2012年（66）
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2012-07-26 11:47:53
原文地址：RS-485/RS232 概述 作者：fly123456789
RS-232接口有DB25接口和DB9接口两种，现在普通使用的基本上都是DB9接口，DB25接口基本上不再使用，DB9接口定义如下（1.载波检测，2.接收数据，3.发送数据，4.数据终端准备就绪，5.信号地，6.调制解调器就绪，7.请求发送，8.允许发送，9.振铃提示），RS-232串口相互连接分为通过Modem连接和无Modem连接，由于以太网，RS-485总线，CAN总线等总线的普及，通过Modem连接做较长距离通信已经基本上不再使用。无Modem连接即直接连接则分为握手连接和无握手连接，无握手连接直接使用2，3，5三个针脚就可以使用，而握手连接则是必须使用请求发送，允许发送，准备就绪等信号，握手连接又称全信号连接。由于RS-232使用单端非差分电路，多条线路共用一个接地线，长距离传输时，不同节点的接地线电平差异可能会达到几伏，有可能导致信号的误读，从而导致RS-232传输距离不能超过15米，传输速率不能超过110Kbps.
由于工业现场通信节点多，位置分散，通信距离远，要求使用最少的线材完成相应的通信任务。根据相关的要求，人们开发出利用两根导线实现多节点互联的EIA RS-485总线标准。RS-485总线采用差分平衡电路，即一条导线上的电压是另外一条导线的电压的取反值，接收器输入电压为两根导线电压的差值。由于其在两条线路上传递的是大小相同，方向相反的电流，而噪声电压对于线路的影响都是同时出现，两条线路的噪声电压相互抵消，极大的削弱噪声的影响。差分平衡电路不受节点之间的地平电压差的影响，EIA 485没有规定引脚定义，信号功能，只需保持两根信号线相邻，在同一个双绞线中，引脚A,B不能互换就可以了,所以在工业现场使用过程中，RS-485接口没有标准的规范，有可能是DB9,也有可能是RJ45/RJ11,但是用的最多的还是工业接线端子。由于RS-485总线采用差分平衡电路，极大的抑制噪声干扰，有极强的抗共模干扰能力，输入电压检测灵敏度为200毫伏（电压信号可以在极远距离进行恢复），使得RS-485的传输距离可以达到1200米（传输速率在110Kbps情况下)。最大传输速率10Mbps(传输距离12米）。RS-485支持多点通信，多个驱动器和接收器共享一条信号通道，在半双工连接模式下，只能有一个驱动器工作，多个驱动器同时启用，会产生线竞争（导致通信失败），同时容易产生大电流，可能导致芯片烧毁。一般485芯片建议使用限流和过热关闭功能保护芯片。
RS-232接口由于采用单端非差分电路，只能支持点对点数据通信，由于其线路共用接地线，导致其通信距离短，一般只用于计算机与设备的短距通信，而RS-485由于采用差分平衡电路，传输距离可以达到1200米（如通过延长通信距离，通信距离可以成倍的增加），并支持多点通信，被大规模的应用于工业数据通信（一般计算机都没有RS-485接口，只有标配RS-232接口，如需利用计算机控制RS-485总线网络，则需要将其做相应转换）。
RS-485总线由于其成本低廉，设计简单而得到了广泛的应用，大量用于安防监控，智能交通，智能楼宇，机房监控，工业自动化等各个领域。RS-485总线敷设线路比较简单，但是有一些相应的事项必须注意，否则会容易导致通信失败，后期维护工作非常浩大。以下是485布线规范所需要注意的地方：
线材问题：485总线布线使用的线材必须要使用屏蔽双绞线，线径最好在0.75或者1.0线径的，很多人在施工的时候为了图方便，直接使用网线作为485线使用，网线具有八根线，而485线只需要使用两根线或者四根线，其他线浪费了，而且现在的网线的线径相对都比较细，并不能完全满足485总线通信需求，建议不要使用网线。还有不能使用平行线，同轴电缆或者不带屏蔽层的双绞线，由于485是差分平衡传输，使用双绞线可以有效的抵消外部干扰对其的影响，485线路一定不能使用平行线，同样的道理，由于屏蔽层具有屏蔽外部干扰的作用，最好要使用带屏蔽层的双绞线。
布线问题：485总线的走线要尽量远离干扰源，在施工过程中，有很多人为了省事，将485线路与电源线路一起走线，这样是不合理的，电源线会产生干扰，导致485通信不稳定，还有就是485布线必须远离类似于变压器，变频器等强电压干扰源。
总线拓扑问题：由于现场环境复杂，485设备分布一般都比较散乱，施工人员为图方便，没有按照485规范将线路布设成手牵手菊花链总线式拓扑结构，而是随意布设成星型，树型甚至多种拓扑结构混合型的，留出太多太长的分支，在实际应用中，单纯的星型，树型拓扑结构甚至混合拓扑结构有的时候也是可以使用的，但是通信肯定会不稳定，如果一定要布设星型，树型拓扑结构的话，建议使用485集线器和485中继器，相关的应用可以参考页面。
接地问题:在485总线布线规范里面，强调需要单点可靠接地，但是在实际施工中，485总线接地有时反而会起到反作用。由于485布线需要手牵手菊花链方式连接，使用的屏蔽双绞线肯定都会被剪断连接在485设备上，而一般大多都会利用外面的屏蔽层作为地线，如果没有将屏蔽层做良好的连接的话，接地反而可能会导致485信号不稳定，所以485线路接地必须是单点可靠接地。
传输距离问题：485总线传输距离为1200米，该传输距离有限定条件：波特率低于110Kbps，使用标准的屏蔽双绞线，线径要达到一定标准，所接负载为一台485设备,外部没有强烈的电磁干扰等。传输距离与通信波特率成反比，与通信线路线径成正比，负载越多传输距离越短，外部干扰越大传输距离越短。建议在布设线路时，最好留有冗余，因为随着线路的老化，传输距离可能会变短，通信可能会不稳定，留有冗余的话，这种情况基本不会出现。当485线路传输距离超过1000米，建议通过增加延长通信距离。
负载问题：标准的485芯片负载能力为32个，现在有485芯片已经负载能力达到128个甚至400个，但是实际使用中并不能够完全达到标称值的，影响485芯片负载能力的和从485设备的设计也是有关系的，还有和通信距离也有关系。如果485设备上带有上下拉电阻或者防雷管，由于其会吸收电压，会大大的降低该条485线路上的负载能力，还有在485线上加120欧姆的匹配阻抗电阻也会影响负载能力，传输距离越远，负载能力也会相应的降低。同样的，也建议在负载问题上留有冗余，当负载不够的时候，可以通过添加485中继器，来解决相应的问题。
RS-485总线由于其布线简单，设计简易，简单易用而广泛的应用于工业数据通信领域，广泛的应用于安防监控，智能交通，智能楼宇，智能小区，工业自动化等各种项目。由于一般的计算机只有RS-232串口或者只有USB接口，而RS-485总线的标准通信距离只有1200米左右，铺设大型的485总线网络需要相应的辅助设备，下面为您介绍用在485总线通信上的一些辅助设备。
，由于大多数计算机不具备RS-485接口，必须通过485转换器将RS-485串口转换为RS-232串口与电脑进行通信，485转换器分为无源型，有源防雷型器，有源防雷光隔离型，无源型485转换器通过对计算机的RS-232串口进行窃电对其进行供电，由于是通过串口窃电，功率不能太高且其体积较小，导致其相应的防护器件不能太多的使用，无源型485转换器一般多用于负载少，通信距离短的485总线网络，有源防雷型485转换器就是外接电源供电，在485端口带有防雷保护功能，能够在外部雷击情况下对485线路进行放电效应，从而保护485端口芯片不被损坏，但是如果雷击超过一定限度，依然会导致485端口芯片损坏甚至于导致计算机损坏。有源防雷光隔离型485转换器是在有源防雷型上面增加了485信号隔离和电源隔离两个保护功能，485信号隔离采用光耦隔离，电信号通过光耦转换为光信号，再通过光耦将光信号转换为电信号，光耦类似于保险丝的作用，当有强电流过来的时候，可能会造成光耦的烧毁，但是绝对不会影响另外一端，电源隔离则是采用DC/DC隔离，原理也类似于保险丝，强电压强电流最多导致DC/DC隔离器烧毁，不会影响另一端，从而保证不会烧毁计算机串口。
和485集线器，485总线标准通信距离为1200米，其原理为当485电信号通过485线路传输一定距离之后，485信号就会有一定的衰减，当衰减到一定程度之后，485芯片就不能检测出相关信号，就导致485通信在该距离段失败，485中继器起到的作用就是将衰减到一定程度但是还能检测的信号将其重新整形还原，再将其通过485线路传输，从而达到延长485总线通信距离的作用。是485中继器的衍生产品，其本身具有延长通信距离的作用，还具有将总线型拓扑结构改变为星型拓扑结构，极大的方便布线和后期维护，相关内容可以参考本站其他页面内容。
，由于互联网的迅速发展，TCP/IP网络已经渗入到了社会的各个层面，各个角落，将RS-485串口转换为TCP/IP网络接口，通过TCP/IP网络进行数据传输，可以极大的拓展485总线的通信距离并且可以省去敷设485线路的成本。串口服务器提供串口转网络功能，可以将RS-232/485/422串口快速连接到TCP/IP网络进行数据通信。
光纤Modem，光纤由于通信距离极远在数据通信领域得到了越来越广泛的应用，一般在复杂的电磁环境下或者在野外通信距离较远，一般都会用到光纤通信，将RS-485接口转换为光纤接口进行数据通信，就需要用到，其分为点对点通信和点对多点通信两种模式，点对点通信模式用于主控设备和从控设备距离比较远，但是相应比较集中的情况下，而点对多点则是应用于通信点离散分布的情况下使用。
阻抗匹配有串联终端匹配和并联终端匹配，串联终端匹配是信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的情况下采用，在信号源与传输线上串接一个电阻，使得信号源的输出阻抗和传输线的特征阻抗相匹配，抑制负载端反射回来的信号发生再反射。并联终端匹配是在信号源端阻抗很小的情况下，通过增加并联电阻使负载端输入阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，达到消除负载端反射的目的。
并联终端匹配分为单电阻和双电阻，RS-485总线终端匹配多采用的是双电阻并联终端匹配，如采用单电阻方式，负载端并联电阻值与传输线的特性阻抗相等或相近，那样静态电流将会很大，对电流驱动能力要求很高，很少采用。双电阻并联终端匹配由于是两电阻并联值与传输线的特性阻抗相等或相近，每个电阻都比传输线的特征阻抗大，对电流的要求不高。但是，并联终端匹配不管是单电阻还是双电阻总归是会带来直流功耗，降低总线负载能力。一般485总线传输线的特征阻抗为120欧姆，采用两个120欧姆电阻作为485总线的终端匹配电阻，具体连接方式是首尾各接一个，并联于485正负上。由于485总线并联电阻会导致直流功耗，一般建议在传输距离不超过300米，传输速率较低的情况下不要接终端电阻，只有在传输有信号反射，导致通信不稳定的情况下才加以考虑接终端电阻。
总线型拓扑结构：总线型拓扑结构是485总线布线的标准敷设方式，其主控设备与多个从控形成手牵手的菊花链连接方式，即：假设整个485总线上有A,B,C,D,E多个设备，其接线方式是，将A的485+接到B的485+接口上，再从B的485+上面再引一条线接到C的485+上面，以此类推，一直接到E的485+接口上面，485-的接线方式和485+的接线方式类似，相关情况可以参考下面的图示：
星型拓扑结构：星型拓扑结构是485总线使用得比较多的接线方式，由于485总线上的设备相对比较分散，而且主控设备一般作为主控室大多都位于中心位置，星型拓扑结构是很多施工方选择的接线方式，星型拓扑结构必须要借助才可以做到，相关情况可以参考下面的图示：
树形拓扑结构：其实总线型拓扑结构就是一种特殊的树形拓扑结构，只不过总线型拓扑结构的分支距离几近于零，而485总线在通信时，如果有分支并且超过一定距离的话，就会形成信号反射，从而导致485信号相互干扰，导致信号变弱甚至于出错，导致整个系统通信质量大大下降，将接在分支上，将分支与主干线相互隔离，使其没有信号反射问题，从而可以使得485总线可以实现树形拓扑结构,相关情况可以参考下面图示：
环形拓扑结构：485总线一般情况下都不会用到环形拓扑结构，如果要敷设成环形拓扑结构，485总线的通信方式必须是四线全双工485通信模式，只有在全双工通信模式下，才可以有环形拓扑结构。
RS-485接口大多都是基于RS-232接口与电脑进行通信的，485协议编程都是基于串口编程的，而由于RS-232与RS-485接口的不同，由于RS-232只支持点对点通信，全双工通信，而RS-485是支持点对多点通信，半双工通信，基于其编写的协议有一定的相关性又有一定的区别。
RS-232接口支持点对点通信，全双工通信模式，现在对于RS-232的使用大多都是基于无Modem连接，其分为握手连接和无握手连接，握手连接方式类似于打电话，请求连接方发起连接请求发送，等待对方准备就绪并且允许发送，然后发送数据，发送数据的同时也可以接收对方发送的数据。而无握手连接则是类似于对讲，直接发送相关的数据过去，由于现在硬件功能增强，串口可以随时处于准备接收状态。在针对RS-232串口进行编程，无握手连接最简单，而握手连接则需要编写相应的应答命令之类的代码。
RS-485接口支持点对多点通信，半双工通信模式，由于485是半双工通信模式，就必须要解决数据流向问题，就像某条铁路可以双向通车，为了防止撞车追尾等事故的发生，必须要通过相应的调度来解决该问题，同样的道理，由于支持点对多点通信，也必须要通过主机进行相应的调度来解决该问题，而且主机对于整个总线必须具有绝对的控制权。关于485通信问题，我们利用老师在教室讲课作为例子来说明。
我们假设老师作为RS-485总线的主机，而学生作为485总线的从设备，而学生的学号则是从设备的地址码。老师对于整个课堂具有绝对的掌控力，一般来说，老师在上课之前会对学生进行点名以确实学生是否有缺课的，同样的道理，RS-485总线的主机一开始也会对从设备进行一次轮询，逐个地址码去询问设备是否正常并且对相关情况做个记录，防止在正常通信的时候不断呼叫并不存在的地址码而导致通信效率下降。主机对于从设备的控制是利用广播方式发送下去的，而从设备只对含有自己地址码的指令做相关的回应，在从设备做回应的情况下，其他的从设备和主机保持沉默，当从设备执行完相关指令之后，发送完毕信号给主机，主机继续执行下一条指令。就像老师在课堂讲课的时候，指定某个学生回答问题，学生回答问题过程中，其他学生和老师保持沉默，不容许课堂上有讲小话的情况，只有当学生回答完问题之后并且告知老师自己回答完毕，老师才会继续讲课或者指令另外的学生做相应的动作。485协议的编程基于上面的思路编写。
RS-485总线协议对于意外情况的处理，当485总线主机对其从设备发送相关的指令的时候，从设备可能会因为种种原因而不执行相关指令的情况，比如从设备在使用过程中损坏而不能回应相关指令，主机一般都会设定一个时延，在设定的时间之内得不到相关从设备的回应，其应该做相应的记录并且执行下一条指令。就像老师点名要求某个学生回答问题，而没有得到相应的回应，点名三次之后，还是没有回应，对于该学生的缺课做相关的记录，然后继续下面的课程。
关于485总线线路另外的一些问题也可以用老师讲课来做比喻，如老师讲课过程中，外面的噪音非常的大，从而导致学生听不到，那就需要加扩音器，对于485总线而言，就是外部干扰过大，导致衰减的485信号淹没在噪声中，需要增加中继还原相关信号再次传输，同样的道理，如果教室过大，导致老师说的话并不能传到最后面的学生处，也是增加扩音器来解决问题，当485总线传输距离过长的时候，也是通过485中继器放大信号延长传输距离，还有就是如果讲课过程中，产生了混音的情况有可能会导致整个课堂都听不清楚，就将其划分为多个小教室，通过多个广播将老师的声音分别传入各个教室，使其不混杂都能够听清楚，如果将多个RS-485总线简单的按照星型连接或者树形连接方式连接，就会产生信号反射等问题，就必须采用或者485中继器将其相互隔离，独立驱动，不会相互影响，从而保证485通信的稳定性。
