rs485是什么？ RS-485串行傳輸簡介
在電機控制以及動作控制等應(yīng)用場合中，RS485技術(shù)具有對噪聲免疫、寬廣的共*圍、數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)以及多點傳輸能力等優(yōu)點，因此廣為被業(yè)界采用。其它的應(yīng)用場合也會因為RS-485的這些優(yōu)點而使用此一通訊技術(shù)，這些應(yīng)用場合包括過程控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化、遠(yuǎn)程控制、建筑自動化以及安全系統(tǒng)等。由于這些應(yīng)用場合需要在相當(dāng)長的距離下進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，因此它們皆采用RS-485技術(shù)。在工控應(yīng)用場合由于電機控制系統(tǒng)中包含了一個易產(chǎn)生高電氣噪聲并具有高電流準(zhǔn)位的電機機械式制動器，因此在設(shè)計控制器的通訊路徑時，必須考慮安全性以及可靠性。除此之外，還必須考慮到下列因素：
（1） EMI噪聲免疫力
電磁干擾 （EMI） 會影響控制系統(tǒng)中的信號。典型的電磁干擾來源包括電機的驅(qū)動電壓、馬達(dá)電刷的噪聲、頻率、顯示器以及其它與計算機相關(guān)組件所產(chǎn)生的電氣噪聲等。在模擬系統(tǒng)中，噪聲信號可能會造成動作異?；虿环€(wěn)定。RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)具有可以克服EMI的功能。首先，RS-485的信號是以平衡差動的方式傳輸，同時RS-485大多使用雙絞線作為傳輸線。因此，所有的電氣噪聲會相等的被耦合到兩條雙絞線上。也就是說，由于接收器只對差動的電壓信號有反應(yīng)，在電壓的差異值代表傳輸信號值的前提下，噪聲的影響將會被降到低。RS-485信號準(zhǔn)位的定義為：對任何驅(qū)動端而言，其中一條線為高電位，另一條線則為低電位。兩條線間的電壓差異值必須高于1.5V或低于–1.5V方能傳輸一個有效的狀態(tài)。此一定義適用于所有的負(fù)載狀況。而對接收端而言，接收端的規(guī)格對EMI噪聲拒斥能力影響很大。RS-485標(biāo)準(zhǔn)要求接收到的差動信號振幅必須大于等于200mV才認(rèn)定為一有效狀態(tài)，此一敏感度數(shù)值主要是考慮信號在傳輸線中傳輸時可能會因傳輸線阻抗造成信號的損失進而導(dǎo)致接收端的信號振幅較驅(qū)動端低1.5V以上。
（2） 接地電位/共模
另外一個可能會影響到工業(yè)控制應(yīng)用場合之通訊能力的因素乃是驅(qū)動端與接收端接地點參考電位間的差異值；電機的反電動勢、設(shè)備故障以及因鄰近地區(qū)被閃電擊中所導(dǎo)致的二次電壓突波都可能造成區(qū)域性的電壓突波。圖（一）中所示為一典型的電機以及控制器，在電機與控制器間接有相當(dāng)長度的電纜以進行通訊并提供電力。假設(shè)兩節(jié)點間的電纜為50公尺長雙絞線，這條線主要用來供應(yīng)24V的電源，并假設(shè)該線的阻抗約為0.5奧姆。在正常的操作狀態(tài)下，假設(shè)電機電流不大于2A。但是在堵轉(zhuǎn)故障發(fā)生時，電機的電流可能會突升至10A。也就是說，這個電流會造成兩個GND間電纜在線5V的壓降。由于所有的信號都會產(chǎn)生同樣的電壓移位，此一現(xiàn)象被稱為共模電壓移位，會對使用單端數(shù)據(jù)傳輸形式的通訊協(xié)議造成影響；然而5V的接地點電壓移位仍在標(biāo)準(zhǔn)RS-485的共模電壓（VCM）范圍之內(nèi)。由于由發(fā)送端所送出的差動信號產(chǎn)生了同樣的電壓移位，因此其差模信號仍然是有效的，RS-485也仍然能夠可靠的接收到這些信號。
圖（一） 具接地點電壓移位的系統(tǒng)
（3） 靜電放電
靜電放電現(xiàn)象（ESD）是使用電纜連接的電路暴露在手持或外接的高電壓環(huán)境下時，可能會產(chǎn)生的電氣危險。有許多的測試方法（如JEDEC 人體模型HBM或IEEE靜電放電免疫力測試（IEC 61000-4-2））均可被用來模擬不同的靜電放電情況，某些傳送接收器會將靜電放電保護功能整合在總線電路中。一般來說，典型的保護范圍介于8kV到15kV之間，某些如SN65LBC184之類的傳送接收器則可提供高達(dá)30 kV的保護范圍。關(guān)于特定應(yīng)用場合所需的保護等級很難預(yù)測，可由下列的因素進行初步的考慮：
傳送接收器所處的電氣環(huán)境
電纜的處理狀況以及操作頻率
決定故障點的偵錯程序
更換該零件所需的時間以及勞工成本
另外一種可能造成組件損壞的電氣危險則是瞬時（突波）過電壓。這類的事件主要是因為雷擊經(jīng)主變壓器二次測耦合、或由于附近地區(qū)因機械故障所造成的電力線故障所導(dǎo)致的。一般來說，加上外接保護二極管可提供能量漏泄的安全路徑。
應(yīng)用場合范例
圖（二）所示為典型的應(yīng)用場合范例，其中RS-485主要用來將編碼器信息回報給動作控制器。由于空間限制或者控制器必須易于接近等因素，通常編碼器與控制器之間會有一段距離。在本范例中，有四個信號必須進行點對點通訊，因此系統(tǒng)需要使用具四個傳送器的芯片以及具四個接收器的芯片。因為阻抗匹配的原因，總線的接收端必須加上終端電阻以消除信號的反射。系統(tǒng)設(shè)計者必須根據(jù)下列因素來選擇佳的驅(qū)動器以及接收器芯片：
編碼器到控制器的距離
電機的高轉(zhuǎn)速
內(nèi)插因素（interpolation factor），此一因素決定編碼器的分辨率
靜電放電保護、功率消耗以及價格的需求
圖（二） 典型的應(yīng)用場合，編碼器反饋信號
結(jié)論
RS485由于使用了平衡差動傳輸信號，傳輸距離比RS-232更長，多可以達(dá)到3000m，因此很適合工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用。但與CAN總線等更為*的現(xiàn)場工業(yè)總線相比，其處理錯誤的能力還稍顯遜色，所以在軟件部分還需要進行特別的設(shè)計，以避免數(shù)據(jù)錯誤等情況發(fā)生。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余量較大，對于速度要求高的應(yīng)用場所不適宜用RS-485總線。雖然RS-485總線存在一些缺點，但由于它的線路設(shè)計簡單、價格低廉、控制方便，只要處理好細(xì)節(jié)，在某些工程應(yīng)用中仍然能發(fā)揮良好的作用。
在電機控制以及動作控制等應(yīng)用場合中，RS485技術(shù)具有對噪聲免疫、寬廣的共*圍、數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)以及多點傳輸能力等優(yōu)點，因此廣為被業(yè)界采用。其它的應(yīng)用場合也會因為RS-485的這些優(yōu)點而使用此一通訊技術(shù)，這些應(yīng)用場合包括過程控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化、遠(yuǎn)程控制、建筑自動化以及安全系統(tǒng)等。由于這些應(yīng)用場合需要在相當(dāng)長的距離下進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，因此它們皆采用RS-485技術(shù)。在工控應(yīng)用場合由于電機控制系統(tǒng)中包含了一個易產(chǎn)生高電氣噪聲并具有高電流準(zhǔn)位的電機機械式制動器，因此在設(shè)計控制器的通訊路徑時，必須考慮安全性以及可靠性。除此之外，還必須考慮到下列因素：
（1） EMI噪聲免疫力
電磁干擾 （EMI） 會影響控制系統(tǒng)中的信號。典型的電磁干擾來源包括電機的驅(qū)動電壓、馬達(dá)電刷的噪聲、頻率、顯示器以及其它與計算機相關(guān)組件所產(chǎn)生的電氣噪聲等。在模擬系統(tǒng)中，噪聲信號可能會造成動作異?；虿环€(wěn)定。RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)具有可以克服EMI的功能。首先，RS-485的信號是以平衡差動的方式傳輸，同時RS-485大多使用雙絞線作為傳輸線。因此，所有的電氣噪聲會相等的被耦合到兩條雙絞線上。也就是說，由于接收器只對差動的電壓信號有反應(yīng)，在電壓的差異值代表傳輸信號值的前提下，噪聲的影響將會被降到低。RS-485信號準(zhǔn)位的定義為：對任何驅(qū)動端而言，其中一條線為高電位，另一條線則為低電位。兩條線間的電壓差異值必須高于1.5V或低于–1.5V方能傳輸一個有效的狀態(tài)。此一定義適用于所有的負(fù)載狀況。而對接收端而言，接收端的規(guī)格對EMI噪聲拒斥能力影響很大。RS-485標(biāo)準(zhǔn)要求接收到的差動信號振幅必須大于等于200mV才認(rèn)定為一有效狀態(tài)，此一敏感度數(shù)值主要是考慮信號在傳輸線中傳輸時可能會因傳輸線阻抗造成信號的損失進而導(dǎo)致接收端的信號振幅較驅(qū)動端低1.5V以上。
（2） 接地電位/共模
另外一個可能會影響到工業(yè)控制應(yīng)用場合之通訊能力的因素乃是驅(qū)動端與接收端接地點參考電位間的差異值；電機的反電動勢、設(shè)備故障以及因鄰近地區(qū)被閃電擊中所導(dǎo)致的二次電壓突波都可能造成區(qū)域性的電壓突波。圖（一）中所示為一典型的電機以及控制器，在電機與控制器間接有相當(dāng)長度的電纜以進行通訊并提供電力。假設(shè)兩節(jié)點間的電纜為50公尺長雙絞線，這條線主要用來供應(yīng)24V的電源，并假設(shè)該線的阻抗約為0.5奧姆。在正常的操作狀態(tài)下，假設(shè)電機電流不大于2A。但是在堵轉(zhuǎn)故障發(fā)生時，電機的電流可能會突升至10A。也就是說，這個電流會造成兩個GND間電纜在線5V的壓降。由于所有的信號都會產(chǎn)生同樣的電壓移位，此一現(xiàn)象被稱為共模電壓移位，會對使用單端數(shù)據(jù)傳輸形式的通訊協(xié)議造成影響；然而5V的接地點電壓移位仍在標(biāo)準(zhǔn)RS-485的共模電壓（VCM）范圍之內(nèi)。由于由發(fā)送端所送出的差動信號產(chǎn)生了同樣的電壓移位，因此其差模信號仍然是有效的，RS-485也仍然能夠可靠的接收到這些信號。
圖（一） 具接地點電壓移位的系統(tǒng)
（3） 靜電放電
靜電放電現(xiàn)象（ESD）是使用電纜連接的電路暴露在手持或外接的高電壓環(huán)境下時，可能會產(chǎn)生的電氣危險。有許多的測試方法（如JEDEC 人體模型HBM或IEEE靜電放電免疫力測試（IEC 61000-4-2））均可被用來模擬不同的靜電放電情況，某些傳送接收器會將靜電放電保護功能整合在總線電路中。一般來說，典型的保護范圍介于8kV到15kV之間，某些如SN65LBC184之類的傳送接收器則可提供高達(dá)30 kV的保護范圍。關(guān)于特定應(yīng)用場合所需的保護等級很難預(yù)測，可由下列的因素進行初步的考慮：
傳送接收器所處的電氣環(huán)境
電纜的處理狀況以及操作頻率
決定故障點的偵錯程序
更換該零件所需的時間以及勞工成本
另外一種可能造成組件損壞的電氣危險則是瞬時（突波）過電壓。這類的事件主要是因為雷擊經(jīng)主變壓器二次測耦合、或由于附近地區(qū)因機械故障所造成的電力線故障所導(dǎo)致的。一般來說，加上外接保護二極管可提供能量漏泄的安全路徑。
應(yīng)用場合范例
圖（二）所示為典型的應(yīng)用場合范例，其中RS-485主要用來將編碼器信息回報給動作控制器。由于空間限制或者控制器必須易于接近等因素，通常編碼器與控制器之間會有一段距離。在本范例中，有四個信號必須進行點對點通訊，因此系統(tǒng)需要使用具四個傳送器的芯片以及具四個接收器的芯片。因為阻抗匹配的原因，總線的接收端必須加上終端電阻以消除信號的反射。系統(tǒng)設(shè)計者必須根據(jù)下列因素來選擇佳的驅(qū)動器以及接收器芯片：
編碼器到控制器的距離
電機的高轉(zhuǎn)速
內(nèi)插因素（interpolation factor），此一因素決定編碼器的分辨率
靜電放電保護、功率消耗以及價格的需求
圖（二） 典型的應(yīng)用場合，編碼器反饋信號
結(jié)論
RS485由于使用了平衡差動傳輸信號，傳輸距離比RS-232更長，多可以達(dá)到3000m，因此很適合工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用。但與CAN總線等更為*的現(xiàn)場工業(yè)總線相比，其處理錯誤的能力還稍顯遜色，所以在軟件部分還需要進行特別的設(shè)計，以避免數(shù)據(jù)錯誤等情況發(fā)生。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余量較大，對于速度要求高的應(yīng)用場所不適宜用RS-485總線。雖然RS-485總線存在一些缺點，但由于它的線路設(shè)計簡單、價格低廉、控制方便，只要處理好細(xì)節(jié)，在某些工程應(yīng)用中仍然能發(fā)揮良好的作用。
