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的基礎上，疊加了其他非希望傳輸?shù)男盘枴Ｔ诂F(xiàn)實表現(xiàn)中就是無法鑒別或者無法準確穩(wěn)定的識別（原始）有用信號。一般說來，在我們傳輸信號過程中都會產(chǎn)生干擾，近到數(shù)毫米(設備內(nèi))至遙遠太空的數(shù)以千萬公里。干擾信號都無時不在的存在著。

做工程項目中所認為信號干擾的時候，正是在接收設備無法識別或超過系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定識別指標的時候。哪么如果我們保證干擾信號永遠低于一定值，使之不會影響到原始信號傳輸時，就達到了我們的目的。

一、干擾的種類

RS485信號以長距離、多用戶、抗（共模）干擾著稱。但在現(xiàn)實情況下，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RS485線路干擾問題，當然最直觀的解釋就是沒有按照施工規(guī)范來做。但是一但按照繁復施工規(guī)范來做，對于目前國情和行業(yè)現(xiàn)狀（造價與專業(yè)技術人員素質(zhì)）來講，都是比較有挑戰(zhàn)的。RS485信號通常會遇到干擾，如果按照干擾出現(xiàn)的頻繁度來排隊的話大致應該分為四種：

第一種就是強共模干擾。這種情況很像圖像傳輸中所說的"地干擾"。由于接收設備在不同地點，直接或間接接地，造成信號線與"本設備地"或"本設備數(shù)字地"之間的交流（通常是50赫茲）信號超標所造成。表現(xiàn)接收為時有時無，甚至一直無法接收。更有甚者，收發(fā)相距一米便無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收。

第二種是匹配干擾。來源于系統(tǒng)負載匹配不合理。例如：信號線過長，過多（長距離）星形接線，過多的負載、無系統(tǒng)匹配電阻等等，導致系統(tǒng)時好時壞無法穩(wěn)定工作。

第三種是硬件故障。一般是線路中有串入高電壓的歷史（雷擊、漏電），導致系統(tǒng)個別設備的RS485轉(zhuǎn)換器片出現(xiàn)問題，影響了全局的接收。

第四種是線路故障，例如局部短路、信號線有一根斷路這種情況經(jīng)常會使系統(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)了常見干擾的現(xiàn)象，下面將依次按照四種現(xiàn)象順序分析導致干擾的原因和判斷系統(tǒng)存在那一種干擾的方法。

首先先解釋幾個概念：

數(shù)字地--- 收發(fā)設備的信號地。通常與信號之間的直流電壓為0-5伏

大地 --- 設備當?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)設備之間的數(shù)字地連接

直接接地---設備或系統(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---設備通過設備外皮、線纜與大地漏電或下一級設備（比如攝像機視頻地）的地非良好間接，這種接地通常表現(xiàn)為直接無法用萬用表測量出連接通斷。

1）、強共模干擾

如果談起這種干擾，首先要簡單的介紹一下RS485工作原理和基本指標。RS485接口，外部接口由三個端子組成，分別是：A、B、G有的設備標為T+、 T-、G。信號在傳輸過程中采用差分方式，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B為0V，A為0V時B為5V。

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

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由于以上原因，當A、B兩點的信號都高于5.5V或低于-0.5V時，A、B兩點的信號相同，無差分值。此時接收到的信號無法確認。在現(xiàn)場施工情況下，通常RS485控制線會采用一根雙絞線。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信號疊加在一個交流信號上。當疊加值小于-0.5V或大于+5.5V時，數(shù)據(jù)就會出現(xiàn)錯誤。因此可以計算出理論上的共模干擾信號必須小于 5V/1.414=3.5Vac。但是實際情況下應該遠低于此值。根據(jù)經(jīng)驗，這個值應該低于1.5Vac以下。

強共模干擾通常分為兩種情況：

第一種、用電設備供電插座中心接地點接觸不好，或者中心抽頭懸空。由于收發(fā)設備的前級或后級設備通常有圖二的接線方式。也就是說交流電源供電端L、N之間對G之間有一個小電容，以釋放L、N對大地之間的瞬間高電壓，而G通常接設備外殼。如果G很好的接大地（通常規(guī)范建筑電源已經(jīng)接好），哪么設備的外殼將有效接地。通常設備的外殼也是數(shù)字地、同時也是視頻地。如果G端點未接地，這時G點的電壓應該是對地110Vac。這時，如果系統(tǒng)中有間接接地的點，哪么G端點的電壓將突破一切阻攔（通常是設備元器件和絕緣）對地放電。此時重者，將損壞設備元器件從而摧毀設備。輕者將對線路中的信號產(chǎn)生較大干擾或損傷元器件。如圖三
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第二種收發(fā)設備分別接大地良好，由于收發(fā)兩地存在交流電位差（通常由于變電站設備自身接大地以及大功率用電設備直接接地導致）如圖一。這種干擾雖然電壓通常只有幾伏，但是有可能通過信號線產(chǎn)生較大電流，并燒毀設備、或信號線。從施工角度這種干擾一般不會發(fā)生。

這兩種方法的測量，可以采用萬用表交流電壓檔測量，嚴重時可能150-160Vac ,一般也會在1.5Vac以上。對于小于1.5Vac的一般可以允許。否則將引起信號傳輸不穩(wěn)定。如圖四

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2）、匹配干擾

在實際施工中RS485通常都是使用一根雙絞線或屏蔽雙絞線，按照并接、星形+并接以及手拉手形式連接。一條線路上一共并接32個以內(nèi)的接收端。盡管許多芯片具有64或128個負載能力，但是大多是通過降低輸入電阻，提高靈敏度等方式來實現(xiàn)。通常這是個理論值。在實際應用中由于各負載以及布線因素很難保證在這個指標下穩(wěn)定工作。

標準的RS485的負載是12K歐姆，在9600BPS下傳輸距離為1200米。理想的連接方式是俗稱手拉手方式如圖五。
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這種方式接線明確，沒有分支線?？梢郧宄愠鼍€纜是否超出指標（例如1200米）。拉手方式實際就是在接收設備內(nèi)部做出兩個相同的A接線端和B接線端，在設備上標出輸入輸出，如圖六。
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其主要優(yōu)勢將分支線縮到最短（毫米級）。劣勢也能比較明顯，就是最末一個點到控制室的距離最長。如果有離開主干線一段距離的兩個方向的點，那么，用這種方式需要增加一倍的分支線纜如圖七。
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這種方式主要要注意連接距離是否超出范圍，負載數(shù)量不能超過系統(tǒng)指標。建議子系統(tǒng)不要超過32點。對于有些設備所說64、128點的情況，應該考慮施工現(xiàn)場的具體情況（漏電、接地）來定。由于設備接口對于系統(tǒng)來講，并不是無源純電阻性的負載，他可能把本地的一些干擾引入系統(tǒng)，總的來說系統(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。

另外一種常用布線方式就是星形布線。星形布線可以節(jié)省線纜，但是，帶來的問題就是，信號反射。由于星形布線比較手拉手方式增加了許多節(jié)點，使信號在總線上的傳輸復雜化，信號遇到節(jié)點都會產(chǎn)生反射，因此星形連接使信號在系統(tǒng)上的傳輸效果很難預計。同時系統(tǒng)出現(xiàn)多個終點。對于匹配的終端電阻，就很難加入。終端電阻的目的是匹配線路，吸收反射，這就可能使加入終端電阻的子網(wǎng)絡工作正常，其他子網(wǎng)絡無法匹配。

這種干擾的檢測可以通過線纜長度、負載數(shù)量、終端電阻是否連接來判斷。對于星形布線來說，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)絡串入高電壓等原因，導致局部某個或某些接收設備的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。就是將系統(tǒng)分支或遠端總線去掉，逐一添加，找出有問題的分支，再判斷是哪個接收端出問題。對于問題比較多的系統(tǒng)，這種方法可能會重復幾次，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，與正常芯片相差無幾。只是負載偏大，更脆弱一些。經(jīng)常會在工作一段時間內(nèi)，莫名奇妙的損壞。這種故障相對比較難處理。

4）、線路故障

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)就會局部或整體不正常工作。這種故障通常表現(xiàn)為總線短路和總線中（A、B線）有一條斷路。短路時會影響短路點附近和短路點以后的接收設備正常接收，而且使用萬用表也可以很容易的判斷。而某一條線開路則使開路點以后的設備的A、B輸入總某一路開路。由于開路端接收設備的漏電因素各感應點因素，很可能使這個端口的電位處于交變浮動況態(tài)。當交變幅度較小時，可能不會有什么影響，當幅度較大時就可能無法工作如圖八。
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另外這種浮動收當?shù)?ldquo;地電位”或用電負載的變化所影響因此會出現(xiàn)時好時壞、某一時間段無法正常接收等問題。這種問題一般都是施工者前期施工時疏忽所致。有的情況下，這種疏忽會在數(shù)年以后才顯現(xiàn)出來。而檢查起來相對比較簡單?？梢栽谙到y(tǒng)斷電的情況下用萬用表進行電阻測量就可以判斷。檢查過程中，要了結(jié)合線路的路由情況和終端電阻的情況來判斷。

三、RS485故障現(xiàn)場綜合判斷

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

1、固定規(guī)則著手排查

通常的監(jiān)測有三種方法：

1） 檢查A、B線是否短路或者與其他線路短路。這種檢測通常需要在整個系統(tǒng)停電下進行。通常檢測A、B之間電阻，A、B分別對數(shù)字地之間電阻。當某一個分支不受控時還要單獨檢查這個分支的這幾項電阻值。在檢測中要考慮一下因素：終端電阻（120-200歐），線纜電阻（0.5RVV線4-5歐姆/百米-雙線、超5類線20-25歐姆/百米-雙線）、接收負載電阻（每個接收端12000歐姆）。通過計算測量值，判斷是否有短路、斷路現(xiàn)象。

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

3） 代換方法確認個別設備的損壞。由于個別設備的損壞，導致個別設備不受控或系統(tǒng)不穩(wěn)定。這種情況發(fā)生時，可以先根據(jù)路由，將系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，逐個子系統(tǒng)摘除或加入系統(tǒng)。確認故障系統(tǒng)后，再將該子系統(tǒng)進一步分解排查。

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、斷電檢測系統(tǒng)A、B、地之間有無短路，開路現(xiàn)象

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

C、系統(tǒng)是否增減變動。如增加發(fā)送設備（鍵盤、DVR）數(shù)量所引起的接線錯誤、發(fā)送設備工作狀態(tài)錯誤。必須提到的是，有些發(fā)送設備是出于“常發(fā)”狀態(tài)，控制住總線，導致其他設備無法發(fā)出信號。例如有些計算機RS485卡、DVR、矩陣、鍵盤等等。在這種情況下，必須采用RS485集線設備隔離。集線設備主要是將多路RS485信號，集中成一路信號。

D、個別設備接口芯片損壞導致總線“箝位”。這種情況可以在發(fā)送設備有信號發(fā)出時，使用外用表直流電壓20V檔分別測量A-地、B-地之間電壓值，觀察有無變化。變化應該在0.1-0.5V之間。如果無變化，證明總線被“箝位”了?？梢灾鹌挪椋页龉收宵c。

2）、每次加電一段時間后癱瘓

這種情況通常發(fā)生在RS485系統(tǒng)無地線情況下。當收發(fā)端或收與收端之間“地電位”不同時，電位能量從低到高，向低位設備釋放，由于設備中電容充電效應，使兩邊的“地”電位相同，在此期間內(nèi)工作正常。等到電容被充滿后，兩端的地電位就不同了。系統(tǒng)就無法正常工作。檢測這種故障，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、發(fā)射電臺等等。找到原因后，做好屏蔽。對于氣候影響著重查找總線分支或設備節(jié)點。尤其是露天節(jié)點處。

4）、時好時壞無規(guī)則

這種故障出在三個方面。

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線有斷路，檢查方法如1）、D

五、系統(tǒng)設計、安裝時注意事項

了解了系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因，我們就可以在RS485傳輸系統(tǒng)設計、安裝時，注意施工規(guī)范避免系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)。具體注意事項如下：

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

2、如果系統(tǒng)接收設備數(shù)量大于32點時，要將一個大系統(tǒng)分割為數(shù)個子系統(tǒng)。建議每個子系統(tǒng)不多于24個接收負載。各分割的子系統(tǒng)采用光電隔離的RS485隔離器。如圖九。

3、主控室與總線采用光電隔離器。90%的干擾與故障，來源于控制室與總線之間的“地”

干擾。首先計算機、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。即L(火線)、N（零線）G（地線）。由于電源插板的中心地未接、設備與電源插板中心地接觸不良，導致設備外皮帶電。而這些設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中?？刂剖以O備與總線的隔離是必不可少的。