提高RS-485總線可靠性的幾種方法及常見故障處理

　　三、提高RS-485通信效率
　　
　　RS-485通常應(yīng)用于一對(duì)多點(diǎn)的主從應(yīng)答式通信系統(tǒng)中，相對(duì)于RS-232等全雙工總線效率低了許多，因此選用合適的通信協(xié)議及控制方式非常重要。
　　
　　1、總線穩(wěn)態(tài)控制（握手信號(hào)）
　　
　　大多數(shù)使用者選擇在數(shù)據(jù)發(fā)送前1ms將收發(fā)控制端TC置成高電平，使總線進(jìn)入穩(wěn)定的發(fā)送狀態(tài)后才發(fā)送數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)發(fā)送完畢再延遲1ms后置TC端成低電平，使可靠發(fā)送完畢后才轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。據(jù)筆者使用TC端的延時(shí)有4個(gè)機(jī)器周期已滿足要求； 　　

　　2、為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，對(duì)每個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)盡量減少特征字和校驗(yàn)字
　　
　　慣用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)碼、尾碼組成，每個(gè)數(shù)據(jù)包長度達(dá)20~30字節(jié)。在RS-485系統(tǒng)中這樣的協(xié)議不太簡練。推薦用戶使用MODBUS協(xié)議，該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)中。
　　
　　四、RS-485接口電路的電源、接地
　　
　　對(duì)于由MCU結(jié)合RS-485微系統(tǒng)組建的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)優(yōu)先采用各微系統(tǒng)獨(dú)立供電方案，最好不要采用一臺(tái)大電源給微系統(tǒng)并聯(lián)供電，同時(shí)電源線（交直流）不能與RS -485信號(hào)線共用同一股多芯電纜。RS-485信號(hào)線宜選用截面積0.75mm2以上雙絞線而不是平直線。對(duì)于每個(gè)小容量直流電源選用線性電源LM7805比選用開關(guān)電源更合適。當(dāng)然應(yīng)注意LM7805的保護(hù)：
　　
　　1、LM7805輸入端與地應(yīng)跨接220~1000μF電解電容；
　　
　　2、LM7805輸入端與輸出端反接1N4007二極管；
　　
　　3、LM7805輸出端與地應(yīng)跨接470~1000μF電解電容和104pF獨(dú)石電容并反接1N4007二極管；
　　
　　4、輸入電壓以8~10V為佳，最大允許范圍為6.5~24V?？蛇x用TI的PT5100替代LM7805，以實(shí)現(xiàn)9～38V的超寬電壓輸入。
　　
　　五、光電隔離
　　
　　在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當(dāng)共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于－7V時(shí)，接收器就再也無法正常工作了，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。
　　
　　解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離；通過光耦將信號(hào)隔離，徹底消除共模電壓的影響。實(shí)現(xiàn)此方案的途徑可分為：
　　
　　1、用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構(gòu)筑電路；
　　
　　2、使用二次集成芯片，如PS1480、MAX1480等。
　　
　　六、RS-485系統(tǒng)的常見故障及處理方法
　　
　　RS-485是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，但是穩(wěn)定性弱同時(shí)相互牽制性強(qiáng)，通常有一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。故向讀者介紹一些維護(hù)RS-485的常用方法。
　　
　　1、若出現(xiàn)系統(tǒng)完全癱瘓，大多因?yàn)槟彻?jié)點(diǎn)芯片的VA、VB對(duì)電源擊穿，使用萬用表測(cè)VA、VB間差模電壓為零，而對(duì)地的共模電壓大于3V，此時(shí)可通過測(cè)共模電壓大小來排查，共模電壓越大說明離故障點(diǎn)越近，反之越遠(yuǎn)；
　　
　　2、總線連續(xù)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)不能正常工作。一般是由其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致的。一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障會(huì)導(dǎo)致鄰近的2～3個(gè)節(jié)點(diǎn)（一般為后續(xù)）無法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節(jié)點(diǎn)脫離后總線能恢復(fù)正常，說明該節(jié)點(diǎn)故障；
　　
　　3、集中供電的RS-485系統(tǒng)在上電時(shí)常常出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)不正常，但每次又不完全一樣。這是由于對(duì)RS-485的收發(fā)控制端TC設(shè)計(jì)不合理，造成微系統(tǒng)上電時(shí)節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)混亂從而導(dǎo)致總線堵塞。改進(jìn)的方法是將各微系統(tǒng)加裝電源開關(guān)然后分別上電；
　　
　　4、系統(tǒng)基本正常但偶爾會(huì)出現(xiàn)通信失敗。一般是由于網(wǎng)絡(luò)施工不合理導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性處于臨界狀態(tài)，最好改變走線或增加中繼模塊。應(yīng)急方法之一是將出現(xiàn)失敗的節(jié)點(diǎn)更換成性能更優(yōu)異的芯片；
　　
　　5、因MCU故障導(dǎo)致TC端處于長發(fā)狀態(tài)而將總線拉死一片。提醒讀者不要忘記對(duì)TC端的檢查。盡管RS-485規(guī)定差模電壓大于200mV即能正常工作。但實(shí)際測(cè)量：一個(gè)運(yùn)行良好的系統(tǒng)其差模電壓一般在1.2V左右（因網(wǎng)絡(luò)分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.8~1.5V范圍內(nèi)）。