工控系统中的RS485通讯接口设计
RS485串行通信电路设计
RS485串行通信电路设计RS485是一种常见的串行通信协议，广泛应用于工业自动化、仪器仪表、电力系统等领域。
RS485通信具有高可靠性、抗干扰能力强、通信距离远等特点，因此在一些需要长距离、高可靠性的通信场景中得到广泛应用。
本文将针对RS485串行通信电路的设计进行详细介绍。
首先，我们需要了解RS485通信的基本原理。
RS485采用差分信号传输，即发送端将逻辑0和逻辑1分别表示为低电平和高电平，接收端通过比较接收到的两个信号的电平差值来判断传输的是0还是1、差分信号传输具有较强的抗干扰能力，可以有效地抵抗电磁干扰和串扰。
除了收发芯片，RS485通信电路还需要考虑其他一些因素。
首先是电源电压的选择，一般RS485通信电路的电源电压为5V，但也可以根据实际需求选择其他电压。
其次是控制信号的设计，通常需要使用一个使能信号来控制发送和接收的开关。
此外，还要考虑阻抗匹配和信号线的布线，通常使用120欧姆电阻进行阻抗匹配，并尽量避免信号线与电源线、高电压线等干扰源的靠近。
在实际设计中，我们可以参考以下步骤进行RS485串行通信电路的设计：1.确定通信距离和通信速率：根据实际需求确定通信的最远距离和传输速率，这将影响到电路设计的一些参数。
2.选择收发芯片：根据通信距离和速率的要求，选择合适的收发芯片，并根据其规格书进行电路连接和布线。
3.设计电源电路：确定电源电压和电流，并设计相应的电源电路，通常需要增加滤波电容来提高电源的稳定性。
4.控制信号设计：根据收发芯片的要求设计使能信号和其他控制信号的接口电路。
5.阻抗匹配和信号线布线：根据通信距离和速率要求，选择合适的阻抗匹配电阻，并良好地布线，以减少干扰和串扰。
6.电路测试和优化：完成电路设计后，进行测试和优化，检查通信稳定性和可靠性，并根据需要进行一些调整和改进。
总之，RS485串行通信电路设计是一个相对复杂的过程，需要考虑多个因素的综合。
通过仔细设计和优化，可以实现稳定、可靠的串行通信。
CAN总线与RS-485总线的通信接口设计
CAN总线与RS-485总线的通信接口设计1 CANRS-485 CAN总线(Controller Area Network)是由德国Bosch公司于20世纪80年代专门为汽车电子控制系统开发的一种串行数据通信协议，特别适合应用于分布式控制或实时控制领域。
它的应用范围遍及高速网络和低成本的分布式控制系统。
CAN具有以下特点: (1) 无破坏的依据优先权的仲裁; (2) 多主站点依据优先级进行总线访问; (3) 严格的错误检测和界定; (4) 支持远程数据请求; (5) 借助接收滤波的多地址帧传送; (6) 通信介质多样，组合方式灵活; (7) 全系统数据兼容，系统灵活; (8) 最远传输距离为10Km(总线传输速率为5kbps)， 最大传输速率为1Mbps(总线传输距离为40m)。
RS-485标准是美国EIA(电子工业联合会)公布的串行通信协议。
它比RS-232C标准信号传输距离长、速度快、抗干扰性能好，广泛应用于各种工业、楼宇、能源等领域。
在实际应用中，许多工业控制设备(如PLC)都带有RS-485接口。
因此，有必要设计CAN总线与RS-485总线的通信接口电路。
2 整个通信接口电路由单片机AT89C52、CAN控制器SJA1000、CAN收发器82C250、高速光电耦合器6N137和RS-485收发器MAX485组成。
如图1所示。
单片机AT89C52主要完成SJA1000的初始化，及CAN总线 和RS-485总线之间的数据通信任务。
SJA1000是CAN控制器82C200的替代产品。
它主要由下列功能模块构成:接口管理逻辑、发送缓冲器、接收缓冲器、接收过滤器、位流处理器、位时序逻辑和错误管理逻辑。
除了与82C200兼容之外，它增加了许多新功能:PeliCAN工作模式、读/写访问的错误计数器、标准和扩展结构信息的接收和发送、可编程的错误限制报警、只听模式和仲裁丢失中断。
单片机对SJA1000内部寄存器的控制是以访问外部寄存器的方式进行的。
RS485收发连接器参考电路设计。
RS-485(＄14.5000)标准在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中使用广泛。
但是，在工业控制等现场环境中，情况复杂，常会有电气噪声干扰传输线路；在多系统互联时，不同系统的地之间会存在电位差，形成接地环路，会干扰整个系统，严重时会造成系统的灾难性损毁；还可能存在损坏设备或危害人员的潜在电流浪涌等高电压或大电流。
因此，对RS-485(＄14.5000)接口的隔离是非常有必要的。
隔离RS-485(＄14.5000)接口电路我们经常采用的485接口隔离电路是利用三个光耦隔离收发及控制信号，加上485收发器共需要4片IC，且采用光耦隔离需要限流及输出上拉电阻，必要时还会使用三极管驱动。
设计电路繁琐，耗费时间长，如果没有之前使用光耦的经验，那么在选用光耦限流及输出上拉电阻方面会耗费很多不必要的时间；且光耦的输出信号上升时间较长，在与数字I/O端口相接时，需另加施密特整形才能保证信号的波形符合标准，如在FPGA、DSP等系统中的应用。
ADM2483(＄3.6480)是内部集成了磁隔离通道和485收发器的芯片，内部集成的磁隔离通道原理与光耦不同，在输入输出端分别有编码解码电路和施密特整形电路，确保了输出波形的质量。
且磁隔离功耗仅为光耦的1/10，传输延时为ns级，从直流到高速信号的传输都具有超越光耦的性能优势。
内部集成的低功耗485收发器，信号传输速率可达500Kbps，后端总线可支持挂载256个节点。
具有真失效保护、电源监控以及热关断功能。
要实现隔离RS-485(＄14.5000)接口的电路设计只需在ADM2483(＄3.6480)的电源与地之间接一个104的去耦电容即可。
当然，DC-DC隔离电源是必不可少的。
其电路连接如下图：信号自收发电路信号自收发电路我们采用74HC14(＄0.0625)芯片，利用它的施密特波形翻转性能来控制RE、DE引脚，以实现信号的自收发。
其电路连接如下图：如图所示，MCU的发送信号经过施密特触发器反向后输给DE和RE脚，发送数据引脚TxD 接地。
工业485电路设计
工业485电路设计工业485电路设计是指在工业领域中使用的一种串行通信协议，它具有高可靠性、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于自动化控制系统、电力系统、通信设备等领域。
本文将从工业485电路的基本原理、设计要点、典型应用等方面进行探讨。
一、工业485电路的基本原理工业485电路是基于RS-485标准的一种串行通信协议。
RS-485是一种差分信号传输标准，它采用了两根信号线进行数据传输，分别为正负两个信号线。
正信号线传输的是正逻辑电平，负信号线传输的是负逻辑电平。
由于采用了差分信号传输，工业485电路具有抗干扰能力强的特点，可以在噪声较大的工业环境中稳定运行。
二、工业485电路的设计要点1. 电路供电稳定：工业485电路的供电电压应稳定可靠，通常采用稳压电源进行供电。
2. 信号线布线合理：485通信线路的长度一般不超过1200米，应尽量减少信号线的长度，避免信号衰减。
3. 电路地线设计：485电路地线要与信号线分开设计，避免共地引起的干扰。
4. 电路保护措施：应在电路中设置过电压保护、过流保护等措施，保证电路的稳定性和安全性。
5. 选择合适的驱动芯片：工业485电路的驱动芯片应具备较高的驱动能力和抗干扰能力，常用的驱动芯片有MAX485、SN75176等。
三、工业485电路的典型应用1. 自动化控制系统：工业485电路常用于自动化控制系统中，实现各个控制设备之间的数据传输和通信。
通过485总线可以连接各个子设备，实现集中控制和监测。
2. 电力系统：工业485电路在电力系统中的应用广泛，可以用于电力监测、电力调度、电能计量等方面的数据传输和通信。
3. 通信设备：工业485电路也可以用于通信设备中，实现设备之间的数据传输和通信。
例如，工业以太网交换机、工业无线路由器等设备都可以采用工业485通信接口。
四、工业485电路的设计案例以某工业自动化控制系统为例，该系统包括多个控制设备和监测设备，需要实现设备之间的数据传输和通信。
RS485总线通信系统的设计及实现毕业论文
RS485总线通信系统的设计及实现毕业论⽂本科学⽣毕业论⽂论⽂题⽬：RS485总线通信系统的设计与实现学院：年级：专业：姓名：学号：指导教师：摘要⽆论是⼯业控制还是信号测试领域，实现不同通讯协议的数据融合都有着迫切需要。
但是⽬前市场中存在的协议转换器只能满⾜两种协议之间的转换，如RS485转RS232，USB转RS485等，但是经常存在着多种数据总线并存的情况，因此研制多种总线协议转换的设备有着⽐较⼤的实际意义。
除此之外，⽬前接⼝标准的RS485总线通信协议不统⼀，需设计⼀个⾼效稳定的通信协议。
基于以上原因，本论⽂提出⼀种基于⾼速RS485的多总线通信系统。
整个系统包含多个RS485节点，各个节点包含的通讯接⼝包括RS232，RS485和USB，从⽽实现这三类总线的通讯协议的转换。
设计并实现了⼀种适⽤于微机和单⽚机之间串⾏通信的通信协议，采⽤RS485简便，通信可靠性⾼总线标准，可⽤于⼯业测控和控制现场。
实验结果表明，该通信协议是切实可⾏的，达到了预期的设计要求。
关键词RS485总线；主从式；多机通信；通信协议AbstractWhether in the field of industrial control or signal test, the achievement of data fusion which is based on different communication protocol is urgent needed. However, in the current market, protocol converter can only achieve conversion between two protocols, such as RS485 to RS232, USB to RS485 and so on. Cases of coexistence data bus, it has great practical significance to develop an equipment for protocol conversion among different buses.Based on the reasons above, a high-speed RS485-based multi-bus communication system is presented in this paper. The entire system which is used to realize the three categories of bus communication protocol conversion consists of someRS485 nodes, each node contains the communication interfaces including RS232, RS485 and USB. In the practical application, the number of nodes can be changed as required to formsystem, for achievement of data fusion between a variety of bus communication protocol.Key wordsRS485 bus; Serial Bus; Protocol Conversion; Communication protocol⽬录摘要............................................................................................................................. I Abstract .....................................................................................................................II 第⼀章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 RS485总线通信系统研究现状 (2)第⼆章RS485介绍 (4)2.1 RS485标准 (4)2.2 MAX485芯⽚介绍 (4)2.3 RS485总线组⽹⽅式 (5)2.4 RS485⽅式构成的多机通信原理 (5)第三章系统协议及硬件设计 (7)3.1 RS485通信协议设计 (7)3.1.1 物理层设计 (7)3.1.2 数据链路层设计 (8)3.1.3 应⽤层设计 (8)3.1.4 通信协议 (8)3.2 系统硬件设计 (10)3.2.1 PC与RS485总线的接⼝ (10)3.2.2 RS485⽅式构成的多机通信 (10)3.2.3 单⽚机与PC机串⾏通信系统构成 (11)第四章系统的软件实现 (12)4.1 上下位机的关系 (13)4.2 下位机通信软件的设计 (14)4.3 上位机通信软件的设计 (16)4.3.1 通信协议设计 (16)4.3.2 多机传输 (17)4.3.3 差错控制 (18)4.4 程序设计 (19)第五章系统问题解决措施 (20)5.1 总线隔离 (20)5.2 失效保护 (20)5.3 电磁⼲扰问题 (20)结论 (22)参考⽂献 (23)致 (24)第⼀章绪论所谓通信，不仅仅要实现数据的传输，更应该体现准确性，也称可靠性传输，最好具有⼀定的纠错和检错能⼒。
机械自动化控制系统中RS485接口电路设计
机械自动化控制系统中RS485接口电路设计摘要：机械自动化控制系统的控制端采用RS485总线方式。
RS485作为一种传统工业总线，在工业控制上有广泛的应用。
RS485的接口信号与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
RS485采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，具有良好的抗噪声干扰性。
RS485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，RS485总线允许连接多达128个收发器，上述优点就使其成为首选的串行接口。
因此，本文对机械自动化控制系统中RS485接口电路设计做出研究。
关键词：机械自动化控制系统RS485接口电路设计在机械自动化控制系统的研究与开发中，控制机采用RS485总线方式进行通信，其设计与开发主要完成将控制端的RS485通信方式转换成光通信方式，将光通信方式转换成执行端的CAN总线方式即完成RS485总线转光和光转CAN 移线模块的设计与开发。
因此，本文对RS485接口电路设计做出分析。
RS485是在RS422基础上发展来的。
在RS422中定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到400英尺（速度低于100kbps时），并允许在一条平衡线上连接最多10个接收器。
RS422是一种单机发送，多机接收的单向、平衡传输规范标准。
为了扩展应用范围，在RS422标准的基础上，1983年EIA研究出了一种支持多节点、远=距离和接收高灵敏度的RS485总线标准，该标准增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一总线上。
同时，增加了发送器的驱动能力冲突保护特性，扩展了总线的共模范围。
RS485支持半双工或全双工模式，网络拓扑结构一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到各个节点的引出线长度尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号影响尽量最低。
一，RS485收发电路设计RS485收发器，采用高速的RS485/RS422收发器MAX3080，MAX3080中内部集成了一个接收器，一个发送器。
TI---RS-485工业接口设计应用指南cn
RS-485工业接口设计应用指南作者：Thomas Kugelstadt 高级应用工程师 TI公司作为上世纪80年代早期批准的一个平衡传输标准，RS-485似乎已成为工业界永不过时的接口标准。
关于它的文献有很多，但对于很少接触接口设计的系统工程师而言，如此海量的文献就有些让人吃不消了。
本文旨在讨论RS-485标准的主要内容，为初接触它的设计师提供入门指南。
研究文末参考的一些附加应用笔记可进一步帮助设计师在最短的时间内完成一套可靠的数传设计。
RS-485标准的用途RS-485只定义了用于平衡多点传输线的驱动器和接收器的电特性，因此很多更高层标准都将其作为物理层引用。
网络拓扑总线节点以菊花链或总线拓扑方式联网。
(见图1)也就是说，每个节点都通过很短的线头连接到主线缆。
该接口总线通常设计为用于半双工传输，也就是说它只用一对信号线，驱动数据和接收数据只能在不同时刻出现在信号线上。
图1：RS-485总线结构(左)与半双工总线结构(右)。
这就需要通过方向控制信号(例如驱动器/接收器使能信号)控制节点操作的协议，以确保任何时刻总线上都只能有一个驱动器在活动，而必须避免多个驱动器同时访问总线导致总线竞争。
信号电平RS-485驱动器必需在54的负载上提供最小1.5V的差分输出，而RS-485接收器则必需能检测到最小为200mv的差分输入(见图2)。
这两个值为可靠数据传输提供了足够的裕度，即便信号经过线缆和连接器发生严重衰减时亦如此。
而稳健性正是RS-485适用于噪声环境的长距离联网的主要原因。
图2：RS-485规定的最小总线信号电平。
线缆类型在双绞线上传送差分信号为RS-485应用带来了很大好处。
这是因为外部噪声源产生的噪声总是等量耦合进两根信号线中，属于共模噪声，而这能在差分接收器的输入处就被抑制掉。
工业用RS-485线缆是特性阻抗为120和22AWG的塑封非屏蔽双绞线。
图3所示为一对用于半双工网络的UTP线缆的横截面。
RS485RS422接口设计指南
RS485RS422接口设计指南1.电气规范：RS485和RS422接口都能够支持多节点通信，但其电气规范有所不同。
RS485采用差分信号传输，支持多主从节点，每个节点都能驱动总线。
而RS422也采用差分信号传输，但只能支持一个主节点和多个从节点。
在设计时需要根据实际需求来选择合适的接口标准。
2.线路布局和终端电阻：RS485和RS422在正负两条线上传输数据，因此线路布局需要注意两条线的平衡性，避免信号失真和干扰。
通常情况下，建议使用双绞线布线，将正负两条信号线绕在一起，同时还需要根据传输距离和波特率来选择合适的终端电阻。
3.电缆长度和传输速率：RS485和RS422接口可以支持长距离通信，但传输距离和速率之间存在一定的权衡关系。
一般情况下，随着传输距离的增加，传输速率也会降低，因为长距离通信容易引入信号失真和干扰。
在设计时需要根据实际需求来平衡传输距离和速率。
4.网络拓扑结构：RS485和RS422接口支持多节点通信，但网络拓扑结构的选择对于性能和可靠性至关重要。
常见的拓扑结构包括总线、星形和环形结构。
总线结构是最常见的，但在设计时需要注意总线的长度和载荷。
星形结构可以提供更好的信号质量和可靠性，但需要使用更多的接口线。
环形结构适用于需要高度可用性的应用，但需要考虑跳线和冲突的问题。
5.保护措施：由于工业环境中存在噪声、干扰和电磁辐射等因素，对于RS485和RS422接口的保护非常重要。
常见的保护措施包括使用抗干扰电缆、合适的终端电阻、过压保护电路和隔离电路。
这些措施可以提高系统的稳定性和抗干扰性能。
综上所述，RS485和RS422接口设计需要考虑电气规范、线路布局、终端电阻、电缆长度、传输速率、网络拓扑结构和保护措施等因素。
合理的设计和工程实践可以确保系统的可靠性和性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工控系统中的RS485通讯接口设计
在工业控制、采集等现场应用中，非常普遍地都会使用到RS485、CAN等通讯接口。
同时这类通讯线缆连接的两个设备相隔距离又比较远（最长的距离会达到1公里以上）、设备工作环境也比较恶劣（机器机房、山区、电站）。
所以，如此长的通讯线缆，会有效的把系统外的干扰信号或电磁脉冲接收
到板子上。
如果没有对这部分信号进行处理，这些有害的信号则有可能使系统运行出错，严重的会导致
系统物理损坏。
在山区雷雨季节，雷电辐射电流会通过通讯线缆直接导致系统损坏。
所以，需要对这类
通讯接口进行物理隔离，达到保护系统正常运行的要求。
最基本的设计思路，可以参考下面的说明：
1、电路设计
由于通讯接口要连接较长的通讯线缆，所以通讯接口在系统中，就是主要的干扰源输入端口。
在电
路设计的时候，需要把这部分电路完全物理隔离开，包括这部分的工作电源，同时端口驱动芯片也需要
选用有一定防护能力器件（如SN74LBC184，接触放电：+/-30KV 空隙放电：+/-15KV 人体放电：
+/-15KV）。
在电气隔离方面，最常用的电路设计方法就是使用光电隔离器件（或磁耦器件），将系统中的信号
进行物理隔离后，传输给端口驱动器件，同时必须给端口驱动部分提供独立的电源（单独使用一个电源、或者是使用隔离电源）。
如下图所示：
上图中，串口通讯信号经过关电隔离器件H11L1后，连接到RS485驱动器件SN75LBC184器件上，同时RS485驱动器件的收/发控制信号RTS，也经过光电隔离器件TL181。
图纸中的ISO_VCC及
ISO_GND地线是一组电源，5V0及GND是一组电源，这两组电源是物理隔离的。
经过这样设计，串口的收、发信号、控制信号和电源，全部都达到了物理隔离的要求。
2、光电隔离器参数
由于每颗光电隔离器都有它的工作参数，如数据传输率、输入二极管正向电流IF、输出电流等IC，
它们决定了光电隔离器的工作状态与稳定性。
如TLP181的推荐工作参数：
推荐工作参数
电气特性
传输特性
输出特性
这里VF是输入二极管正向压降1.15V（IF=10mA），IF是输入二极管正向电流，如IF值太小，光电接收器处于不饱和状态，数字信号传输特性变差；如IF值太大，对信号驱动器的驱动能力要求增加。
所以在实际的应用中，根据数据传输率和信号驱动器的能力，选择合适的关电隔离器与匹配限流电阻。
如参考图中的U18，在这里是作为RS485的RTS信号，所以数据传输率不会太高，结合实际使用情况，U18的数据传输率能满足4800已经足够；同时，基于英创工控主板的电气特性，驱动端驱动电压为3.3V、最大驱动电流为10mA左右，所以控制IF电流的电阻选择330欧姆，即：IF=（3.3V-1.15V）/ 330≈7mA，再根据传输特性得到和输出特性得到，VCE≈0.6V，最后IC=（5.0V-0.6V）
/5.1K≈1mA。
（隔离后的供电为5V）。
所以在参考图中，选用了合适的器件与匹配电阻，这即保证了数据传输要求，也控制电流在器件的
安全工作范围。
3、PCB板布局及走线
在原理图上，实现了信号的电气物理隔离，同时在电路板上，也需要实现信号的物理区域，因为PCB上的铜皮线条之间类似于电容，即所说的“寄生电容”，特别是需要隔离的这部分信号线相隔太近时，很大一部分干扰信号或脉冲会通过寄生电容耦合到系统端，对系统运行造成干扰或对系统造成损坏。
下两图是EM9280EVB上的RS485部分PCB板，以光电隔离器件为界，系统与接口驱动部分有非
常明显的物理界线，使干扰信号不能通过PCB铜线间传输到系统。
EM9280EVB 电路板 RS485驱动部分：正面
EM9280EVB 电路板 RS485驱动部分：反面
3、端口保护及布线
电路上处理好的系统，一般的电磁干扰信号，都不会影响到系统的正常运行。
但是对于一些脉冲干扰信号，它们有一定的能量，足够损坏驱动器件。
特别地，在山区的系统，夏季雷雨季节时，雷电感应电流也比较大，完全足够损坏整个接口。
所以接口上还需要独立的保护器件对接口驱动器件进行保护。
最常见的方法，就是在端口上并上一颗TVS器件。
如果需要对遭遇雷电感应电流时有所保护，端口可能就更加复杂。
可以参考下面的电路。
这是简单的端口保护，TVS为单向器件，对一般的接触放电等可以起保护作用。
该电路对雷电感应电流，是没有防护能力的。
遭遇雷电感应电流时，该电路对端口驱动器件有一定防护作用，TVS为双向器件，BJ1为陶瓷气体放电管，5A/5KA 90V信号专用，RZ1为压敏电阻。
为了有效地对电路系统起到保护，有了端口保护电路，还需要在布通讯线缆的时候，采取一些必要的措施，如：
1、通讯线缆与动力电线缆分开走线
2、通讯线缆尽可能从专用走线槽走线
3、对于山区、野外的布线，应当让线缆从地下（线管、地沟、走线沟）布线
4、使用带屏蔽层的双绞通讯线，同时屏蔽层与现场的安全接地电，可靠连接
5、对于防雷有一定要求的应用中，必须按照3、4点布线，同时BJ1的中间头也需要连接到现场的安全接地点。