RS485總線應用與選型指南

RS485總線是一種常見的串行總線標準，采用平衡發送與差分接收的方式，因此具有抑制共模干擾的能力。在一些要求通信距離為幾十米到上千米的時候，RS485總線是一種應用最為廣泛的總線。而且在多節點的工作系統中也有著廣泛的應用。

二、RS485總線典型電路介紹：

RS485電路總體上可以分為隔離型與非隔離型。隔離型比非隔離型在抗干擾、系統穩定性等方面都有更出色的表現，但有一些場合也可以用非隔離型。

我們就先講一下非隔離型的典型電路，非隔離型的電路非常簡單，只需一個RS485芯片直接與MCU的串行通訊口和一個I/O控制口連接就可以。如圖1所示：

圖1、典型485通信電路圖（非隔離型）

當然，上圖并不是完整的485通信電路圖，我們還需要在A線上加一個4.7K的上拉偏置電阻；在B線上加一個4.7K的下拉偏置電阻。中間的R16是匹配電阻，一般是120Ω，當然這個具體要看你傳輸用的線纜。（匹配電阻：485整個通訊系統中，為了系統的傳輸穩定性，我們一般會在第一個節點和最后一個節點加匹配電阻。所以我們一般在設計的時候，會在每個節點都設置一個可跳線的120Ω電阻，至于用還是不用，由現場人員來設定。當然，具體怎么區分第一個節點還是最后一個節點，還得有待現場的專家們來解答呵。）TVS我們一般選用6.8V的，這個我們會在后面進一步的講解。

RS-485標準定義信號閾值的上下限為±200mV。即當A-B>200mV時，總線狀態應表示為“1”；當A-B<-200mV時，總線狀態應表示為“0”。但當A-B在±200mV之間時，則總線狀態為不確定，所以我們會在A、B線上面設上、下拉電阻，以盡量避免這種不確定狀態。

三、隔離型RS485總線典型電路介紹

在某些工業控制領域，由于現場情況十分復雜，各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于－7V時，接收器就再也無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。
解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統電源和RS-485收發器的電源隔離；通過隔離器件將信號隔離，徹底消除共模電壓的影響。實現此方案的途徑可分為：
（1）傳統方式：用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構筑電路；
（2）使用二次集成芯片，如ADM2483、ADM2587E等。

u傳統光電隔離的典型電路：（如圖2所示）

圖2、光電隔離RS485典型電路

圖中我們以高速光耦6N137為例（當然只是示意圖）來說明一下隔離型RS485電路。VDD與VCC485是兩組不共地的電源，一般用隔離型的DC-DC來實現。通過光耦隔離來實現信號的隔離傳輸，ADM487與MCU系統不共地，完全隔離則有效的抑制了高共模電壓的產生，大大降低了485的損壞率，提高了系統的穩定性。但也存在電路體積過大、電路繁瑣、分立器件過多、傳輸速率受光電器件限制等缺點，對整個系統的穩定性也有一定的影響。

u隔離型RS485器件來實現隔離傳輸：（如圖3所示）

圖3、隔離型RS485芯片ADM2483應用圖

ADM2483是ADI推出的隔離型485芯片，SOW-16封裝，內部集成了一個三通道的磁隔離器件和一個半雙工485收發器，2500V隔離電壓、傳輸速率500K、共模電壓抑制能力25KV/µS。但此電路仍需雙電源供電，因此也會在一定程度上存在電路體積過大的問題。

u完全隔離型RS485器件實現隔離傳輸：（如圖4所示）

圖4、完全隔離型RS485/422芯片ADM2587E應用圖

ADM2587E是ADI繼ADM2483之后，推出的單電源隔離型485芯片。SOW-20封裝，2500V隔離電壓，全/半雙工、傳輸速率500K、共模電壓抑制能力25KV/µS、±15KV的ESD保護。適合用于工控、電力、儀表、安防等各種485隔離場合。

四、RS485總線保護電路

隔離雖然能有效的抑制高共模電壓，但總線上還會存在浪涌沖擊、電源線與485線短路、雷擊等潛在危害，所以我們一般會在總線端采取一定的保護措施。

一般我們會在VA、VB上各串接一個4～10Ω的PTC電阻，并在VA、VB各自對地端接6、8V的TVS管，當然也可用普通電阻與穩壓二極管代替。更多的還可以加熱保險絲、防雷管，不過并不是說這些加的越多越好，具體要看實際應用，如果這些保護太多的話，也會影響到整個系統的節點數，與通信穩定性。

五、485應用的一些小經驗

1、收發時序不匹配：

485是半雙工的通信，收發轉換是需要一定的時間的，所以一般在收發轉換之間，和每發送完一幀數據之后，都要有相應的延時，如果出現收發不正常、或第一幀數據之后就出現誤碼現象，則可以適當的增加一下延時時間，以觀問題是否解決。

2、R0接上拉電阻：

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、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。此外經我們實驗發現，ADI的非隔離型485芯片ADM487E、隔離型芯片ADM2483、ADM2587在多節點、防雷擊方面也有著很好的表現。

六、維護RS-485的常用方法

1）若出現系統完全癱瘓，大多因為某節點芯片的VA、VB對電源擊穿，使用萬用表測VA、VB間差模電壓為零，而對地的共模電壓大于3V，此時可通過測共模電壓大小來排查，共模電壓越大說明離故障點越近，反之越遠；
2）總線連續幾個節點不能正常工作。一般是由其中的一個節點故障導致的。一個節點故障會導致鄰近的2～3個節點（一般為后續）無法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節點脫離后總線能恢復正常，說明該節點故障；
3）集中供電的RS-485系統在上電時常常出現部分節點不正常，但每次又不完全一樣。這是由于對RS-485的收發控制端TC設計不合理，造成微系統上電時節點收發狀態混亂從而導致總線堵塞。改進的方法是將各微系統加裝電源開關然后分別上電；
4）系統基本正常但偶爾會出現通信失敗。一般是由于網絡施工不合理導致系統可靠性處于臨界狀態，最好改變走線或增加中繼模塊。應急方法之一是將出現失敗的節點更換成性能更優異的芯片；
5）因MCU故障導致TC端處于長發狀態而將總線拉死一片。提醒讀者不要忘記對TC端的檢查。盡管RS-485規定差模電壓大于200mV即能正常工作。但實際測量：一個運行良好的系統其差模電壓一般在1.2V左右（因網絡分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.8~1.5V范圍內）。