1 前言
随着经济的快速发展，出现了越来越多的高层建筑，大型商场等大型建筑，这些场所人员密集，用电负荷大，所以对电气火灾隐患要尤为重视。目前电气火灾监控系统开始在这些场所逐渐普及和运用，借助于科学技术的帮助，有效防范和杜绝电气火灾的发生。在实际使用中合理的搭建电气火灾监控系统，可以让系统更好的发挥其作用。下面主要针对电气火灾监控系统利用RS485通讯技术在实际应用的方面的经验进行总结。
2 RS485通信技术简介
RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准采用差分传输方式（Differential Driver Mode），也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B（如图1所示）。
通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2～+6V，是一个逻辑状态；负电平在-2～-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。
对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常在200mV至6V之间（见图2所示）。
定义逻辑1（正逻辑电平）为B＞A的状态，逻辑0（负逻辑电平）为A＞B的状态，A、B之间的压差不小于200mV.
作为一种常用的通讯接口器件，RS-485芯片可以在许多半导体公司的“标准接口器件”栏目中“收发器”类元件中找到对应的型号；比如Sipex公司(器件前缀为SP)、Maxim公司(器件前缀为MAX)、TI公司(器件前缀为SN)、Intersil公司(器件前缀为ISL或LTC)等各大半导体公司。在使用上是比较方便和简单。
3 RS485问题解决
3.1 通信距离
RS-485标准的最大传输距离约为1200m，最大传输速率为10Mbps.通信距离和传输速率是成反比的，传输速率越高，通信距离就越短。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。只有在20kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，15米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。通常在使用时为获得更远的通信距离，可以适当降低传输速率。根据电气火灾监控系统的特点，选择用9600波特率，以获得较远的通信距离。如果还要更远的通信距离，可以增加485中继器来实现。但不可以通过无限增加中继器来实现超远距离传输，原因后面论述。
3.2 布线方式
RS-485支持32个节点，可多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。在构建网络时，应注意以下几点。
（1）采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。图3所示为实际应用中常见的一些错误连接方式（a，c，e）和正确的连接方式（b，d，f）。图3中a，c，e这三种网络连接尽管不正确，在短距离、低速率仍可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。
（2）应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线的不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，第二是过长的分支线引出到总线。总之，应该提供一条单一、连续的信号通道作为总线。
3.3 RS-485的接地问题
在标准中，RS-485网络仅需要2根信号线（A和B）即可以进行正常的数据传输，所以许多工程技术人员忽略了地线的作用。但在一些特殊的应用场合，例如各个RS-485节点的地电压存在较大偏差的情况和现场环境复杂的情况下，需要将地信号作为传输网络中必不可少的一根导线。
RS-485传输网络因为接地系统不合理会影响整个网络的稳定性，尤其是在工作环境比较恶劣和传输距离较远的情况下，对于接地的要求更为严格，否则接口器件的损坏率较高。很多情况下，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，这其中有两个原因。
（1）共模干扰问题
RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，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，甚至损坏接口器件。以图3为例，当发送发送器A向接收器B发送数据时，发送发送器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD.那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD.RS-485标准均规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。
（2）EMI问题
发送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。
由于上述原因，RS-485网络尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-485网络而言，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。这条信号地可以是额外的一条线（非屏蔽双绞线），或者是屏蔽双绞线的屏蔽层，这是最通常的接地方法。
3.4 RS-485的瞬态保护
对于频率很高的瞬态干扰，由于传输线对高频信号而言就是相当于电感，因此对于高频瞬态干扰，接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰虽然持续时间短暂，但可能会有成百上千伏的电压，但实际应用环境下还是存在高频瞬态干扰的可能。一般在切换大功率感性负载如电机、变压器、继电器等或闪电过程中都会产生幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护就会损坏RS-422或RS-485通信接口器件。
（1）隔离保护方法。这种方案实际上将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上，由于隔离层的高绝缘电阻，不会产生损害性的浪涌电流，起到保护接口的作用。通常采用高频变压器、光耦等元件实现接口的电气隔离。这种方案的优点是可以承受高电压、持续时间较长的瞬态干扰，实现起来也比较容易，缺点是成本较高。
（2）旁路保护方法。这种方案利用瞬态抑制元件（如TVS、MOV、气体放电管等）将危害性的瞬态能量旁路到大地，优点是成本较低，缺点是保护能力有限，只能保护一定能量以内的瞬态干扰，持续时间不能很长，而且需要有一条良好的连接大地的通道，实现起来比较困难。实际应用中是将上述两种方案结合起来灵活加以运用。在这种方法中，隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离，旁路元件则保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。
在工程中适当增加选用485中继器可以让这个问题简化，因为485中继器内部一般是用了光耦来作为电信号的隔离，这样可以把一段长的通讯线路分成多段，这样每段上的冲击不会互相影响，这样会远小于原来的影响。通常485中继器同时还会使用了TVS、气体放电管，这样可以作为对冲击的一个吸收，减小冲击的影响。
3.5 485中继器
在一些工程中，如监控数量有32台以上，通讯距离较远时，通常用增加485中继器来解决这个问题：①可以增加通讯距离；②可以增加通讯的节点数；③可以适当增加通讯线路的可靠性。
RS-485的规范中定义了最早的485通讯可以支持32个节点，随着技术的发展现在很多公司推出了许多有更大负载能力的485通讯芯片，比如有可以支持128节点的芯片。使用这些芯片可以不增加中继器来获得更多的监控数量。根据木桶短板理论，在工程中同时监控多种具有485通讯的设备时，这时候整个线路的负载情况是和线路中使用的小负载能力的485芯片有很大关系，使用时要特别注意。如果对使用的485通讯芯片性能不是很了解，则建议保守地按RS-485规范的来做。
目前，485中继器一般内部都有完善的光电隔离电路，浪涌冲击保护电路，可以更好的保护485通信芯片。同时使用485中继器可以延长通信距离和增加通讯的节点数，在监控数量多的工程中是基本的解决办法。
在485通讯中很多使用了光耦这个器件，可以起到一个隔离保护的作用。每种光耦的通讯速率是不同的，所以在选有时要注意通讯速率的问题。还要注意一点：光电转化时电平高低变化是有延时的，比如PS2501的延时有5us，6N136的延时0.3us，这个时间和具体电路参数有关，实际可能会更大。举例：在9600波特率的通讯线路中使用了一个PS2501光耦，1bit的高电平持续时间为100us左右，在通过PS2501后，因为电平转化时间的影响，高电平持续时间会变为95us.只要电平长度能到70%以上就不会导致判断错误，所以上面不会出现问题。但是如果再增加经过6个同样的光耦，这时高电平持续时间就会小于70us，就会照成后级判断数据错误。在实际使用485中继器时要注意这个问题，不是用的越多越好。建议设计时用分层来处理，上位机到下位机之间不要通过太多的级数，减小485中继器延时的影响。
全部回复（1 ）
只看楼主 我来说两句 抢板凳