浅谈RS-485总线现场安装的常见问题

在工程施工中，很多都会运用到RS485作为控制和采集的案例，广州易纬这方面的应用上积累了很多宝贵经验。下来简单跟大家一起来分享一下常见问题和解决方案，以求共同进步。

RS485简介：

RS-485又名TIA-485-A,ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485。

RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。

RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构。

常用电缆：

在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线，反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为120Ω）的RS485专用电缆（STP-120Ω（用于RS485&CAN）一对18AWG），而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆（ASTP-120Ω（用于RS485&CAN）一对18AWG）。

在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。理论上，通信速率在100Kbps及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而有所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大。

实际使用中，RS485这种总线在各种手拉手控制，或者远程灯光音响控制中很常见，虽然接线简单，布线也很简单。但是在不少应用场景中还是发生一些异常问题，最主要是安装的时候没有注意。

短距离常见问题如下：

一、首次调试，问题多：

检查所有线路，接线正常，是否牢固，有条件的，对每一个接线都压上线鼻子。在调试的时候总电源的供电到模块的供电线上考虑接入一个保险，防止误操作烧毁整个总线设备，同时可以在总线上接入一个USB转RS485的模块，方便在调试的时候查看各个模块的指令收发情况。

二、模块通讯不稳定：

在调试设备的时候，如果出现指令时有时无，先检查线路是否牢固，另外考虑末端接上一个120R的电阻，做末端匹配。如果线路只有10米左右，优先考虑各个模块是否配对正确和接线是否牢固可靠。

三、模块容易坏：

很多应用场景对静电或者防雷需要要求，这种情况需要提前告知供应商这些需求。因为市面有些产品虽然在设计的时候考虑了很全面，但是后期很多用户不需要那么高要求的防护也为了降低成本，就对部分器件进行空贴。

远距离常见问题如下：

一、设备及人身安全——潜在的高压危险

RS-485总线的使用环境非常复杂，一些恶劣的使用场合会存在高压。极容易产生触电危险，危及人身或设备安全。

二、远端无法接收到数据——地电势差存在

广州易纬在有些案例中就遇到这种难题，有些通信距离可达几千米，节点之间的距离很远。设计者常常直接将每个节点的参考地接于本地的大地，作为信号的返回地，看似正常可靠的做法，却存在极大的隐患！即使调试正常的系统，也可能在使用一段时间后出现各种问题。

常常被忽略的问题是：两个节点之间大地也可能存在很大的电势差！实际的大地并不是理想的“0”电位，大地也是导体，也存在阻抗。当大的电流流过大地时，流过电流的大地两端也会存在电势差。如图1所示。

图1

若直接将相距很远的通信节点分别连接至各自的本地大地，地电势差会以共模电压的形式叠加在总线发送器的输出端，叠加之后的信号可能远远超过接收器所能承受的共模输入电压范围，从而无法正常接收信号，严重还会损坏收发器。普通的RS-485收发器的共模输入范围较小，大地流过各种大型设备注入的大电流，由此引起的地电势差可高达几伏、几十伏甚至上百伏，远远超出收发器所能承受的电压范围。

三、毫无征兆的数据错误或器件损坏——地环路影响

既然节点之间的大地存在电势差，那直接用一根线将两个节点的地再连起来不就可以了？大错特错！这样做只能使情况更加严重，这根长长的导线会与大地形成一个极大的地环路！50Hz的交流电力线、大型电机等，都是交流磁场的来源，若总线靠近或经过这些地方，地环路就会产生电流高达数安培甚至上百安培。电流流过地环路产生的共模电压就会影响总线的正常通信。

除了稳定的磁场来源，一些电力线的浪涌、雷击、高频噪声等瞬态干扰都有可能被这个巨型的“环形天线”拾取，并造成通信异常。

图2

怎么办？

将总线和控制电路进行电气隔离，将高压阻挡在控制系统之外，可以有效地保证操作人员的人身及系统安全。不仅如此，隔离可以抑制由接地电势差、接地环路引起的各种共模干扰，保证总线在严重干扰和其它系统级噪声存在的情况下不间断、无差错运行。如图3所示，使用隔离收发器后，可以有效防止形成地环路，总线参考地可跟随共模电压的波动而波动，共模电压全部由隔离带承受，共模电压对总线信号变得不再可见，从而保证总线稳定可靠地通信。

图3

如何实现隔离？

实现总线隔离的方法主要有两种，一种是使用隔离DC-DC，光耦等分立器件实现节点与收发器之间的隔离。这也是传统最常用的模式，相对来讲电路较复杂，占板空间较大，尤其是较复杂的应用场景，稳定性欠佳，另一种是直接使用隔离收发器，单一产品，设计简单，集成度高。

通过采取这些措施，我们广州易纬的几个重点项目应用上都产生了比较好的实际效果，也得到业主的认可。