理解 RS-485 通信

1  引言：

RS-485 是一种传输数据的标准协议，它可以用于建立一个可靠的、高速的、实时的、多节点的数据通信网络连接。RS-485 也称为 TIA-485。RS-485 是定义串行通信系统中使用的驱动器和接收器的电气特性的标准。RS485 广泛应用于工业控制系统，单个网络上最多可处理 32 台设备。RS-485 通常用于工业自动化中，用于监视和控制 PLC、变频驱动器、DCS 等。本文将主要介绍 RS-485 通信的基本原理、特点、布线以及实际应用案例。

2  RS-485 通信的基本原理：

RS-485 是一种异步串行通信协议，可以实现多节点通信。RS-485 通信基于差分信号，其中信息通过两根电线（通常称为 A 和 B）发送的两个互补信号传输。这两根电线之间的电压差是传达信息的因素，而不是单根电线和接地之间的电压。这使得 RS-485 系统对共模噪声具有很强的抵抗力。并且能够提高传输距离和传输速度。RS-485 协议规定，一个主节点可以与最多 32 个从节点进行通信，而各个节点之间的通信都是通过主节点进行协调的。

3  RS-485 通讯的特点：

RS-485 通信具备高速、可靠、稳定、实时、低成本等特点。由于 RS-485 支持多节点通信，因此它可以省去复杂的信号转发机制，并且可以更加简便地扩展网络。RS-485 协议标准化，因此可以避免兼容性问题，另外由于差分传输技术的应用，RS-485 通信对于电磁干扰具有高的抗干扰能力。同时，RS-485 通信可以在通信距离达到 1.2 公里的情况下，保证通讯的稳定性和可靠性。RS-485 信号无需确认即可传输。差分信号的中断或干扰可能会在不重复或接收的情况下损坏数据；一个“即发即弃”的系统。

主要特点如下表：

4  RS-485 布线：

RS-485 的布线需要采用双绞线机制如下图，将数据线正负一对组成的双绞线进行铺设。同时，由于 RS-485 使用差分信号进行传输，因此我们还需要为两条数据线额外地提供一个公共的信号地。为了避免其他干扰信号的干扰，我们可以在布线中间加入 RS-485 耐干扰衰减器。

5  RS-485 通讯案例：

让我们考虑一个具有一个主设备和两个从设备的 RS-485 网络的简单示例。

空闲状态：当没有设备传输时，线路处于空闲状态。在这种状态下，A 线和 B 线之间的差分电压为零。

主站传输：当主设备想要发送数据时，它会改变 A 线和 B 线之间的电压差。例如，“1”可能表示 A 的电压高于 B，“0”可能表示 B 的电压高于 A。

从站将获得：网络上的所有设备（包括从设备）都会持续监控 A 线和 B 线之间的电压差。当他们检测到更改时，他们会将其解释为一些数据。

从站回应：如果主设备发送的命令需要从设备响应，则该从设备将等到主设备完成传输，然后更改 A 线和 B 线之间的电压差以发送其响应。

主站接收：主设备与从设备一样，不断监控 A 线和 B 线之间的电压差，因此它将接收来自从设备的响应。

返回空闲状态：传输完所有数据后，线路返回空闲状态，线路 A 和 B 之间的电压差为零。

通过这种方式，数据可以通过 RS-485 网络来回发送。需要注意的是，网络上的所有设备都需要使用相同的逻辑来将电压差异解释为比特（即，A 的电压高于 B 代表“1”还是“0”）。在具有多个设备的网络中，每个设备都需要有一个唯一的地址，以便它知道何时侦听以及何时忽略线路上的通信。这通常由 RS-485 之上使用的协议处理，例如 Modbus 或 Profibus。

例如，在 Modbus 网络中，主站发送的每条消息都以目标设备的地址开头。当设备看到带有其地址的消息时，它们知道要处理该消息并可能发送响应。如果地址与自己的地址不匹配，则忽略该信息。

6  总结：

与 TCP/IP、USB、I2C 等协议相比，RS-485 虽然传输速度不是特别快，但是它有着无与伦比的优势：可以实现多节点通讯，同时抗干扰能力强，通讯距离远，这些特性都是其他协议无法比拟的。RS-485 作为一种广泛应用于工控、自动化等领域的通讯协议，未来使用前景依旧十分广阔。

2024年03月