rs485是什么？ RS-485串行傳輸簡(jiǎn)介
在電機(jī)控制以及動(dòng)作控制等應(yīng)用場(chǎng)合中，RS485技術(shù)具有對(duì)噪聲免疫、寬廣的共*圍、數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)以及多點(diǎn)傳輸能力等優(yōu)點(diǎn)，因此廣為被業(yè)界采用。其它的應(yīng)用場(chǎng)合也會(huì)因?yàn)镽S-485的這些優(yōu)點(diǎn)而使用此一通訊技術(shù)，這些應(yīng)用場(chǎng)合包括過程控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制、建筑自動(dòng)化以及安全系統(tǒng)等。由于這些應(yīng)用場(chǎng)合需要在相當(dāng)長(zhǎng)的距離下進(jìn)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(chǎng)合由于電機(jī)控制系統(tǒng)中包含了一個(gè)易產(chǎn)生高電氣噪聲并具有高電流準(zhǔn)位的電機(jī)機(jī)械式制動(dòng)器，因此在設(shè)計(jì)控制器的通訊路徑時(shí)，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(huì)影響控制系統(tǒng)中的信號(hào)。典型的電磁干擾來源包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓、馬達(dá)電刷的噪聲、頻率、顯示器以及其它與計(jì)算機(jī)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(hào)可能會(huì)造成動(dòng)作異常或不穩(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(hào)是以平衡差動(dòng)的方式傳輸，同時(shí)RS-485大多使用雙絞線作為傳輸線。因此，所有的電氣噪聲會(huì)相等的被耦合到兩條雙絞線上。也就是說，由于接收器只對(duì)差動(dòng)的電壓信號(hào)有反應(yīng)，在電壓的差異值代表傳輸信號(hào)值的前提下，噪聲的影響將會(huì)被降到低。RS-485信號(hào)準(zhǔn)位的定義為：對(duì)任何驅(qū)動(dòng)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(gè)有效的狀態(tài)。此一定義適用于所有的負(fù)載狀況。而對(duì)接收端而言，接收端的規(guī)格對(duì)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(dòng)信號(hào)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(hào)在傳輸線中傳輸時(shí)可能會(huì)因傳輸線阻抗造成信號(hào)的損失進(jìn)而導(dǎo)致接收端的信號(hào)振幅較驅(qū)動(dòng)端低1.5V以上。
（2） 接地電位/共模
另外一個(gè)可能會(huì)影響到工業(yè)控制應(yīng)用場(chǎng)合之通訊能力的因素乃是驅(qū)動(dòng)端與接收端接地點(diǎn)參考電位間的差異值；電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)、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(jī)以及控制器，在電機(jī)與控制器間接有相當(dāng)長(zhǎng)度的電纜以進(jìn)行通訊并提供電力。假設(shè)兩節(jié)點(diǎn)間的電纜為50公尺長(zhǎng)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(jī)電流不大于2A。但是在堵轉(zhuǎn)故障發(fā)生時(shí)，電機(jī)的電流可能會(huì)突升至10A。也就是說，這個(gè)電流會(huì)造成兩個(gè)GND間電纜在線5V的壓降。由于所有的信號(hào)都會(huì)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(huì)對(duì)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(diǎn)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(dòng)信號(hào)產(chǎn)生了同樣的電壓移位，因此其差模信號(hào)仍然是有效的，RS-485也仍然能夠可靠的接收到這些信號(hào)。
圖（一） 具接地點(diǎn)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(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生的電氣危險(xiǎn)。有許多的測(cè)試方法（如JEDEC 人體模型HBM或IEEE靜電放電免疫力測(cè)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(huì)將靜電放電保護(hù)功能整合在總線電路中。一般來說，典型的保護(hù)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(hù)范圍。關(guān)于特定應(yīng)用場(chǎng)合所需的保護(hù)等級(jí)很難預(yù)測(cè)，可由下列的因素進(jìn)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(diǎn)的偵錯(cuò)程序
更換該零件所需的時(shí)間以及勞工成本
另外一種可能造成組件損壞的電氣危險(xiǎn)則是瞬時(shí)（突波）過電壓。這類的事件主要是因?yàn)槔讚艚?jīng)主變壓器二次測(cè)耦合、或由于附近地區(qū)因機(jī)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(hù)二極管可提供能量漏泄的安全路徑。
應(yīng)用場(chǎng)合范例
圖（二）所示為典型的應(yīng)用場(chǎng)合范例，其中RS-485主要用來將編碼器信息回報(bào)給動(dòng)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(huì)有一段距離。在本范例中，有四個(gè)信號(hào)必須進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，因此系統(tǒng)需要使用具四個(gè)傳送器的芯片以及具四個(gè)接收器的芯片。因?yàn)樽杩蛊ヅ涞脑颍偩€的接收端必須加上終端電阻以消除信號(hào)的反射。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須根據(jù)下列因素來選擇佳的驅(qū)動(dòng)器以及接收器芯片：
編碼器到控制器的距離
電機(jī)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(hù)、功率消耗以及價(jià)格的需求
圖（二） 典型的應(yīng)用場(chǎng)合，編碼器反饋信號(hào)
結(jié)論
RS485由于使用了平衡差動(dòng)傳輸信號(hào)，傳輸距離比RS-232更長(zhǎng)，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(chǎng)工業(yè)總線相比，其處理錯(cuò)誤的能力還稍顯遜色，所以在軟件部分還需要進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)，以避免數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等情況發(fā)生。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余量較大，對(duì)于速度要求高的應(yīng)用場(chǎng)所不適宜用RS-485總線。雖然RS-485總線存在一些缺點(diǎn)，但由于它的線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)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(jī)控制以及動(dòng)作控制等應(yīng)用場(chǎng)合中，RS485技術(shù)具有對(duì)噪聲免疫、寬廣的共*圍、數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)以及多點(diǎn)傳輸能力等優(yōu)點(diǎn)，因此廣為被業(yè)界采用。其它的應(yīng)用場(chǎng)合也會(huì)因?yàn)镽S-485的這些優(yōu)點(diǎn)而使用此一通訊技術(shù)，這些應(yīng)用場(chǎng)合包括過程控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制、建筑自動(dòng)化以及安全系統(tǒng)等。由于這些應(yīng)用場(chǎng)合需要在相當(dāng)長(zhǎng)的距離下進(jìn)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(chǎng)合由于電機(jī)控制系統(tǒng)中包含了一個(gè)易產(chǎn)生高電氣噪聲并具有高電流準(zhǔn)位的電機(jī)機(jī)械式制動(dòng)器，因此在設(shè)計(jì)控制器的通訊路徑時(shí)，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(huì)影響控制系統(tǒng)中的信號(hào)。典型的電磁干擾來源包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓、馬達(dá)電刷的噪聲、頻率、顯示器以及其它與計(jì)算機(jī)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(hào)可能會(huì)造成動(dòng)作異常或不穩(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(hào)是以平衡差動(dòng)的方式傳輸，同時(shí)RS-485大多使用雙絞線作為傳輸線。因此，所有的電氣噪聲會(huì)相等的被耦合到兩條雙絞線上。也就是說，由于接收器只對(duì)差動(dòng)的電壓信號(hào)有反應(yīng)，在電壓的差異值代表傳輸信號(hào)值的前提下，噪聲的影響將會(huì)被降到低。RS-485信號(hào)準(zhǔn)位的定義為：對(duì)任何驅(qū)動(dòng)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(gè)有效的狀態(tài)。此一定義適用于所有的負(fù)載狀況。而對(duì)接收端而言，接收端的規(guī)格對(duì)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(dòng)信號(hào)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(hào)在傳輸線中傳輸時(shí)可能會(huì)因傳輸線阻抗造成信號(hào)的損失進(jìn)而導(dǎo)致接收端的信號(hào)振幅較驅(qū)動(dòng)端低1.5V以上。
（2） 接地電位/共模
另外一個(gè)可能會(huì)影響到工業(yè)控制應(yīng)用場(chǎng)合之通訊能力的因素乃是驅(qū)動(dòng)端與接收端接地點(diǎn)參考電位間的差異值；電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)、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(jī)以及控制器，在電機(jī)與控制器間接有相當(dāng)長(zhǎng)度的電纜以進(jìn)行通訊并提供電力。假設(shè)兩節(jié)點(diǎn)間的電纜為50公尺長(zhǎng)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(jī)電流不大于2A。但是在堵轉(zhuǎn)故障發(fā)生時(shí)，電機(jī)的電流可能會(huì)突升至10A。也就是說，這個(gè)電流會(huì)造成兩個(gè)GND間電纜在線5V的壓降。由于所有的信號(hào)都會(huì)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(huì)對(duì)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(diǎn)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(dòng)信號(hào)產(chǎn)生了同樣的電壓移位，因此其差模信號(hào)仍然是有效的，RS-485也仍然能夠可靠的接收到這些信號(hào)。
圖（一） 具接地點(diǎn)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(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生的電氣危險(xiǎn)。有許多的測(cè)試方法（如JEDEC 人體模型HBM或IEEE靜電放電免疫力測(cè)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(huì)將靜電放電保護(hù)功能整合在總線電路中。一般來說，典型的保護(hù)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(hù)范圍。關(guān)于特定應(yīng)用場(chǎng)合所需的保護(hù)等級(jí)很難預(yù)測(cè)，可由下列的因素進(jìn)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(diǎn)的偵錯(cuò)程序
更換該零件所需的時(shí)間以及勞工成本
另外一種可能造成組件損壞的電氣危險(xiǎn)則是瞬時(shí)（突波）過電壓。這類的事件主要是因?yàn)槔讚艚?jīng)主變壓器二次測(cè)耦合、或由于附近地區(qū)因機(jī)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(hù)二極管可提供能量漏泄的安全路徑。
應(yīng)用場(chǎng)合范例
圖（二）所示為典型的應(yīng)用場(chǎng)合范例，其中RS-485主要用來將編碼器信息回報(bào)給動(dòng)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(huì)有一段距離。在本范例中，有四個(gè)信號(hào)必須進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，因此系統(tǒng)需要使用具四個(gè)傳送器的芯片以及具四個(gè)接收器的芯片。因?yàn)樽杩蛊ヅ涞脑颍偩€的接收端必須加上終端電阻以消除信號(hào)的反射。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須根據(jù)下列因素來選擇佳的驅(qū)動(dòng)器以及接收器芯片：
編碼器到控制器的距離
電機(jī)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(hù)、功率消耗以及價(jià)格的需求
圖（二） 典型的應(yīng)用場(chǎng)合，編碼器反饋信號(hào)
結(jié)論
RS485由于使用了平衡差動(dòng)傳輸信號(hào)，傳輸距離比RS-232更長(zhǎng)，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(chǎng)工業(yè)總線相比，其處理錯(cuò)誤的能力還稍顯遜色，所以在軟件部分還需要進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)，以避免數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等情況發(fā)生。另外，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余量較大，對(duì)于速度要求高的應(yīng)用場(chǎng)所不適宜用RS-485總線。雖然RS-485總線存在一些缺點(diǎn)，但由于它的線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)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。
