如何解決RS485通信干擾

眾所周知，所謂干擾就是在所傳原始信號(hào)的基礎(chǔ)上，疊加了其他非希望傳輸?shù)男盘?hào)。在現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)中就是無(wú)法鑒別或者無(wú)法準(zhǔn)確穩(wěn)定的識(shí)別（原始）有用信號(hào)。一般說(shuō)來(lái)，在我們傳輸信號(hào)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生干擾，近到數(shù)毫米(設(shè)備內(nèi))至遙遠(yuǎn)太空的數(shù)以千萬(wàn)公里。干擾信號(hào)都無(wú)時(shí)不在的存在著。

做工程項(xiàng)目中所認(rèn)為信號(hào)干擾的時(shí)候，正是在接收設(shè)備無(wú)法識(shí)別或超過(guò)系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定識(shí)別指標(biāo)的時(shí)候。哪么如果我們保證干擾信號(hào)永遠(yuǎn)低于一定值，使之不會(huì)影響到原始信號(hào)傳輸時(shí)，就達(dá)到了我們的目的。

一、干擾的種類(lèi)

RS485信號(hào)以長(zhǎng)距離、多用戶(hù)、抗（共模）干擾著稱(chēng)。但在現(xiàn)實(shí)情況下，尤其是在安防、智能建筑施工環(huán)境下情況截然不同。許多人都遇到過(guò)RS485線(xiàn)路干擾問(wèn)題，當(dāng)然最直觀的解釋就是沒(méi)有按照施工規(guī)范來(lái)做。但是一但按照繁復(fù)施工規(guī)范來(lái)做，對(duì)于目前國(guó)情和行業(yè)現(xiàn)狀（造價(jià)與專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員素質(zhì)）來(lái)講，都是比較有挑戰(zhàn)的。RS485信號(hào)通常會(huì)遇到干擾，如果按照干擾出現(xiàn)的頻繁度來(lái)排隊(duì)的話(huà)大致應(yīng)該分為四種：

第一種就是強(qiáng)共模干擾。這種情況很像圖像傳輸中所說(shuō)的"地干擾"。由于接收設(shè)備在不同地點(diǎn)，直接或間接接地，造成信號(hào)線(xiàn)與"本設(shè)備地"或"本設(shè)備數(shù)字地"之間的交流（通常是50赫茲）信號(hào)超標(biāo)所造成。表現(xiàn)接收為時(shí)有時(shí)無(wú)，甚至一直無(wú)法接收。更有甚者，收發(fā)相距一米便無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。

第二種是匹配干擾。來(lái)源于系統(tǒng)負(fù)載匹配不合理。例如：信號(hào)線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，過(guò)多（長(zhǎng)距離）星形接線(xiàn)，過(guò)多的負(fù)載、無(wú)系統(tǒng)匹配電阻等等，導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞無(wú)法穩(wěn)定工作。

第三種是硬件故障。一般是線(xiàn)路中有串入高電壓的歷史（雷擊、漏電），導(dǎo)致系統(tǒng)個(gè)別設(shè)備的RS485轉(zhuǎn)換器片出現(xiàn)問(wèn)題，影響了全局的接收。

第四種是線(xiàn)路故障，例如局部短路、信號(hào)線(xiàn)有一根斷路這種情況經(jīng)常會(huì)使系統(tǒng)可以局部工作或正常工作，但是工作不穩(wěn)定。

這四種情況往往不是單獨(dú)存在，而是相生相伴，相互加劇。使系統(tǒng)不斷惡化。

2、各干擾的成因與判斷

以上總結(jié)了常見(jiàn)干擾的現(xiàn)象，下面將依次按照四種現(xiàn)象順序分析導(dǎo)致干擾的原因和判斷系統(tǒng)存在那一種干擾的方法。

首先先解釋幾個(gè)概念：

數(shù)字地--- 收發(fā)設(shè)備的信號(hào)地。通常與信號(hào)之間的直流電壓為0-5伏

大地 --- 設(shè)備當(dāng)?shù)氐慕拥?/p>

本地接地—系統(tǒng)的數(shù)字地與大地間接

系統(tǒng)接地---系統(tǒng)中收發(fā)設(shè)備之間的數(shù)字地連接

直接接地---設(shè)備或系統(tǒng)的數(shù)字地直接與“地”（可能是大地，也可能是系統(tǒng)數(shù)字地）良好連接。

間接接地---設(shè)備通過(guò)設(shè)備外皮、線(xiàn)纜與大地漏電或下一級(jí)設(shè)備（比如攝像機(jī)視頻地）的地非良好間接，這種接地通常表現(xiàn)為直接無(wú)法用萬(wàn)用表測(cè)量出連接通斷。

1）、強(qiáng)共模干擾

如果談起這種干擾，首先要簡(jiǎn)單的介紹一下RS485工作原理和基本指標(biāo)。RS485接口，外部接口由三個(gè)端子組成，分別是：A、B、G有的設(shè)備標(biāo)為T(mén)+、 T-、G。信號(hào)在傳輸過(guò)程中采用差分方式，即A與B之間大于0.2V的電壓差作為數(shù)據(jù)（0、1）傳輸，通常A、B為0-5V反向工作。即A為5V時(shí)B為0V，A為0V時(shí)B為5V。

發(fā)射接收芯片。以SN75176為例。這個(gè)芯片集收發(fā)為一體，作為發(fā)射端可以帶32各同類(lèi)芯片的接收端。芯片的輸入輸出接口部分設(shè)計(jì)了高電壓箝位功能。由于芯片的抗高壓設(shè)計(jì)，當(dāng)A、B點(diǎn)的輸入電壓（相對(duì)數(shù)字地G）高于5.5V時(shí)，A點(diǎn)的電壓就被“鎖定”在5V，對(duì)于小功率的干擾信號(hào)，就由芯片吸收掉了，對(duì)于大一點(diǎn)功率的干擾信號(hào)，由于芯片無(wú)法吸收如此大的能量而被摧毀。另外當(dāng)A、B點(diǎn)的信號(hào)低于-0.5V時(shí)，也被芯片鎖定在-0.5V。

此主題相關(guān)圖片如下：1.jpg

此主題相關(guān)圖片如下：2.jpg

由于以上原因，當(dāng)A、B兩點(diǎn)的信號(hào)都高于5.5V或低于-0.5V時(shí)，A、B兩點(diǎn)的信號(hào)相同，無(wú)差分值。此時(shí)接收到的信號(hào)無(wú)法確認(rèn)。在現(xiàn)場(chǎng)施工情況下，通常RS485控制線(xiàn)會(huì)采用一根雙絞線(xiàn)。如果收發(fā)兩遍的數(shù)字地存在較大電壓的情況下，就可能使A、B信號(hào)疊加在一個(gè)交流信號(hào)上。當(dāng)疊加值小于-0.5V或大于+5.5V時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此可以計(jì)算出理論上的共模干擾信號(hào)必須小于 5V/1.414=3.5Vac。但是實(shí)際情況下應(yīng)該遠(yuǎn)低于此值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)值應(yīng)該低于1.5Vac以下。

強(qiáng)共模干擾通常分為兩種情況：

第一種、用電設(shè)備供電插座中心接地點(diǎn)接觸不好，或者中心抽頭懸空。由于收發(fā)設(shè)備的前級(jí)或后級(jí)設(shè)備通常有圖二的接線(xiàn)方式。也就是說(shuō)交流電源供電端L、N之間對(duì)G之間有一個(gè)小電容，以釋放L、N對(duì)大地之間的瞬間高電壓，而G通常接設(shè)備外殼。如果G很好的接大地（通常規(guī)范建筑電源已經(jīng)接好），哪么設(shè)備的外殼將有效接地。通常設(shè)備的外殼也是數(shù)字地、同時(shí)也是視頻地。如果G端點(diǎn)未接地，這時(shí)G點(diǎn)的電壓應(yīng)該是對(duì)地110Vac。這時(shí)，如果系統(tǒng)中有間接接地的點(diǎn)，哪么G端點(diǎn)的電壓將突破一切阻攔（通常是設(shè)備元器件和絕緣）對(duì)地放電。此時(shí)重者，將損壞設(shè)備元器件從而摧毀設(shè)備。輕者將對(duì)線(xiàn)路中的信號(hào)產(chǎn)生較大干擾或損傷元器件。如圖三
此主題相關(guān)圖片如下：3.jpg

第二種收發(fā)設(shè)備分別接大地良好，由于收發(fā)兩地存在交流電位差（通常由于變電站設(shè)備自身接大地以及大功率用電設(shè)備直接接地導(dǎo)致）如圖一。這種干擾雖然電壓通常只有幾伏，但是有可能通過(guò)信號(hào)線(xiàn)產(chǎn)生較大電流，并燒毀設(shè)備、或信號(hào)線(xiàn)。從施工角度這種干擾一般不會(huì)發(fā)生。

這兩種方法的測(cè)量，可以采用萬(wàn)用表交流電壓檔測(cè)量，嚴(yán)重時(shí)可能150-160Vac ,一般也會(huì)在1.5Vac以上。對(duì)于小于1.5Vac的一般可以允許。否則將引起信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。如圖四

此主題相關(guān)圖片如下：4.jpg

2）、匹配干擾

在實(shí)際施工中RS485通常都是使用一根雙絞線(xiàn)或屏蔽雙絞線(xiàn)，按照并接、星形+并接以及手拉手形式連接。一條線(xiàn)路上一共并接32個(gè)以?xún)?nèi)的接收端。盡管許多芯片具有64或128個(gè)負(fù)載能力，但是大多是通過(guò)降低輸入電阻，提高靈敏度等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常這是個(gè)理論值。在實(shí)際應(yīng)用中由于各負(fù)載以及布線(xiàn)因素很難保證在這個(gè)指標(biāo)下穩(wěn)定工作。

標(biāo)準(zhǔn)的RS485的負(fù)載是12K歐姆，在9600BPS下傳輸距離為1200米。理想的連接方式是俗稱(chēng)手拉手方式如圖五。
此主題相關(guān)圖片如下：5.jpg

這種方式接線(xiàn)明確，沒(méi)有分支線(xiàn)。可以清楚算出線(xiàn)纜是否超出指標(biāo)（例如1200米）。拉手方式實(shí)際就是在接收設(shè)備內(nèi)部做出兩個(gè)相同的A接線(xiàn)端和B接線(xiàn)端，在設(shè)備上標(biāo)出輸入輸出，如圖六。
此主題相關(guān)圖片如下：6.jpg

其主要優(yōu)勢(shì)將分支線(xiàn)縮到最短（毫米級(jí)）。劣勢(shì)也能比較明顯，就是最末一個(gè)點(diǎn)到控制室的距離最長(zhǎng)。如果有離開(kāi)主干線(xiàn)一段距離的兩個(gè)方向的點(diǎn)，那么，用這種方式需要增加一倍的分支線(xiàn)纜如圖七。
此主題相關(guān)圖片如下：7.jpg

這種方式主要要注意連接距離是否超出范圍，負(fù)載數(shù)量不能超過(guò)系統(tǒng)指標(biāo)。建議子系統(tǒng)不要超過(guò)32點(diǎn)。對(duì)于有些設(shè)備所說(shuō)64、128點(diǎn)的情況，應(yīng)該考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況（漏電、接地）來(lái)定。由于設(shè)備接口對(duì)于系統(tǒng)來(lái)講，并不是無(wú)源純電阻性的負(fù)載，他可能把本地的一些干擾引入系統(tǒng)，總的來(lái)說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)直接連接的接口的數(shù)量越多，產(chǎn)生干擾的可能性就越大。

另外一種常用布線(xiàn)方式就是星形布線(xiàn)。星形布線(xiàn)可以節(jié)省線(xiàn)纜，但是，帶來(lái)的問(wèn)題就是，信號(hào)反射。由于星形布線(xiàn)比較手拉手方式增加了許多節(jié)點(diǎn)，使信號(hào)在總線(xiàn)上的傳輸復(fù)雜化，信號(hào)遇到節(jié)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生反射，因此星形連接使信號(hào)在系統(tǒng)上的傳輸效果很難預(yù)計(jì)。同時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)終點(diǎn)。對(duì)于匹配的終端電阻，就很難加入。終端電阻的目的是匹配線(xiàn)路，吸收反射，這就可能使加入終端電阻的子網(wǎng)絡(luò)工作正常，其他子網(wǎng)絡(luò)無(wú)法匹配。

這種干擾的檢測(cè)可以通過(guò)線(xiàn)纜長(zhǎng)度、負(fù)載數(shù)量、終端電阻是否連接來(lái)判斷。對(duì)于星形布線(xiàn)來(lái)說(shuō)，建議分支數(shù)盡量少，距離盡量短。

3）、硬件故障

由于雷擊、485網(wǎng)絡(luò)串入高電壓等原因，導(dǎo)致局部某個(gè)或某些接收設(shè)備的RS485芯片損壞或損傷。這種情況經(jīng)常表現(xiàn)為，不穩(wěn)定前一直工作正常，突然工作不正常。檢查方法可以用分段式檢測(cè)。就是將系統(tǒng)分支或遠(yuǎn)端總線(xiàn)去掉，逐一添加，找出有問(wèn)題的分支，再判斷是哪個(gè)接收端出問(wèn)題。對(duì)于問(wèn)題比較多的系統(tǒng)，這種方法可能會(huì)重復(fù)幾次，而且還不一定能處理干凈。作為受損傷的芯片，在外部特性上，與正常芯片相差無(wú)幾。只是負(fù)載偏大，更脆弱一些。經(jīng)常會(huì)在工作一段時(shí)間內(nèi)，莫名奇妙的損壞。這種故障相對(duì)比較難處理。

4）、線(xiàn)路故障

這種故障通常在施工初期發(fā)生。而且在一定的條件下，可以正常傳輸數(shù)據(jù)，一旦條件發(fā)生改變，系統(tǒng)就會(huì)局部或整體不正常工作。這種故障通常表現(xiàn)為總線(xiàn)短路和總線(xiàn)中（A、B線(xiàn)）有一條斷路。短路時(shí)會(huì)影響短路點(diǎn)附近和短路點(diǎn)以后的接收設(shè)備正常接收，而且使用萬(wàn)用表也可以很容易的判斷。而某一條線(xiàn)開(kāi)路則使開(kāi)路點(diǎn)以后的設(shè)備的A、B輸入總某一路開(kāi)路。由于開(kāi)路端接收設(shè)備的漏電因素各感應(yīng)點(diǎn)因素，很可能使這個(gè)端口的電位處于交變浮動(dòng)況態(tài)。當(dāng)交變幅度較小時(shí)，可能不會(huì)有什么影響，當(dāng)幅度較大時(shí)就可能無(wú)法工作如圖八。
此主題相關(guān)圖片如下：8.jpg

另外這種浮動(dòng)收當(dāng)?shù)?ldquo;地電位”或用電負(fù)載的變化所影響因此會(huì)出現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞、某一時(shí)間段無(wú)法正常接收等問(wèn)題。這種問(wèn)題一般都是施工者前期施工時(shí)疏忽所致。有的情況下，這種疏忽會(huì)在數(shù)年以后才顯現(xiàn)出來(lái)。而檢查起來(lái)相對(duì)比較簡(jiǎn)單?？梢栽谙到y(tǒng)斷電的情況下用萬(wàn)用表進(jìn)行電阻測(cè)量就可以判斷。檢查過(guò)程中，要了結(jié)合線(xiàn)路的路由情況和終端電阻的情況來(lái)判斷。

三、RS485故障現(xiàn)場(chǎng)綜合判斷

現(xiàn)場(chǎng)RS485通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以從二個(gè)方面著手排查。

1、固定規(guī)則著手排查

通常的監(jiān)測(cè)有三種方法：

1） 檢查A、B線(xiàn)是否短路或者與其他線(xiàn)路短路。這種檢測(cè)通常需要在整個(gè)系統(tǒng)停電下進(jìn)行。通常檢測(cè)A、B之間電阻，A、B分別對(duì)數(shù)字地之間電阻。當(dāng)某一個(gè)分支不受控時(shí)還要單獨(dú)檢查這個(gè)分支的這幾項(xiàng)電阻值。在檢測(cè)中要考慮一下因素：終端電阻（120-200歐），線(xiàn)纜電阻（0.5RVV線(xiàn)4-5歐姆/百米-雙線(xiàn)、超5類(lèi)線(xiàn)20-25歐姆/百米-雙線(xiàn)）、接收負(fù)載電阻（每個(gè)接收端12000歐姆）。通過(guò)計(jì)算測(cè)量值，判斷是否有短路、斷路現(xiàn)象。

2） 檢查A、B對(duì)地之間的交流電壓值。這種測(cè)量需要在系統(tǒng)各設(shè)備全部加電情況下工作。先將待測(cè)的部分與系統(tǒng)全部分開(kāi)，分別測(cè)量A-A、B-B、地-地之間的交流電壓。當(dāng)使用20V檔電壓大于1.5V時(shí)，系統(tǒng)就可能產(chǎn)生干擾。

3） 代換方法確認(rèn)個(gè)別設(shè)備的損壞。由于個(gè)別設(shè)備的損壞，導(dǎo)致個(gè)別設(shè)備不受控或系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種情況發(fā)生時(shí)，可以先根據(jù)路由，將系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，逐個(gè)子系統(tǒng)摘除或加入系統(tǒng)。確認(rèn)故障系統(tǒng)后，再將該子系統(tǒng)進(jìn)一步分解排查。

2、從故障現(xiàn)象著手排查

RS485系統(tǒng)通常的故障現(xiàn)象有一下四種：

1）、徹底癱瘓

A、斷電檢測(cè)系統(tǒng)A、B、地之間有無(wú)短路，開(kāi)路現(xiàn)象

B、檢查發(fā)送設(shè)備是否正常。包括計(jì)算機(jī)通訊口選擇、波特率、協(xié)議等等。

C、系統(tǒng)是否增減變動(dòng)。如增加發(fā)送設(shè)備（鍵盤(pán)、DVR）數(shù)量所引起的接線(xiàn)錯(cuò)誤、發(fā)送設(shè)備工作狀態(tài)錯(cuò)誤。必須提到的是，有些發(fā)送設(shè)備是出于“常發(fā)”狀態(tài)，控制住總線(xiàn)，導(dǎo)致其他設(shè)備無(wú)法發(fā)出信號(hào)。例如有些計(jì)算機(jī)RS485卡、DVR、矩陣、鍵盤(pán)等等。在這種情況下，必須采用RS485集線(xiàn)設(shè)備隔離。集線(xiàn)設(shè)備主要是將多路RS485信號(hào)，集中成一路信號(hào)。

D、個(gè)別設(shè)備接口芯片損壞導(dǎo)致總線(xiàn)“箝位”。這種情況可以在發(fā)送設(shè)備有信號(hào)發(fā)出時(shí)，使用外用表直流電壓20V檔分別測(cè)量A-地、B-地之間電壓值，觀察有無(wú)變化。變化應(yīng)該在0.1-0.5V之間。如果無(wú)變化，證明總線(xiàn)被“箝位”了。可以逐片排查，找出故障點(diǎn)。

2）、每次加電一段時(shí)間后癱瘓

這種情況通常發(fā)生在RS485系統(tǒng)無(wú)地線(xiàn)情況下。當(dāng)收發(fā)端或收與收端之間“地電位”不同時(shí)，電位能量從低到高，向低位設(shè)備釋放，由于設(shè)備中電容充電效應(yīng)，使兩邊的“地”電位相同，在此期間內(nèi)工作正常。等到電容被充滿(mǎn)后，兩端的地電位就不同了。系統(tǒng)就無(wú)法正常工作。檢測(cè)這種故障，通常檢查收發(fā)端的數(shù)字地是否連接。數(shù)字地與A、B之間是否有1.5Vac以上交流電壓。

3）、按時(shí)間段、氣候失靈

這種故障是由外界環(huán)境因素引起。通常需要從查找環(huán)境變化著手。例如：供電電源、大功率供電線(xiàn)、發(fā)射電臺(tái)等等。找到原因后，做好屏蔽。對(duì)于氣候影響著重查找總線(xiàn)分支或設(shè)備節(jié)點(diǎn)。尤其是露天節(jié)點(diǎn)處。

4）、時(shí)好時(shí)壞無(wú)規(guī)則

這種故障出在三個(gè)方面。

A、系統(tǒng)“數(shù)字地”有干擾，檢查方法如2）

B、系統(tǒng)中有損壞接口芯片，檢查方法如1）、D

C、系統(tǒng)局部A、B線(xiàn)有斷路，檢查方法如1）、D

五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)注意事項(xiàng)

了解了系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的原因，我們就可以在RS485傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝時(shí)，注意施工規(guī)范避免系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。具體注意事項(xiàng)如下：

1、RS485傳輸中一定采用3線(xiàn)制，即A、B、地線(xiàn)。A、B可以用雙絞線(xiàn)、也可以使用雙芯屏蔽電纜。

2、如果系統(tǒng)接收設(shè)備數(shù)量大于32點(diǎn)時(shí)，要將一個(gè)大系統(tǒng)分割為數(shù)個(gè)子系統(tǒng)。建議每個(gè)子系統(tǒng)不多于24個(gè)接收負(fù)載。各分割的子系統(tǒng)采用光電隔離的RS485隔離器。如圖九。

3、主控室與總線(xiàn)采用光電隔離器。90%的干擾與故障，來(lái)源于控制室與總線(xiàn)之間的“地”

干擾。首先計(jì)算機(jī)、DRV、監(jiān)視器、以及矩陣甚至視頻分配器的供電電源都是三芯線(xiàn)。即L(火線(xiàn))、N（零線(xiàn)）G（地線(xiàn)）。由于電源插板的中心地未接、設(shè)備與電源插板中心地接觸不良，導(dǎo)致設(shè)備外皮帶電。而這些設(shè)備的外皮大多都與視頻地、數(shù)字地相連。從而漏電饋入控制線(xiàn)中。控制室設(shè)備與總線(xiàn)的隔離是必不可少的。