RS485總線/RS485信號線/RS485屏蔽總線電纜

RS485總線/RS485信號線/RS485屏蔽總線電纜

1.1 RS485 總線簡介
          RS-485 標準是由兩個行業協會共同制訂和開發的，即EIA—電子工業協會和TIA—通訊工業協會。EIA 曾經在它所有標準前面加上RS 前綴英文Rcommended standard 的縮寫，因此許多工程師一直延用這種名稱。

1.2 RS485 總線應用場合
        RS-485 總線作為一種多點差分數據傳輸的電氣規范規，已成為業界應用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數據傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的。正因為此，許多不同領域都采用RS-485 作為數據傳輸鏈路。例如：汽車電子、電信設備局域網、智能樓宇等都經常可以見到具有RS-485 接口電路的設備。這項標準得到廣泛接受的另外一個原因是它的通用性RS-485 標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。

1.3 RS485 總線電氣性能

 

  RS-485采用平衡發送和差分接收方式實現通信：發送端將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A,B兩路輸出，經過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用RIN≥12kΩ

2. 驅動器能輸出±7V的共模電壓

3.輸入端的電容≤50pF

4. 在節點數為32個，配置了120Ω的終端電阻的情況下，驅動器至少還能輸出電壓1.5V（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數有關）

5.接收器的輸入靈敏度為200mV（即（V+）-（V-）≥0.2V，表示信號"0"；（V+）-（V-）≤-0.2V，表示信號"1"）

因為RS-485的遠距離、多節點（32個）以及傳輸線成本低的特性，使得EIA RS-485成為工業應用中數據傳輸的首選標準。基于此，RS-485的自動化領域的應用非常廣泛，但是在實際工程中RS-485總線運用仍然存在著很多問題，影響了工程的質量，為工程施工帶來了很多的不方便。

RS-485總線的理論

1.485總線必須要接地。在很多技術文檔中，都提到485總線必須要接地，但是沒有詳細的提出如何接地。嚴格的說，485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有一個點接地，不能多點接地，因為將其接地是因為要將地線（一般都是屏蔽線作地線）上的電壓保持一致，防止共模干擾，如果多點接地適得其反。可靠接地時整個485線路的地線必須要有良好的接觸，從而保證電壓一致，因為在實際施工中，為了接線方便，將線剪成多段再連接，但是沒有將屏蔽線作良好的連接，從而使得其地線分成了多段，電壓不能保持一致，導致共模干擾。

2.485信號線可以和強電電源線一同走線。在實際施工當中，由于走線都是通過管線走的，施工方有的時候為了圖方便，直接將485信號線和電源線綁在一起，由于強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾，從而導致485信號不穩定，導致通信不穩定。

3.選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網線就可以。由于原材料價格上漲，導致現在市場上的線材魚龍混雜，有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網線，在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區別方法：看網線截面，如果是銅色的話，就是銅絲，如為白色，則是用合金以次充好。合金一般比較脆，容易斷，而且導電性遠不如銅絲，很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇標準的485線，其為屏蔽雙絞線，傳輸線不是像網線那樣為單股的銅絲，而是多股銅絲絞在一起形成一根線，從而即使某根小銅絲斷掉，也不會影響整個的使用。

4.485信號線可以使用平行線作為布線，也可以使用非屏蔽線作為布線。由于485信號是利用差模傳輸的，即由485+與485-的電壓差來作為信號傳輸。如果外部有一個干擾源對其進行干擾，使用雙絞線進行485信號傳輸的時候，由于其雙絞，干擾對于485+，485-的干擾效果都是一樣的，那電壓差依然是不變的，對于485信號的干擾縮到了最小。同樣的道理，如果有屏蔽線起到屏蔽作用的話，外部干擾源對于其的干擾影響也可以盡可能的縮小。

5.485布線可以任意布設成星型接線與樹形接線。485布線規范是必須要手牽手的布線，一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設成星型連接和樹形連接，很容易造成信號反射導致總線不穩定。很多施工方在485布線過程中，使用了星型接線和樹形接線，有的時候整個系統非常穩定，但是有的時候則總是出現問題，又很難查找原因，一般都是由于不規范布線所引起的。如果由于現場的限制，必須要進行星型連接或者樹形連接，可以使用深圳市富永通科技有限公司的485集線器和485中繼器解決相關問題，相關參考頁面如下：485總線星型連接，485總線樹形拓撲結構。

RS485總線布線規范

1、 阻抗不連續

信號在傳輸過程中如果遇到阻抗突變，信號在這個地方就會引起反射，這種信號反射的原理，與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就是盡量保持傳輸線阻抗連續，實際工程中在電纜線的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻的原理就是為了減小信號反射。

從理論上分析，在傳輸電纜的末端只要跨接了與電纜特性阻抗相匹配的終端電阻，就能有效的減少信號反射。但是，在實現應用中，由于傳輸電纜的特性阻抗與通訊波特率等應用環境有關，特性阻抗不可能與終端電阻完全相等，因此或多或少的信號反射還會存在。信號反射對數據傳輸的影響，歸根結底是因為反射信號觸發了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯誤的信號，導致CRC校驗錯誤或整個數據幀錯誤。這種情況是無法改變的，只有盡量去避免它。

2、RS-485接地問題

僅僅用一對雙絞線將各個接口的A、B端連接起來，而不對RS-485通信鏈路的信號接地，在某些情況下也可以工作，但給系統埋下了隱患。RS-485接口采用差分方式傳輸信號并不需要對于某個參照點來檢測信號系統，只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但應該注意的是收發器只有在共模電壓不超出一定范圍（-7V至+12V）的條件下才能正常工作。當共模電壓超出此范圍，就會影響通信的可靠直至損壞接口。如圖1所示，當發送器A向接收器B發送數據時，發送器A的輸出共模電壓為VOS，由于兩個系統具有各自獨立的接地系統存在著地電位差VGPD，那么接收器輸入端的共模電壓就會達到VCM=VOS+VGPD。RS-485標準規定VOS≤3V，但VGPD可能會有很大幅度（十幾伏甚至數十伏），并可能伴有強干擾信號致使接收器共模輸入VCM超出正常圍，在信號線上產生干擾電流輕則影響正常通信，重則損壞設備。

3、RS-485的總線結構及傳輸距離

RS-485支持半雙工或全雙工模式。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構不支持環形或星形網絡，最好采用一條總線將各個節點串接起來。從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線經，從發生器到負載其數據信號傳輸所允許的最大電纜長度是數據信號速率的函數，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所限制。當數據信號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時，則電纜長度被限制在1200M。實際上，在實用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。

 

1.4 RS485 總線缺點
● RS485 總線的通訊容量較少，理論上最多僅容許接入32 個設備，不適于以樓宇為結點
的多用戶容量要求。
● RS485 總線的通訊速率低，常用波特率為9600bps。而且其速率與通訊距離有直接關系，
當達到數百米以上通訊距離時，其可靠通訊速率<1200bps。
● RS485 芯片功耗較大，靜態功耗達到2-3mA，工作電流（發送）達到20mA，若加上偏置電阻及終端電阻，工作電流會更大。增加了線路電壓降，不利于遠程布線。
● RS485 總線構成的網絡只能以串行布線，不能構成星形等任意分支。串行布線對于小區實際布線設計及施工造成很大難度，不遵循串行布線規則又將大大降低通訊的穩定性。
● RS485 總線自身的電氣性能決定了其在實際工程應用中穩定性較差，在多節點、長距離
場合需對網絡進行阻抗匹配等調試，增添工程復雜性。
● RS485 總線通常不帶隔離，當網絡上某一節點出現故障會導致系統整體或局部的癱瘓，
而且又難以判斷其故障位置。
● RS485 總線采用主機輪詢方式，這樣會造成以下的弊端：
1） 通信的吞吐量較低，不適用于通信量要求較大（或平均通信量較低，但呈突發式的）
場合。
2） 系統較大時，實時性較差。
3） 主機不停地輪詢各從機，每個從機都必須對主機的所有查詢作出分析，以決定是否回應主機，勢必增加各從機的系統開銷。
4） 當從機之間需要進行通信時，必須通過主機，增加了從機間通信的難度及主機負擔。
● RS485 總線長距離傳輸(1200 米以上)時一般暴露于戶外，極易因為雷擊等原因引入過電壓。RS485 收發器工作電壓較低（5V 左右），其本身耐壓也非常低（-7V~+12V），一旦
過壓引入，就會擊穿損壞。通信節點受損后無法恢復，因此必須采取多種措施加以保護。

1.5 RS485 總線安裝布線注意事項
● 采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。
● 注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜、某一段總線上有過多收發器緊靠在
一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。
● RS485 總線當空閑或開路時，會導致接收器誤觸發。因此接收器一端應加偏置電阻，將總線設定在一個確定的狀態。
● RS485 總線長距離通訊時由于阻抗不匹配會引起信號反射，必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻（通常為120 Ω ），使電纜的阻抗連續。
● RS485 接地注意事項：
1） 共模干擾問題：RS-485 接口采用差分方式傳輸信號方式，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。RS-485 收發器共模電壓范圍為-7～+12V。當網絡線路中共模電壓
超出此范圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。
2） EMI 電磁干擾問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一
個巨大的天線向外輻射電磁波。
因此整個RS-485 網絡必須有一條低阻的信號地將兩個接口的工作地連接起來，使共模干擾電壓被短路。
● RS485 總線長距離通訊時易受強信號干擾，所以應加保護措施，可選擇的方法如下：
1） 隔離保護方法：
采用高頻變壓器、光耦等元件實現接口的電氣隔離。將瞬態高壓轉移到隔離接口中
的電隔離層上，不會產生損害性的浪涌電流，起到保護接口的作用。
2） 旁路保護方法：
利用瞬態抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態能量旁路到大地。
● RS485 總線上每個通信節點上采取保護措施，如：在每個節點的A、B 線上串聯一個10
歐姆的隔離電阻，可以防止某個節點損壞后影響整條線路的通信功能

1.6 RS485 總線節能方法
● 減小每幀數據發送量。
● 收發器處于空閑模式時必須關閉它的發送驅動器，以減小功率消耗。
● 選擇具有失效保護功能的低功耗器件（不需加偏置電阻）。
● 通訊距離短、通訊速率不高的場合不需加終端電阻。
● 網絡終端采用RC 阻容匹配或肖特基二極管方式代替終端電阻可有效減小電流消耗。

RS485 電路基本接線如圖 0.1 所示：

 

 

　在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485 可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。

RS485總線由于其布線簡單，穩定可靠從而廣泛的應用于視頻監控，門禁對講，樓宇報警等各個領域中，但是，在RS485總線布線過程中由于有很多不完全準確的概念導致出現很多問題。現在將一些錯誤的觀念作出一些澄清。

RS485信號線不可以和電源線一同走線。在實際施工當中，由于走線都是通過管線走的，施工方有的時候為了圖方便，直接將485信號線和電源線綁在一起，由于強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾，從而導致485信號不穩定，導致通信不穩定。

rs485信號線可以使用屏蔽線作為布線，也可以使用非屏蔽線作為布線。由于rs485信號是利用差模傳輸的，即由rs485+與rs485-的電壓差來作為信號傳輸。如果外部有一個干擾源對其進行干擾，使用雙絞線進行rs485信號傳輸的時候，由于其雙絞，干擾對于rs485+，rs485-的干擾效果都是一樣的，那電壓差依然是不變的，對于rs485信號的干擾縮到了最小。同樣的道理，如果有屏蔽線起到屏蔽作用的話，外部干擾源對于其的干擾影響也可以盡可能的縮小。

選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網線就可以。由于原材料價格上漲，導致現在市場上的線材魚龍混雜，有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網線，在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區別方法：看網線截面，如果是銅色的話，就是銅絲，如為白色，則是用合金以次充好。合金一般比較脆，容易斷，而且導電性遠不如銅絲，很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇標準的rs485線，其為屏蔽雙絞線，傳輸線不是像網線那樣為單股的銅絲，而是多股銅絲絞在一起形成一根線，從而即使某根小銅絲斷掉，也不會影響整個的使用。

RS485布線借助RS485集線器和RS485中繼器可以任意布設成星型接線與樹形接線。485布線規范是必須要手牽手的布線，一旦沒有借助RS485集線器和RS485中繼器直接布設成星型連接和樹形連接，很容易造成信號反射導致總線不穩定。很多施工方在RS485布線過程中，使用了星型接線和樹形接線，有的時候整個系統非常穩定，但是有的時候則總是出現問題，又很難查找原因，一般都是由于不規范布線所引起的。

RS485總線必須要接地。在很多技術文檔中，都提到RS485總線必須要接地，但是沒有詳細的提出如何接地。嚴格的說，RS485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有一個點接地，不能多點接地，因為將其接地是因為要將地線（一般都是屏蔽線作地線）上的電壓保持一致，防止共模干擾，如果多點接地適得其反。可靠接地時整個RS485線路的地線必須要有良好的接觸，從而保證電壓一致，因為在實際施工中，為了接線方便，將線剪成多段再連接，但是沒有將屏蔽線作良好的連接，從而使得其地線分成了多段，電壓不能保持一致，導致共模干擾。

RS485采用差分信號負邏輯，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現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構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。  理論上，通信速率在100Kpbs及以下時，RS485的最長傳輸距離可達1200米，但在實際應用中傳輸的距離也因芯片及電纜的傳輸特性而所差異。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大，最多可以加八個中繼，也就是說理論上RS485的最大傳輸距離可以達到9.6公里。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質，收發兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。  在低速、短距離、無干擾的場合可以采用普通的雙絞線  RS-485只能構成主從式結構系統,通信方式也只能以主站輪詢的方式進行,系統的實時性、可靠性較差; 

1. RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps 。  

2. RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。  

3. RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米(理論上的數據，在實際操作中，極限距離僅達1200米左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網絡。   因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。 

在構建網絡時，應注意如下幾點：  

（1）采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，從總線到每個節點的引出線長度應盡量短，以便使引出線中的反射信號對總線信號的影響最低。有些網絡連接盡管不正確，在短距離、低速率仍可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴重，主要原因是信號在各支路末端反射后與原信號疊加，會造成信號質量下降。  

（2）應注意總線特性阻抗的連續性，在阻抗不連續點就會發生信號的反射。下列幾種情況易產生這種不連續性：總線的不同區段采用了不同電纜，或某一段總線上有過多收發器緊靠在一起安裝，再者是過長的分支線引出到總線。

（3）485信號西安不能與電源線綁在一起，由于強點具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾，從而導致485信號不穩定，導致通信不穩定 

（4）485總線必須要接地，單點可靠接地。單點就是整個RS485總線只能有一個點接地。 一般終端匹配采用終端電阻方法， RS-485應在總線電纜的開始和末端都并接終端電阻。終接電阻在RS-485網絡中取120Ω。相當于電纜特性阻抗的電阻，因為大多數雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120Ω。這種匹配方法簡單有效，但有一個缺點，匹配電阻要消耗較大功率，對于功耗限制比較嚴格的系統不太適合。

當距離遠的時候，如果借助485  圖2 圖3 那種方法是正確的？
此時，485是不是一個透明的部分？是不是單片機的程序和圖1是一樣的？

如果像圖4的接法，是不是變成了2個主站？這樣接會不會有危險？
如果主機2接入總線前，主機1的的串口設置成普通IO口，這種危險是否可以消除？
485節點在空閑的時候是否可以插拔？

如果你所說的RXD,TXD是TTL的話，485則是485芯片的話，圖2和圖3不知道差異何在，是和主機的485的接線不同嗎？那應該是圖2是正確的。

圖4的接法，是有問題的，因為485通信是一主多從的，多個主機就等于是多個領導，如果他們沒有同時下發指令的話，那就問題不大，如果同時下發指令的話，就會出現問題。

485設備隨時可以插拔，不會燒毀設備。

在數據通信，計算機網絡以及分布式工業控制系統當中，經常需要使用串行通信來實現數據交換。目前，有RS-232,RS-485,RS-422幾種接口標準用于串行通信。RS-232是最早的串行接口標準，在短距離（&lt;15M），較低波特率串行通信當中得到了廣泛應用。其后針對RS-232接口標準的通信距離短，波特率比較低的狀況，在RS-232接口標準的基礎上又提出了RS-422接口標準，RS-485接口標準來克服這些缺陷。下面詳細介紹RS-232,RS-422,RS-485接口標準。RS-232串口標準是種在低速率串行通訊種增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式，即單端通訊。其收發端的數據信號都是相對于地信號的。所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線的分布電容，其傳輸距離最大約為15M，最高速率為20KBPS，且其只能支持點對點通信。針對RS-232串口標準的局限性，人們又提出了RS-422,RS-485接口標準。RS-485/422采用平衡發送和差分接收方式實現通信：發送端將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A,B兩路輸出，經過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復。RS-485/422最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點數據通信。RS-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線將各個節點串接起來，不支持環形或星型網絡。如果需要使用星型結構，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。RS-485/422總線一般最大支持32個節點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節點，最大的可以支持到400個節點.