提高RS485總線(xiàn)可靠性及故障處理方法

在MCU之間中長(cháng)距離通信的諸多方案中，RS485因硬件設計簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)廣泛應用于工廠(chǎng)自動(dòng)化、工業(yè)控制、小區監控、水利自動(dòng)報測等領(lǐng)域。但RS485總線(xiàn)在抗干擾、自適應、通信效率等方面仍存在缺陷，一些細節的處理不當常會(huì )導致通信失敗甚至系統癱瘓等故障，因此提高

　　另外一種比較省電的匹配方案是RC 匹配(圖2)利用一只電容C

　　隔斷直流成分，可以節省大部分功率，但電容C的取值是個(gè)難點(diǎn)，需要在功耗和匹配質(zhì)量間進(jìn)行折衷。除上述兩種外還有一種采用二極管的匹配方案(圖3)，這種方案雖未實(shí)現真正的匹配，但它利用二極管的鉗位作用，迅速削弱反射信號達到改善信號質(zhì)量的目的，節能效果顯著(zhù)?！　?2)RO及DI端配置上拉電阻

　　異步通信數據以字節的方式傳送，在每一個(gè)字節傳送之前，先要通過(guò)一個(gè)低電平起始位實(shí)現握手。為防止干擾信號誤觸發(fā)RO(接收器輸出)產(chǎn)生負跳變，使接收端MCU進(jìn)入接收狀態(tài)，建議RO外接10kΩ上拉電阻。

　　(3)保證系統上電時(shí)的RS485芯片處于接收輸入狀態(tài)

　　對于收發(fā)控制端TC建議采用MCU引腳通過(guò)反相器進(jìn)行控制，不宜采用MCU引腳直接進(jìn)行控制，以防止MCU上電時(shí)對總線(xiàn)的干擾，如圖4所示。

　　(4)總線(xiàn)隔離

　　RS485總線(xiàn)為并接式二線(xiàn)制接口，一旦有一只芯片故障就可能將總線(xiàn)“拉死”，因此對其二線(xiàn)口VA、VB與總線(xiàn)之間應加以隔離。通常在VA、VB與總線(xiàn)之間各串接一只4~10Ω的PTC電阻，同時(shí)與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線(xiàn)路浪涌干擾。如沒(méi)有PTC電阻和TVS二極管，可用普通電阻和穩壓管代替。

　　(5)合理選用芯片

　　例如，對外置設備為防止強電磁(雷電)沖擊，建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片，對節點(diǎn)數要求較多的可選用SIPEX的SP485R。

　　2.RS485網(wǎng)絡(luò )配置

　　(1)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數

　　網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數與所選RS485芯片驅動(dòng)能力和接收器的輸入阻抗有關(guān)，如75LBC184標稱(chēng)最大值為64點(diǎn)，SP485R標稱(chēng)最大值為400點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，因線(xiàn)纜長(cháng)度、線(xiàn)徑、網(wǎng)絡(luò )分布、傳輸速率不同，實(shí)際節點(diǎn)數均達不到理論值。例如75LBC184運用在500m分布的RS485網(wǎng)絡(luò )上節點(diǎn)數超過(guò)50或速率大于9.6kb/s時(shí)，工作可靠性明顯下降。通常推薦節點(diǎn)數按RS485芯片最大值的70%選取，傳輸速率在1200~9600b/s之間選取。通信距離1km以?xún)?，從通信效率、節點(diǎn)數、通信距離等綜合考慮選用4800b/s最佳。通信距離1km以上時(shí)，應考慮通過(guò)增加中繼模塊或降低速率的方法提高數據傳輸可靠性。

　　(2)節點(diǎn)與主干距離

　　理論上講，RS485節點(diǎn)與主干之間距離(T頭，也稱(chēng)引出線(xiàn))越短越好。T頭小于10m的節點(diǎn)采用T型，連接對網(wǎng)絡(luò )匹配并無(wú)太大影響，可放心使用，但對于節點(diǎn)間距非常小(小于1m，如LED模塊組合屏)應采用星型連接，若采用T型或串珠型連接就不能正常工作。RS485是一種半雙工結構通信總線(xiàn)，大多用于一對多點(diǎn)的通信系統，因此主機(PC)應置于一端，不要置于中間而形成主干的T型分布。

　　3.提高RS485通信效率

　　RS485通常應用于一對多點(diǎn)的主從應答式通信系統中，相對于RS232等全雙工總線(xiàn)效率低了許多，因此選用合適的通信協(xié)議及控制方式非常重要。

　　(1)總線(xiàn)穩態(tài)控制(握手信號)

　　大多數使用者選擇在數據發(fā)送前1ms將收發(fā)控制端TC置成高電平，使總線(xiàn)進(jìn)入穩定的發(fā)送狀態(tài)后才發(fā)送數據;數據發(fā)送完畢再延遲1ms后置TC端成低電平，使可靠發(fā)送完畢后才轉入接收狀態(tài)。據筆者使用TC端的延時(shí)有4個(gè)機器周期已滿(mǎn)足要求。

　　(2)為保證數據傳輸質(zhì)量，對每個(gè)字節進(jìn)行校驗的同時(shí)，應盡量減少特征字和校驗字。

　　慣用的數據包格式由引導碼、長(cháng)度碼、地址碼、命令碼、數據、校驗碼、尾碼組成，每個(gè)數據包長(cháng)度達20~30字節。在RS485系統中這樣的協(xié)議不太簡(jiǎn)練。推薦用戶(hù)使用MODBUS協(xié)議，該協(xié)議已廣泛應用于水利、水文、電力等行業(yè)設備及系統的國際標準中。