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RS485串行传输通讯接口简介

通信网络 | 发布时间:2018-07-04 | 人气: | #评论# | 本文关键字:RS485,串行接口
摘要:RS 485是什么? RS-485串行传输简介 在电机控制以及动作控制等应用场合中,RS485技术具有对噪声免疫、宽广的共模范围、数据传输速率适当以及多点传输能力等优点,因此广为被业界采用。其它

RS485是什么? RS-485串行传输简介
 在电机控制以及动作控制等应用场合中,RS485技术具有对噪声免疫、宽广的共模范围、数据传输速率适当以及多点传输能力等优点,因此广为被业界采用。其它的应用场合也会因为RS-485的这些优点而使用此一通讯技术,这些应用场合包括过程控制网络、工业自动化、远程控制、建筑自动化以及安全系统等。由于这些应用场合需要在相当长的距离下进行稳定的数据传输,因此它们皆采用RS-485技术。在工控应用场合由于电机控制系统中包含了一个易产生高电气噪声并具有高电流准位的电机机械式制动器,因此在设计控制器的通讯路径时,必须考虑安全性以及可靠性。除此之外,还必须考虑到下列因素:
 (1) EMI噪声免疫力
 电磁干扰 (EMI) 会影响控制系统中的信号。典型的电磁干扰来源包括电机的驱动电压、马达电刷的噪声、频率、显示器以及其它与计算机相关组件所产生的电气噪声等。在模拟系统中,噪声信号可能会造成动作异常或不稳定。RS-485通讯标准具有可以克服EMI的功能。首先,RS-485的信号是以平衡差动的方式传输,同时RS-485大多使用双绞线作为传输线。因此,所有的电气噪声会相等的被耦合到两条双绞线上。也就是说,由于接收器只对差动的电压信号有反应,在电压的差异值代表传输信号值的前提下,噪声的影响将会被降到最低。RS-485信号准位的定义为:对任何驱动端而言,其中一条线为高电位,另一条线则为低电位。两条线间的电压差异值必须高于1.5V或低于–1.5V方能传输一个有效的状态。此一定义适用于所有的负载状况。而对接收端而言,接收端的规格对EMI噪声拒斥能力影响很大。RS-485标准要求接收到的差动信号振幅必须大于等于200mV才认定为一有效状态,此一敏感度数值主要是考虑信号在传输线中传输时可能会因传输线阻抗造成信号的损失进而导致接收端的信号振幅较驱动端低1.5V以上。
 (2) 接地电位/共模
 另外一个可能会影响到工业控制应用场合之通讯能力的因素乃是驱动端与接收端接地点参考电位间的差异值;电机的反电动势、设备故障以及因邻近地区被闪电击中所导致的二次电压突波都可能造成区域性的电压突波。图(一)中所示为一典型的电机以及控制器,在电机与控制器间接有相当长度的电缆以进行通讯并提供电力。假设两节点间的电缆为50公尺长双绞线,这条线主要用来供应24V的电源,并假设该线的阻抗约为0.5奥姆。在正常的操作状态下,假设电机电流不大于2A。但是在堵转故障发生时,电机的电流可能会突升至10A。也就是说,这个电流会造成两个GND间电缆在线5V的压降。由于所有的信号都会产生同样的电压移位,此一现象被称为共模电压移位,会对使用单端数据传输形式的通讯协议造成影响;然而5V的接地点电压移位仍在标准RS-485的共模电压(VCM)范围之内。由于由发送端所送出的差动信号产生了同样的电压移位,因此其差模信号仍然是有效的,RS-485也仍然能够可靠的接收到这些信号。
 具接地点电压移位的系统
 图(一) 具接地点电压移位的系统
 (3) 静电放电
 静电放电现象(ESD)是使用电缆连接的电路暴露在手持或外接的高电压环境下时,可能会产生的电气危险。有许多的测试方法(如JEDEC 人体模型HBM或IEEE静电放电免疫力测试(IEC 61000-4-2))均可被用来模拟不同的静电放电情况,某些传送接收器会将静电放电保护功能整合在总线电路中。一般来说,典型的保护范围介于8kV到15kV之间,某些如SN65LBC184之类的传送接收器则可提供高达30 kV的保护范围。关于特定应用场合所需的保护等级很难预测,可由下列的因素进行初步的考虑: 
 传送接收器所处的电气环境 
 电缆的处理状况以及操作频率 
 决定故障点的侦错程序 
 更换该零件所需的时间以及劳工成本 
 另外一种可能造成组件损坏的电气危险则是瞬时(突波)过电压。这类的事件主要是因为雷击经主变压器二次测耦合、或由于附近地区因机械故障所造成的电力线故障所导致的。一般来说,加上外接保护二极管可提供能量漏泄的安全路径。
  应用场合范例
 图(二)所示为典型的应用场合范例,其中RS-485主要用来将编码器信息回报给动作控制器。由于空间限制或者控制器必须易于接近等因素,通常编码器与控制器之间会有一段距离。在本范例中,有四个信号必须进行点对点通讯,因此系统需要使用具四个传送器的芯片以及具四个接收器的芯片。因为阻抗匹配的原因,总线的接收端必须加上终端电阻以消除信号的反射。系统设计者必须根据下列因素来选择最佳的驱动器以及接收器芯片: 
 编码器到控制器的距离 
 电机的最高转速 
 内插因素(interpolation factor),此一因素决定编码器的分辨率 
 静电放电保护、功率消耗以及价格的需求 
 编码器反馈信号
 图(二) 典型的应用场合,编码器反馈信号
 结论
 RS485由于使用了平衡差动传输信号,传输距离比RS-232更长,最多可以达到3000m,因此很适合工业环境下的应用。但与CAN总线等更为先进的现场工业总线相比,其处理错误的能力还稍显逊色,所以在软件部分还需要进行特别的设计,以避免数据错误等情况发生。另外,系统的数据冗余量较大,对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。虽然RS-485总线存在一些缺点,但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便,只要处理好细节,在某些工程应用中仍然能发挥良好的作用。

责任编辑:RS485串行传输通讯
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