4芯24AWG通訊電纜MODBUS總線RS485

 1 問題的提出
在應(yīng)用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個研發(fā)機構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間系統(tǒng)簡圖如圖1所示
       由于實際應(yīng)用系統(tǒng)中，往往分散控制單元數(shù)量較多，分布較遠(yuǎn)，現(xiàn)場存在各種干擾，所 以通信的可靠性不高，再加上軟硬件設(shè)計的不完善，使得實際工程應(yīng)用中如何保障RS-485總線的通信的可靠性成為各研發(fā)機構(gòu)的一塊心病
在使用RS-485總線時如果簡單地按常規(guī)方式設(shè)計電路，在實際工程中可能有以下兩個問題出現(xiàn)一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多機通信方式下，一個節(jié)點的故障（如死機），往往會使得整個系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難
針對上述問題，我們對485總線的軟硬件采取了具體的改進(jìn)措施
2 硬件電路的設(shè)計
現(xiàn)以8031單片機自帶的異步通信口，外接75176芯片轉(zhuǎn)換成485總線為例其中為了實現(xiàn)總線與單片機系統(tǒng)的隔離，在8031的異步通信口與75176之間采用光耦隔離電路原理圖如圖2所示
充分考慮現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，在電路設(shè)計中注意了以下三個問題
2.1 SN75176 485芯片DE控制端的設(shè)計
由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機與分機相隔較遠(yuǎn)，通信線路的總長度往往超過400米，而分機系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個時刻完成如果在此時某個75176的DE端電位為“１”，那么它的485總線輸出將會處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機就無法與 主機進(jìn)行通信這種情況尤其表現(xiàn)在某個分機出現(xiàn)異常情況下（死機），會使整個系統(tǒng)通信崩潰因此在電路設(shè)計時，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時75176的DE端電位為“0"由于8031在復(fù)位期間，I/O口輸出高電平，故圖2電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機“咬”總線的問題
2.2 隔離光耦電路的參數(shù)選取
在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于要對現(xiàn)場情況進(jìn)行實時監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高（通常都在4800波特以上）限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機系統(tǒng)進(jìn)行信號隔離的光耦電路上此處采用TIL117電路設(shè)計中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計，使之能工作在狀態(tài)例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異，這一點在電路設(shè)計中要特別慎重，不能隨意，通?？梢杂蓪嶒瀬矶?/span>
2.3 485總線輸出電路部分的設(shè)計
輸出電路的設(shè)計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的485芯片（如SN75LBC184等）
考慮到線路的特殊情況（如某一臺分機的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機的通信受到影響，在75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個20Ω的電阻R10、R11這樣本機的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響
在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，所以線路設(shè)計時，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻（如圖2中R8），以減少線路上傳輸信號的反射
由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為± 200mV，即差分輸入端VA－VB ≥ +200mV，輸出邏輯1，VA－VB ≤－200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的值小于200mV 時，輸出為不確定如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器輸出邏輯0，這會誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常解決這個問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位，這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間（總線懸浮時）高電平，8031單片機就不會被誤中斷而收到亂字符通過在485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻R7、R9，即可很好地解決這個問題

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