提高RS-485總線可靠性的幾種方法及常見故障處理

　　三、提高RS-485通信效率
　　
　　RS-485通常應用于一對多點的主從應答式通信系統中，相對于RS-232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RS-485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。
　　
　　四、RS-485接口電路的電源、接地
　　
　　對于由MCU結合RS-485微系統組建的測控網絡，應優先采用各微系統獨立供電方案，最好不要采用一臺大電源給微系統并聯供電，同時電源線（交直流）不能與RS -485信號線共用同一股多芯電纜。RS-485信號線宜選用截面積0.75mm2以上雙絞線而不是平直線。對于每個小容量直流電源選用線性電源LM7805比選用開關電源更合適。當然應注意LM7805的保護：
　　
　　1、LM7805輸入端與地應跨接220~1000μF電解電容；
　　
　　2、LM7805輸入端與輸出端反接1N4007二極管；
　　
　　3、LM7805輸出端與地應跨接470~1000μF電解電容和104pF獨石電容并反接1N4007二極管；
　　
　　4、輸入電壓以8~10V為佳，最大允許范圍為6.5~24V。可選用TI的PT5100替代LM7805，以實現9～38V的超寬電壓輸入。
　　
　　五、光電隔離
　　
　　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；通過光耦將信號隔離，徹底消除共模電壓的影響。實現此方案的途徑可分為：
　　
　　1、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PS1480、MAX1480等。
　　
　　六、RS-485系統的常見故障及處理方法
　　
　　RS-485是一種低成本、易操作的通信系統，但是穩定性弱同時相互牽制性強，通常有一個節點出現故障會導致系統整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。故向讀者介紹一些維護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）。