RS485串口通讯电路的保护
RS485使用介绍
摘要 本文介绍一种能利用 RS－485 电气特性和简单的结构方式，采用自定义串 行通信协议，实现单片机 RS－485 多机通讯的方法和技巧。
关键词 单片机，RS－485 总线，总线冲突，串行通信
1 简介 RS－485 串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干
RS－485 的使用
一．一. 485 接口芯片简介 1.一般说明
MAX481/MAX483/MAX485 是用于 RS—485 通信的小功率收发器，它们都含有 一个驱动器和一个接收器。MAX483 的特点是具有限斜率的驱动器，这样可以使 电磁干扰（EMI）减至最小，并减小因电缆终端不匹配而产生的影响，因此可以 高达 250Kbps 的速度无误差的传送数据。MAX481 和 MAX485 的驱动器不是限斜率 的，允许它们以每秒 2.5Mbps 的速度发送数据。这些收发器的工作电流在 120— 500uA 之间。此外 MAX481/MAX483 有一个低电流的关闭方式，在此方式下，它们 仅需要 0.1uA 的工作电流。所以这些收发器只需一个+5V 的电源。
图 4 程序流程图 注：延时 T 秒的取值 (1) 传送地址帧时，T>2X(1/波特率),可以选取 T=2.5X(1/波特率)。 (2) 传送数据帧时，T>1X(1/波特率)，可以选取 T=1.5X(1/波特率)。
三. RS-485 通讯常见问题 1. MAX488/MAX490 在点对点通信中工作很正常，但在点对多点通信时却无法
常用的 RS－485 总线驱动芯片有 SN75174，SN75175，SN75176。SN75176 芯
片有一个发送器和一个接收器，非常适合作为 RS－485 总线驱动芯片。SN75176
RS485——精选推荐
RS485通信协议RS485接口原理图RS485接口RS485采用差分信号负逻辑2V6V表示“1”- 6V- 2V表示“0”。
RS485有两线制和四线制两种接线四线制是全双工通讯方式两线制是半双工通讯方式。
在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式即一个主机带多个从机。
很多情况下连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。
而忽略了信号地的连接这种连接方法在许多场合是能正常工作的但却埋下了很大的隐患这有二个原因1共模干扰问题RS-485接口采用差分方式传输信号的方式并不需要相对于某个参照点来检测信号系统只需检测两线之间的电位差就可以了。
因此往往忽视了收发器有一定的共模电压范围RS-485收发器共模电压范围为-712V只有满足上述条件整个网络才能正常工作。
当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠甚至损坏接口。
2EMI问题发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路如没有一个低阻的返回通道信号地就会以辐射的形式返回源端整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
RS485同RS232连接由于PC机默认的只带有RS232接口有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路1通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌、带隔离珊的产品。
2通过PCI的串口卡可以直接选用输出信号为RS485类型的扩展卡。
RS485电缆在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线反之在高速、长线传输时则必须采用阻抗匹配一般为120Ω的RS485专用电缆STP-120Ωfor RS485 CANone pair 18 AWG而在干扰恶劣的环境下还应需铠装、双绞屏蔽电缆ASTP-120ΩforRS485 CAN one pair 18 AWG。
在使用RS485接口时对于特定的传输线路从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所影响。
RS485串口通讯电路的保护
RS485串口通讯电路的保护串口通讯一般采用RS－485或RS-422通讯方式。
该通讯方式技术成熟、通讯过程稳定可靠、传输距离最远可达1200M。
本设计选用MAX485作为RS-485通讯芯片。
MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。
是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。
驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。
收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120uA-500uA之间。
采用单一电源+5 V 工作，额定电流为300 μA，采用半双工通讯方式。
它完成将TTL电平转换为RS －485电平的功能。
MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。
RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。
在与单片机连接时接线非常简单。
只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。
同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。
在系统工作中，通讯的稳定性、可靠性是至关重要的。
然而，往往外部设备数量较多，分布距离较远，现场干扰信号的不可预测性、没有固定性对于通讯都会有相当大的影响。
如果简单的通讯电路设计在现场工作中可能出现2种问题。
一、接收数据可靠性问题。
二、多机通讯方式下，一个节点的故障可能导致整个系统通讯框架崩溃。
由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，本设计电路如上图所示。
D8为防反向二极管，当本机电源关闭，外部电源不会通过信号线到VCC，避免CPU因低压处于休眠状态。
RS485通讯布线要求及故障处理方法
RS485通讯布线要求及故障处理方法作者：金典高科（北京）科技有限公司时间：2010-04-26 阅读次数:11323RS485总线是一种用于设备联网的经济型的传统的工业总线方式。
通讯质量是需要根据施工经验进行测试和调试的。
485通讯的传输线路为DATA+(TDA)接DATA+，DATA-(TDB)接DATA-，SG接SG（信号地通常没有接，在多数情况下，通讯也能正常，但在现场有共模干扰存在时，可能会出现发出的字符出现在接受缓冲区内的现象，因此根据现场必要时应接上信号地线并良好的接地，可以确保设备被雷击、浪涌冲击、静电累计时可以配合设备的防雷设计较好地释放能量，保护485总线设备和相关芯片不受伤害）。
1.施工前准备充足：凡事预则利，施工前做好充分的准备工作往往可使工程更好的完成，达到事半功倍的效果。
1）.常用工具准备：万用表、电烙铁、剥线钳、备用232-485转换器。
2）.备用工具准备：串口调试软件、备用长距离通讯线（普通）。
3）.现场勘察准备：在施工前要了解清楚现场各方面情况，有无大型变压、高频、无线、射频等电磁干扰源，如果有将要在特定的地方采用相关的对应措施，包括控制的距离、布线的难易度及通讯的维护等预计出大概的线路。
2.布线要求：1）.线材要求：布线要求布多股屏蔽双绞线：多股是为了备用，可以减少以后工程维护量。
屏蔽是为了出现特殊情况时调试，像现场干扰大时可以用屏蔽线作为地线连接，减少外界电磁干扰。
双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性能最好。
我们推荐用的屏蔽双绞线的型号为RVSP4*0.5（四芯屏蔽双绞线，每芯由16股的0.2mm的导线组成(RVSP4*0.5)）。
注意：工程商大都习惯采用5类网线或超5类网线作为485通信线，这是错误的。
因为： A.普通网线没有屏蔽层，不能防止共模干扰。
B.网线只有0.2mm平方，线径太细，会导致传输距离降低和可挂接的设备减少。
C.网络线为单股的铜线，相比多芯线而言容易断裂。
RS485故障与解决办法
在当今信息通讯高速发展的阶段,人们在充分享受网络给人类带来的喜悦。
随着网络的普及与发展,使得各种控制设备网络化成为可能。
自动化监控、安全防护、门禁考勤及工业自动化系统得到迅速普及与应用。
在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中,RS-485系统总线因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域,随着RS485总线系统的广泛应用,RS485总线系统也越来越大,RS485总线外挂的485设备越来越多,从而导致485总线的稳定性越来越差。
现在市场上已经有可以负载128,256台甚至400台485设备的转换器,由于485总线使用总线连接形式,形成如果有一个485设备出现问题,就导致整个485总线出现问题的现象。
所以从485总线的稳定性来说,当设备达到一定数量的时候,从概率上分析,假设485总线上的485设备的无差错时间为99、9％,当有128个485设备在一个总线上时,其无差错时间就就是99、9％的128次方,其无差错时间讯速降为87、98％,再有RS-485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷,一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行稳定性及可靠性至关重要。
现在将485总线容易出现故障的情况并且可以排除这些故障的方法罗列如下:一、由于485信号使用的就是一对非平衡差分信号,意味485网络中的每一个设备都必须通过一个信号回路连接到地,以减少数据线上的噪音,所以数据线最好由双绞线组成,并且在外面加上屏蔽层作为地线,将485网络中485设备连接起来,并且在一个点可靠接地。
对于由分散式工业控制设备结合RS-485微系统组建的测控网络,应优先采用各微系统独立供电方案,最好不要采用一台大电源给微系统并联供电,同时电源线(交直流)不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。
RS-485信号线宜选用截面积0.75mm2以上双绞线而不就是平直线。
485rtu通讯协议
RS-485通信协议说明采用国际标准modbus数字通信协议，可与世界上任意一款组态软件对接。
通过RS-232或485串行接口可与计算机组成多点温湿度测量系统。
二、主要技术指标注：具体功能请以“”为准三、通讯说明可通过标准DB-9接口与计算机串口相连，当传输距离为15米时，码元畸变率仅为4%；当通过标准485-232转换接口与计算机串口相连，在传输距离为1500米时码元畸变率小于等于4%，严格复合EIA(美国电子工业协会)串行总线标准。
通过标准的RS232或RS422/485通讯口，可直接接计算机通讯，国际标准MODBUS-RTU通讯协议：在使用组态软件时，须选用的设备为MODICON(莫迪康)的PLC，MODBUS-RTU地址型。
数据为整型16位。
支持MODBUS协议03H、04H、06H指令（03H、06H读写参数，04H读测量值)，参数寄存器地址：参数设定范围出厂默认值通讯指令地址温度测量值/ / 04H 00H 湿度测量值/ / 04H 01H 本机地址0-255 1 03H，06H 00H 通讯波特率300-19200 9600 03H，06H 01H 湿度平移修正-20.0-20.0 0.0 03H，06H 67H ●基本参数波特率9600 数据格式：8位校验位无停止位1位数据默认1位小数，例如109表示10.9●帧结构●消息交互模式●功能码及消息结构使用Modbus协议的公共功能码功能码0X04功能说明读串口数据消息格式读串口数据主机读数据格式开始从机地址命令寄存器地址读数个数CRC校验≥5ms延迟1字节0x04 0x0000 0x0002 0xXXXX说明：读数个数是指主机需要在从机读回的数据个数，0001表示只读温度，0002表示读回温湿度两个数，温度在前，湿度在后；从机返回数据格式开始从机地址命令返回字节数温度值（高位在前，低位在后）湿度值（高位在前，低位在后CRC校验(高位在前，低位在后)≥5ms延迟1字节0X04 0x02 0x0000 0x0000 0xXXXX例1：读取温度测量值（测量值=260）发送数据为:01 04 00 00 00 01 31 CA其中，01是本机地址，04是通讯指令，00 00是寄存器起始地址，00 01表示读一个数，31 CA 是校验码。
分享一个RS485收发自动切换的电路，直接用TXD信号通过NPN
分享一个RS485收发自动切换的电路，直接用TXD信号通过
NPN
分享一个RS485收发自动切换的电路，直接用TXD信号通过NPN三极管反向控制485芯片的收发信号脚。
这个电路可以节省一个端口，编程也可以省很多事情。
网上很多老铁们说这个电路会降低通讯波特率，我实测效果很好，115200速率下工作很稳定，很多485芯片支持最高的速率也就这个水平。
下面看看这个电路是如何做到收发自动切换的。
首先看接收数据的控制。
串口空闲的时候，TXD是1，经过三极管反向后为0，因此485芯片处于接收状态，也就是说不发送数据时，485芯片总是处于接收状态，解决了接收的问题。
再看看发送是如何控制的。
当发送0时，TXD为0，经过三极管取反后为1，485芯片为发送状态，可以将0发送出去。
当发送1时，TXD为1，经过三极管取反后为0，485芯片处于接收状态，分析到这里的时候，昨天我们在办公室里面，有小伙伴就说发送不了1，但是实际是可以的，大家认为呢。
RS232、RS485、RS422电平,及常见逻辑电平标准
RS232、RS485、RS422电平，及常见逻辑电平标准RS232电平或者说串口电平，有的甚至说计算机电平，所有的这些说法，指得都是计算机9针串口（RS232）的电平，采用负逻辑，－15v ~ －3v 代表1＋3v ~ ＋15v 代表0RS485电平和RS422电平由于两者均采用差分传输（平衡传输）的方式，所以他们的电平方式，一般有两个引脚 A,B发送端 AB间的电压差＋2 ～＋6v 1－2 ～－6v 0接收端 AB间的电压差大于＋200mv 1小于－200mv 0定义逻辑1为B>A的状态定义逻辑0为A>B的状态AB之间的电压差不小于200mv一对一的接头的情况下RS232 可做到双向传输，全双工通讯最高传输速率 20kbps422 只能做到单向传输，半双工通讯，最高传输速率10Mbps485 双向传输，半双工通讯, 最高传输速率10Mbps常见逻辑电平标准下面总结一下各电平标准。
和新手以及有需要的人共享一下^_^.现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的 LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。
下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。
TTL：Transistor-Transistor Logic 三极管结构。
Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。
因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。
所以后来就把一部分“砍”掉了。
也就是后面的LVTTL。
LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(Low Voltage TTL)。
3.3V LVTTL：Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。
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RS485串口通讯电路的保护
串口通讯一般采用RS－485或RS-422通讯方式。
该通讯方式技术成熟、通讯过程稳定可靠、传输距离最远可达1200M。
本设计选用MAX485作为RS-485通讯芯片。
MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。
是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。
驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。
收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120uA-500uA之间。
采用单一电源+5 V 工作，额定电流为300 μA，采用半双工通讯方式。
它完成将TTL电平转换为RS －485电平的功能。
MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。
RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。
在与单片机连接时接线非常简单。
只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。
同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。
在系统工作中，通讯的稳定性、可靠性是至关重要的。
然而，往往外部设备数量较多，分布距离较远，现场干扰信号的不可预测性、没有固定性对于通讯都会有相当大的影响。
如果简单的通讯电路设计在现场工作中可能出现2种问题。
一、接收数据可靠性问题。
二、多机通讯方式下，一个节点的故障可能导致整个系统通讯框架崩溃。
由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，本设计电路如上图所示。
D8为防反向二极管，当本机电源关闭，外部电源不会通过信号线到VCC，避免CPU因低压处于休眠状态。
为防止输入信号过流，在485信号输出端串联了2个X60-100的可恢复性保险丝X2、X3，X60-100保险丝在低于100mA时阻值为4.5欧姆，当电流高于100mA成高阻抗，耐压最高可达60V。
如果线路中某台分机的485芯片被击穿短路，其他分机通讯也不会受到影响。
在应用系统工程的现场施
工中，由于通讯载体是双绞线，他的特性阻抗为120欧姆，所以在485网络线的始端接有120欧姆的电阻R16，以减少线路传输信号的反射。
由于MAX-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV 时，输出为不确定。
如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。
解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样RXD的电平在MAX485总线不发送期间，即总线空闲时呈现唯一的高电平，单片机就不会被误中断而收到乱字符。
通过在MAX485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R15、R17，即可很好地解决这个问题。
D2、D3、D4、D5、D6、D7是6V8稳压管组成的吸收回路，当有瞬间又浪涌具有抑制作用。
HB1、HB2、HB3、HB4、是磁珠，磁珠的主要原料为铁氧体。
铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。
铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。
电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。
对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。
磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。
因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。
当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。
在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。
在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
本电路设计中采用HB系列磁珠，该系列磁珠广泛应用于信号滤波中D2、D3、D4、D5、D6、D7为，与C7、C8组成的滤波电路具有吸收静电放电脉冲干扰的能力和滤除高频干扰的作用。