RS485.ppt

1、RS485工作原理RS485概念RS485信号传输原理RS485网络特点及接口保护原理分析RS485网络故障判断方法故障分析，报警系统网络结构工作原理介绍6711，6801，终端信号传输介绍终端报警区工作原理， 对讲系统工作原理网络结构控制系统原理对讲系统扩展及网络RS485控制方式对讲系统网络地址定义音视频切换原理对讲系统干扰分析及解决方法噪声由RS485干扰干扰干扰噪声由地面潜在干扰噪声引起外部辐射、系统电源配置的技术要求及供电电缆的计算方法技术手册内容简介、RS485的概念、RS-485是电气接口规范、 它只规定了平衡驱动器和接收器的电气特性，但没有规定连接器传输电缆和通信协议。 作为多

2、点差分数据传输的电气规范，RS-485标准已成为业界使用最广泛的标准通信接口之一。该通信接口允许在简单双绞线上进行多点双向通信，其噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度和可靠性是其他标准无法比拟的。因此，RS-485被用作许多不同领域的数据传输链路。它非常经济，并且具有非常高的噪声抑制和传输速率。RS-485是一种串行通信模式，在工业中被广泛用作数据交换的手段。数据信号采用差分传输方式，也称平衡传输，抗干扰能力强。它使用一对双绞线，其中一个定义为A，另一个定义为B。通常，RS-485的信号在传输前被分解成正负对称的两条线(A和B信号线)。当它到达接收端时，信号被减去并恢复到原始信号。变速器驱动器

3、A和B之间的正电平是2 6V，这是一种逻辑状态。负电平是-2-6V，这是另一种逻辑状态。RS-485中还有一个信号地c和一个“使能”端子。“使能”端子用于控制传输驱动器和传输线之间的断开和连接。当“使能”端子起作用时，传输驱动器处于高阻抗状态，这被称为“第三状态”，也就是说，它是不同于逻辑“1”和“0”的第三状态。与发送端相对的接收端的电平逻辑还规定，接收端和发送端通过平衡双绞线对应连接到AA和BB。当接收端AB (DT)(D)-(D-)之间的电平大于200毫伏时，输出正逻辑电平，当小于-200毫伏时，输出负逻辑电平。接收器平衡线的电平范围通常在200毫伏和6V之间。在传输之前，RS-485的

4、信号将被分解成正负对称的两条线(即我们通常所说的A和B信号线)。到达接收端后，信号将被减去并恢复到原始信号。如果原始信号被标记为(DT)，而分解信号被分别标记为(D)和(D-)的话，当由发送端发送时，原始信号和分解信号之间的操作关系如下：(DT)=(D)-(D)-类似地，在接收到信号之后，接收端根据上述公式将信号恢复到其原始外观。如果这条线路受到干扰，两条传输线路上的信号将分别变成(D)噪声和(D-)噪声。如果接收器接收到这个信号，它必须以某种方式合成它。合成公式如下：(DT)=(D噪声)-(D)-噪声(D)-(D)-该公式与前面的公式相同。因此，在RS-485网络传输中，两条信号电缆必须绞合

5、，以进一步降低信号的共模干扰。电缆的双绞线要求和抗干扰原理、阻抗匹配和手拉手模式要求(通信电缆中的信号反射)，在通信过程中，有两种情况会导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗是不连续的，信号在传输线末端突然遇到很少或没有电缆阻抗，信号会在这个地方引起反射，如图1所示。信号反射原理为了消除这种反射，必须在电缆末端桥接一个与电缆特征阻抗大小相同的终端电阻，以使电缆阻抗连续。由于电缆上的信号传输是双向的，因此可以在通信电缆的另一端连接一个相同大小的终端电阻，如图2所示。理论上，只要与电缆特性阻抗匹配的终端电阻在传输电缆的末端桥接，信号反射就不会再发生。然而，在实际应用中，由于传输电缆的特性阻抗与

6、通信波特率等应用环境有关，因此特性阻抗不能完全等于终端电阻，所以或多或少仍存在信号反射。为了减小反射信号对通信线路的影响，通常采用噪声抑制和偏置电阻。在实际应用中，为了简单方便，通常采用增加偏置电阻的方法。导致信号反射的另一个原因是数据收发器和传输电缆之间的阻抗不匹配。由此引起的反映主要表现在通信线路处于空闲模式时整个网络数据的混乱。归根结底，信号反射对数据传输的影响是，反射信号触发接收器输入端的比较器，使接收器接收到错误的信号，导致CRC校验错误或整个数据帧错误。匹配总线有两种方法，一种是添加匹配电阻，如图1a所示。总线两端的差分端口VA和VB之间应连接120个匹配电阻，以减少反射并吸收失配

7、引起的噪声，有效抑制噪声干扰。然而，匹配电阻消耗大量电流，这不适合具有严格功耗限制的系统。另一种节能匹配方案是RC匹配(图2)。电容C用于切断DC分量，这可以节省大部分功率，但电容C的值是一个难点，需要在功耗和匹配质量之间进行折衷。除了上述两种类型，还有一种使用二极管的匹配方案(图3)。该方案虽然没有实现真正的匹配，但利用二极管的箝位作用，快速削弱反射信号，提高信号质量，节能效果显著。QSA网络中每个分支的RS-485支持256个通信设备(6711或终端)。网络拓扑一般采用总线结构，不支持环网或星型网络。在构建网络时，我们应该注意以下几点：在每个分支中，使用一根双绞线电缆作为总线，各种通信设备

8、手拉手串联。从总线到每个通信设备的输出线路长度应尽可能短，以便将输出线路中的反射信号对总线信号的影响降至最低。图3显示了实际应用中一些常见的错误连接模式(a、b、c)和正确连接模式(d、e、f)。虽然A、B和C的连接不正确，但它们在短距离和低速时仍能正常工作。然而，随着通信距离的延长或通信速度的提高，它们的不利影响将会越来越严重。主要原因是信号在每个支路末端反射后与原始信号叠加，导致信号质量下降。注意母线特征阻抗的连续性，阻抗不连续点会发生信号反射。这种不连续性在以下情况下很容易发生：总线的不同部分使用不同的电缆，总线的某一部分中有太多的收发器安装在一起，并且太长的分支线路通向总线。总之，应该

9、提供单个连续的信号通道作为总线。RS-485接收器差分输入端的共模电压允许为-7.12伏，超过此范围的过压瞬变可能会损坏设备。过电压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电力系统的开关干扰等。例如，人体接触芯片的引脚会产生静电放电，其电压可高达数十千伏，这会导致运行中的设备被锁定而无法运行或损坏；感应闪电对RS-485传输线路造成的瞬态干扰会瞬间烧毁连接传输线路上的所有设备！当构建RS-485总线网络时，双绞线用作传输线，通常沿电缆沟敷设在室外。在雷雨季节，雷电对输电线路的瞬时干扰往往会造成设备损坏。此外，由于RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线结构，即通常使用一条总线将所有节点串联起来，因

10、此雷电引起的瞬变往往会对传输线路上的多个RS-485收发器造成损坏，因此防雷措施为RS-485。目前，我们构建了基于485避雷针的一级和二级防雷电路，可以实现RS485接口的整体防雷和过压保护。图中F1/F2/F3为485避雷针，分别提供线间、线与地间的雷电过电压保护。由于485避雷针的快速响应特性，雷电过电压快速放电，而浪涌吸收能量可以确保避雷针本身在放电过程中不被损坏。放电过程中产生的瞬态大电流会在电路中感应出峰值电压。该电压的幅度随电路和器件的选择而变化，范围从几十伏到几百伏，宽度从几十纳秒到几百纳秒。由于脉冲宽度窄，能量不大。TVS管用于二次保护，其功能是吸收上述峰值电压，并将其可靠地

11、箝位在安全电压范围内。图中的R24/R29使用一个小电阻，该电阻承受较大的瞬态功率，用于为电路提供隔离。该电路在雷电过电压保护的基础上，形成了RS485的整体保护。RS-485接地问题接地处理不当往往会导致电子系统运行不稳定，甚至危及系统安全。RS-485传输网络的接地也很重要，因为接地系统不会影响整个网络的稳定性，尤其是在恶劣的工作环境和较长的传输距离的情况下，对接地的要求更严格，否则接口损坏率更高。在许多情况下，当连接RS-485通信链路时，每个接口的“A”端和“B”端只需通过一对双绞线连接。虽然忽略了信号地的连接，但这种连接方式在很多场合下都能正常工作，但却埋下了很大的隐患。共模干扰问题

12、：RS-485接口以差分方式传输信号，不需要检测相对于某个参考点的信号。系统只需要检测两条线之间的电位差。然而，人们往往忽略了收发信机具有一定的共模电压范围，例如RS-485收发信机的共模电压范围为-7 12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中的共模电压超过这个范围时，会影响通信的稳定性和可靠性，甚至损坏接口。当发射机驱动器A向接收机B发送数据时，发射机驱动器A的输出共模电压为VOS。因为两个系统有独立的接地系统，所以有一个接地电位差VGPD。然后，接收器输入端的共模电压达到VCM=VOS VGPD。虽然RS-485标准规定了VOS3V，但VGPD可能具有较大的幅度(超过1

13、0伏甚至几十伏)，并可能伴随有强干扰信号，这将导致接收机共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，影响正常通信，损坏通信接口电路。电压和电流通过导线传输时有两种形式的变化，我们称之为“共模”和“不同”干扰电压和电流分为两种类型：一种是两线分别作为往返线路传输；另一种是两条电线开路，地线进行反向传输。前者称为“差模”，后者称为“共模”。由于上述原因，虽然RS-485采用差分平衡传输模式，但整个RS-485网络必须有一个低电阻的信号地。低电阻信号地连接两个接口的工作地，使共模干扰电压VGPD短路。该信号地可以是额外的线路(非屏蔽双绞线)或屏蔽双绞线的屏蔽层(但抗干扰能力会下降)，分别

14、连接两个网络设备的网络平衡线接口。值得注意的是，这种方法只对高阻抗共模干扰有效。由于干扰源的内阻大，短路后不会形成大的接地回路电流，不会对通信产生很大影响。当共模干扰源的内阻较低时，接地线上会形成较大的回路电流，影响正常通信。一般采取以下措施：如果干扰源的内阻不是很小，可以在地线上加一个限流电阻来限制干扰电流。接地电阻的增加可能会增加共模电压，但只要控制在适当的范围内，不会影响正常通信。采用浮动技术切断接地回路。这是一种常见而有效的方法，为公司现行制度所采用。当共模干扰的内阻很小时，上述方法不能工作。此时，可以考虑浮动引入干扰的节点(如恶劣工作环境中的现场设备)(即系统的电路接地与底盘或接地隔

15、离)，从而切断接地回路，不形成大回路电流。RS-485是一种低成本、易操作的通信系统，但稳定性差，相互制约性强。通常，一个网络设备的故障会导致系统整体或部分瘫痪，难以判断。系统基本正常，但偶尔会发生通信故障(一般是从设备远离主设备)，有时会出现没有甚至没有正常通信的现象。一般来说，由于网络结构不合理，系统可靠性处于临界状态，因此需要对网络结构、电缆和网络阻抗匹配等进行检查。可能需要改变路由或增加中继模块；如果整个网络节点的通信异常，首先要怀疑活动方的网络设备是否正常。一般情况下，可以通过设备直连等方式进行通信测试，进一步判断故障是由主动方设备还是与主动方设备相连的网络造成的；如果系统完全瘫痪，

16、主要是因为网络设备的通信芯片的虚拟仪器和虚拟内存中断供电。用万用表测量伏安和伏安之间的差模电压为零，而接地的共模电压大于3伏。此时，可以通过测量共模电压来检查。共模电压越大，越接近故障点，反之亦然。总线上的几个连续网络设备无法正常通信。通常，这是由网络设备之一的通信故障引起的。一个网络设备的通信故障将导致23个相邻的网络设备(通常是后续的)无法通信，因此它们被一个接一个地从总线上分离。如果网络设备分离后总线能够恢复正常，则意味着网络设备有故障；某个装置处于长毛状态，将整辆巴士拖向死亡。报警系统由用户终端(6100系列和8000系列用户终端)、6711走廊控制器、6100HUB2中继器、6801前端控制器和监控中心软件组成。监控中心由工作软件、报警软件、6801前端控制器、监控中心服务器(计算机)、打印机等组成。网络化监控中心系统软件通过485总线24小时实时监控整个网络的6711走廊控制器的工作状态，走廊控制器主动监控其s一般情况下，两级系统的巡逻速度小于国家标准规定的5秒(严重错误代码除外)。6711、6801，终端信号传输，每个走廊控制机最多连接114个用户终端(一般100个终端用于工程指导)，要求均匀分布在4个端口。走廊控制器负责协调集中式用户终端和中央系统之间的通信，主动收集其管辖区域内每个终端主机及其智能探测器的工作情况，并将收集到的信息存储