基于Modbus協(xié)議的串口通訊程序——(RS485總線系統(tǒng)應用之3)

在工業(yè)測控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信中，需要利用計算機通過串行接口與測控網(wǎng)中的設(shè)備進行數(shù)據(jù)或命令傳輸。截止到目前為止，被廣泛應用的串行通信接口有RS-232、RS-485/422等。

RS-232是最早的串行接口，應用于低波特率的串行通信。RS-232采取的是單端不平衡傳輸方式，其收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號都是相對于地信號的，所以共模抑制能力差。再加上雙絞線分布電容的影響，其最大傳輸距離僅為15米，最高傳輸速率只有20kbit/s(=2560Byte/s)，并且只支持點對點通信。

為克服RS-232串口的通信距離短、波特率低的缺點，后來推出了RS-485/422接口標準(以下簡稱485總線)。由于485總線的先進性，很快在工業(yè)測控等領(lǐng)域得到了廣泛地應用。

2. 485總線的特點

485總線采用了平衡發(fā)送和差分接收接口標準。在發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號由A、B兩線輸出，經(jīng)過雙絞線傳輸?shù)浇邮斩撕螅賹⒉罘中盘栠€原成TTL電平信號。因此具有極強的抗共模干擾能力，加之總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV的電壓。故傳輸信號經(jīng)過千米以上的衰減后都可以完好恢復。在100kbit/s的傳輸速率下，通信距離可以達到1200米左右。如果通信距離較短，其最大傳輸速率可達10Mbit/s。如果需傳輸更長的距離，需要增加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點數(shù)據(jù)通信。RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個節(jié)點串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器。RS-485/422總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到256個節(jié)點或更多。

3. 485總線布線規(guī)則

為了避免數(shù)據(jù)傳輸錯誤，在485總線的布線設(shè)計和施工中，應特別注意以下幾點：

　　①.由于485總線傳送的是一對差分信號，485網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸線最好采用外加屏蔽層的雙絞線，屏蔽層應在一個點可靠接地。

　?、?在工業(yè)現(xiàn)場應用中，如果現(xiàn)場干擾源非常復雜，各節(jié)點之間可能存在很高的共模電壓。雖然485接口使用的是差分傳輸方式，具有抗共模干擾能力。但是當共模電壓大于+12V或者小于-9V時，就超過了485接收器的極限接收電壓，接收器將無法工作，甚至可能燒毀芯片和設(shè)備。此時，應在485總線網(wǎng)絡(luò)中使用485光隔離中繼器，從而消除共模電壓的影響。

　　③.隨著傳輸距離的延長，485總線網(wǎng)絡(luò)上會產(chǎn)生回波反射信號。如果485總線的傳輸距離超過100米，建議在485網(wǎng)絡(luò)的開始端和結(jié)束端并接120Ω電阻。

　?、?一般應采用手牽手的總線拓撲結(jié)構(gòu)。最好不要采用星型拓撲結(jié)構(gòu)。否則會產(chǎn)生反射信號，影響通信質(zhì)量。要盡量減少節(jié)點設(shè)備與主干線路之間的距離，如果在實際應用中必須距離較遠，應使用485中繼器接出一個485總線的分支。如果實際應用中一定要使用星型拓撲結(jié)構(gòu)，則必須使用485集線器。

⑤.必須重視485總線的負載能力，影響負載能力的因素有：接在主計算機串口的485轉(zhuǎn)換器的供電能力，通訊距離，485數(shù)據(jù)線材的品質(zhì)，波特率等。

無源型的485轉(zhuǎn)換器是從計算機的串口竊電，供電力較差，帶負載能力不足。如果485網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備比較多，應使用帶電源的485轉(zhuǎn)換器。選用好的485專用通訊線纜，盡可能使用低的波特率。使用485中繼器或者485集線器，都可以提高485總線的負載能力。

4. 485總線布線方法

在485總線的簡單應用中，一般采用總線型的拓撲結(jié)構(gòu)布線方式。但是在比較復雜的系統(tǒng)中，總線型拓撲結(jié)構(gòu)的布線施工不但非常繁瑣，而且還浪費了大量的連線。靈活利用485集線器或485中繼器，可以將總線型的拓撲結(jié)構(gòu)連接成星形或樹型的拓撲結(jié)構(gòu)。大大的方便了前期施工和后期的維修工作。

485總線星形拓撲結(jié)構(gòu)

485總線樹型拓撲結(jié)構(gòu)

5. 120Ω電阻的連接方法

在485總線的實際應用中，當傳輸距離超過一定的長度時，總線的抗干擾能力就會出現(xiàn)下降，在這種情況下，就要在485總線的首尾兩端接入120歐姆的終端匹配電阻，以保證485總線的穩(wěn)定性。