞線走線。

4、為什么485總線要采用手拉手結(jié)構(gòu)，而不能采用星形結(jié)構(gòu)？

星形結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，從而影響到485通信。總線到每個(gè)終端設(shè)備的分支線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，一般不要超出5米。分支線如果沒(méi)有接終端，會(huì)有反射信號(hào)，對(duì)通訊產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾，應(yīng)將其去掉，最好在RS485設(shè)備兩頭接有120Ω終端電阻。

拉手連接如圖：

星形連接如圖：

5、485總線上設(shè)備到設(shè)備之間可以有接點(diǎn)嗎？

在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使用同一種電纜，盡量減少線路中的接點(diǎn)。接點(diǎn)處確保焊接良好，包扎緊密，避免松動(dòng)和氧化。保證一條單一的、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線。

6、什么叫共模干擾和差模干擾？如何消除通訊線上的干擾？

485通信線由兩根雙絞的線組成，它是通過(guò)兩根通信線之間的電壓差的方式來(lái)傳遞信號(hào)，因此稱(chēng)之為差分電壓傳輸。差模干擾在兩根信號(hào)線之間傳輸，屬于對(duì)稱(chēng)性干擾。消除差模干擾的方法是在電路中增加一個(gè)偏值電阻（球機(jī)中的匹配電阻），并采用雙絞線；共模干擾是在信號(hào)線與地之間傳輸，屬于非對(duì)稱(chēng)性干擾。消除共模干擾的方法包括：

（1）采用屏蔽雙絞線并有效接地。

（2）強(qiáng)電場(chǎng)的地方還要考慮采用鍍鋅管屏蔽。

（3）布線時(shí)遠(yuǎn)離高壓線，更不能將高壓電源線和信號(hào)線捆在一起走線。

（4）采用線性穩(wěn)壓電源或高品質(zhì)的開(kāi)關(guān)電源(紋波干擾小于50mV)。

7、什么情況下在485總線上要增加終端電阻？

一般情況下不需要增加終端電阻，只有在485通信距離超過(guò)300米的情況下，要在485通訊的開(kāi)始端和結(jié)束端增加終端電阻。尤其是485總線上設(shè)備數(shù)量較少時(shí)。當(dāng)設(shè)備數(shù)量較多時(shí)（如超過(guò)22臺(tái)）。一般不需增加終端電阻，因?yàn)榻K端電阻會(huì)降低485總線的負(fù)載能力，球機(jī)終端120Ω匹配電阻的連接方式如下：球機(jī)終端120Ω匹配電阻可通過(guò)在球機(jī)底盤(pán)上的撥碼開(kāi)關(guān)撥碼來(lái)連接。球機(jī)出廠時(shí)，120Ω匹配電阻默認(rèn)為未接入，可通過(guò)把撥碼開(kāi)關(guān)的第10位撥到ON，把120Ω匹配電阻接入線路。反之，如果不接入120Ω匹配電阻，則把第10位撥到OFF即可。

8、實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題

實(shí)際施工使用中用戶(hù)常采用星形連接方式，此時(shí)終端電阻必須連接在線路距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)設(shè)備上（如下圖，1＃與15＃設(shè)備），但是由于該連接方式不符合RS485工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的使用要求，因此在各設(shè)備線路距離較遠(yuǎn)時(shí)，容易產(chǎn)生信號(hào)反射、抗干擾能力下降等問(wèn)題，導(dǎo)致控制信號(hào)的可靠性下降。此時(shí)，出現(xiàn)的現(xiàn)象為球機(jī)完全不受控，或自行運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)法停止等。

對(duì)于這種情況，建議采用增加一個(gè)RS485分配器。該產(chǎn)品可以有效地將星形連接轉(zhuǎn)換為符合RS485工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的連接方式，從而避免產(chǎn)生問(wèn)題，提高通信可靠性，如下圖所示。

9、無(wú)中繼最大傳輸距離推薦用線

（1）普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 20 AWG ，電纜外徑7.7mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時(shí)，屏蔽層一端接地！

(2) 普通雙絞屏蔽型電纜 STP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑8.2mm左右。適用于室內(nèi)、管道及一般工業(yè)環(huán)境。使用時(shí)，屏蔽層一端接地！

(3) 鎧裝雙絞屏蔽型電纜 ASTP-120Ω（for RS485 & CAN） one pair 18 AWG ，電纜外徑12.3mm左右?？捎糜诟蓴_嚴(yán)重、鼠害頻繁以及有防雷、防爆要求的場(chǎng)所。使用時(shí)，建議鎧裝層兩端接地，最內(nèi)層屏蔽一端接地

四、RS485常見(jiàn)的故障與解決方法

一、如何預(yù)防故障的發(fā)生呢？

為減少通信故障提出下面幾條建議。

1、建議用戶(hù)使用和購(gòu)買(mǎi)廠家提供的485轉(zhuǎn)換器或者廠家指定推薦品牌的485轉(zhuǎn)換器。

2、廠家會(huì)對(duì)與其配套的485轉(zhuǎn)換器做大量的測(cè)試工作，并且會(huì)要求485轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)廠家按照其固定的性能參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)和品質(zhì)檢測(cè)，所以它與門(mén)禁設(shè)備具備較好的兼容性。千萬(wàn)不要貪圖便宜購(gòu)買(mǎi)雜牌廠家的485轉(zhuǎn)換器。

3、嚴(yán)格按照485總線的施工規(guī)范進(jìn)行施工，杜絕任何僥幸心理。

4、對(duì)線路較長(zhǎng)、負(fù)載較多的485總線工程采用科學(xué)的、有預(yù)留的解決方案。

5、如果通訊距離過(guò)長(zhǎng)， 如超500米，建議采用中繼器或485HUB來(lái)解決。

6、如果負(fù)載數(shù)過(guò)多，如一條總線上超過(guò)30臺(tái)，建議采用485HUB來(lái)解決問(wèn)題。

7、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試帶齊調(diào)試設(shè)備?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試一定要隨身攜帶幾個(gè)可以接長(zhǎng)距離和多負(fù)載的轉(zhuǎn)換器、一臺(tái)常用的電腦筆記本、測(cè)試通路斷路的萬(wàn)用表，幾個(gè)120歐姆的終端電阻。

二、采用485總線結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的幾種通訊故障有下面幾種？

1、通訊不上，無(wú)反應(yīng)。

2、可以上傳數(shù)據(jù)，但不可以下載數(shù)據(jù)。

3、通訊時(shí)系統(tǒng)提示受到干擾，或者不通訊時(shí)通訊指示燈也不停地閃爍。

4、有時(shí)能通訊上，有時(shí)通訊不上，有的指令可以通，有的指令不可以通。

三、出現(xiàn)故障了有哪些調(diào)試方法呢？

在調(diào)試前首先要確保設(shè)備接線正確，且施工合乎規(guī)范。可以根據(jù)遇到的問(wèn)題采用下面幾種調(diào)試方法。

1、共地法：

用1條線或者屏蔽線將所有485設(shè)備的GND地連接起來(lái)，這樣可以避免所有設(shè)備之間存在影響通訊的電勢(shì)差。

2、終端電阻法：

在最后一臺(tái)485設(shè)備的485+和485-上并接120歐姆的終端電阻來(lái)改善通訊質(zhì)量。

3、中間分段斷開(kāi)法：

通過(guò)從中間斷開(kāi)來(lái)檢查是否設(shè)備負(fù)載過(guò)多、通訊距離過(guò)長(zhǎng)、某臺(tái)設(shè)備對(duì)整個(gè)通訊線路的影響等。

4、單獨(dú)拉線法：

單獨(dú)簡(jiǎn)易拉一條線到設(shè)備，這樣可以用來(lái)排除是否是布線引起了通訊故障。

5、更換轉(zhuǎn)換器法：

隨身攜帶幾個(gè)轉(zhuǎn)換器，這樣可以排除是否是轉(zhuǎn)換器質(zhì)量問(wèn)題影響了通訊質(zhì)量。

6、筆記本調(diào)試法：

先保證自己隨身攜帶的電腦筆記本是通訊正常的設(shè)備，用它來(lái)替換客戶(hù)電腦進(jìn)行通訊，如果正常，則表明客戶(hù)的電腦的串口有可能被損害或者受傷。

在弱電智能化工程中，RS485應(yīng)用是很多的，最常見(jiàn)應(yīng)用于門(mén)禁系統(tǒng)、BA系統(tǒng)，智能照明系統(tǒng)，停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)等，隨著數(shù)字網(wǎng)絡(luò)不斷普及，現(xiàn)在RS485在弱電應(yīng)用越來(lái)越少。

審核編輯：湯梓紅