提高RS485總線可靠性及故障處理方法

在MCU之間中長距離通信的諸多方案中，RS485因硬件設計簡單、控制方便、成本低廉等優點廣泛應用于工廠自動化、工業控制、小區監控、水利自動報測等領域。但RS485總線在抗干擾、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的取值是個難點，需要在功耗和匹配質量間進行折衷。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量的目的，節能效果顯著。　　(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，在每一個字節傳送之前，先要通過一個低電平起始位實現握手。為防止干擾信號誤觸發RO(接收器輸出)產生負跳變，使接收端MCU進入接收狀態，建議RO外接10kΩ上拉電阻。

　　(3)保證系統上電時的RS485芯片處于接收輸入狀態

　　對于收發控制端TC建議采用MCU引腳通過反相器進行控制，不宜采用MCU引腳直接進行控制，以防止MCU上電時對總線的干擾，如圖4所示。

　　(4)總線隔離

　　RS485總線為并接式二線制接口，一旦有一只芯片故障就可能將總線“拉死”，因此對其二線口VA、VB與總線之間應加以隔離。通常在VA、VB與總線之間各串接一只4~10Ω的PTC電阻，同時與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。如沒有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，對節點數要求較多的可選用SIPEX的SP485R。

　　2.RS485網絡配置

　　(1)網絡節點數

　　網絡節點數與所選RS485芯片驅動能力和接收器的輸入阻抗有關，如75LBC184標稱最大值為64點，SP485R標稱最大值為400點。實際使用時，因線纜長度、線徑、網絡分布、傳輸速率不同，實際節點數均達不到理論值。例如75LBC184運用在500m分布的RS485網絡上節點數超過50或速率大于9.6kb/s時，工作可靠性明顯下降。通常推薦節點數按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以內，從通信效率、節點數、通信距離等綜合考慮選用4800b/s最佳。通信距離1km以上時，應考慮通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高數據傳輸可靠性。

　　(2)節點與主干距離

　　理論上講，RS485節點與主干之間距離(T頭，也稱引出線)越短越好。T頭小于10m的節點采用T型，連接對網絡匹配并無太大影響，可放心使用，但對于節點間距非常小(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，大多用于一對多點的通信系統，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的主從應答式通信系統中，相對于RS232等全雙工總線效率低了許多，因此選用合適的通信協議及控制方式非常重要。

　　(1)總線穩態控制(握手信號)

　　大多數使用者選擇在數據發送前1ms將收發控制端TC置成高電平，使總線進入穩定的發送狀態后才發送數據;數據發送完畢再延遲1ms后置TC端成低電平，使可靠發送完畢后才轉入接收狀態。據筆者使用TC端的延時有4個機器周期已滿足要求。

　　(2)為保證數據傳輸質量，對每個字節進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字。

　　慣用的數據包格式由引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、數據、校驗碼、尾碼組成，每個數據包長度達20~30字節。在RS485系統中這樣的協議不太簡練。推薦用戶使用MODBUS協議，該協議已廣泛應用于水利、水文、電力等行業設備及系統的國際標準中。