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提高RS-485总线可靠性的几种方法及常见故障处理
[正文]:一、rs-485接口电路的硬件设计1、总线匹配　　总线匹配有两种方法，一种是加匹配电阻，如图1a所示。
位于总线两端的差分端口va与vb之间应跨接120ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。
但匹配电阻要消耗较大电流，不适用于功耗限制严格的系统。


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　　另外一种比较省电的匹配方案是rc 匹配（图2 ）利用一只电容c 隔断直流成分，可以节省大部分功率，但电容c的取值是个难点，需要在功耗和匹配质量间进行折衷。
除上述两种外还有一种采用二极管的匹配方案（图3），这种方案虽未实现真正的匹配，但它利用二极管的钳位作用，迅速削弱反射信号达到改善信号质量的目的，节能效果显著。

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2、ro及di端配置上拉电阻　　异步通信数据以字节的方式传送，在每一个字节传送之前，先要通过一个低电平起始位实现握手。
为防止干扰信号误触发ro（接收器输出）产生负跳变，使接收端mcu进入接收状态，建议ro外接10kω上拉电阻。
3、保证系统上电时的rs-485芯片处于接收输入状态　　对于收发控制端tc建议采用mcu引脚通过反相器进行控制，不宜采用mcu引脚直接进行控制，以防止mcu上电时对总线的干扰，如图4所示。

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4、总线隔离　　rs-485总线为并接式二线制接口，一旦有一只芯片故障就可能将总线“拉死”，因此对其二线口va、vb与总线之间应加以隔离。
通常在va、vb与总线之间各串接一只4~10ω的ptc电阻，同时与地之间各跨接5v的tvs二极管，以消除线路浪涌干扰。
如没有ptc电阻和tvs二极管，可用普通电阻和稳压管代替。
5、合理选用芯片　　例如，对外置设备为防止强电磁（雷电）冲击，建议选用ti的75lbc184等防雷击芯片，对节点数要求较多的可选用sipex的sp485r。
二、rs-485网络配置1、网络节点数　　网络节点数与所选rs-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，如75lbc184标称最大值为64点，sp485r标称最大值为400点。
实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。
例如75lbc184运用在500m分布的rs-485网络上节点数超过50或速率大于9.6kb/s时，工作可靠性明显下降。
通常推荐节点数按rs-485芯片最大值的70%选取，传输速率在1200~9600b/s之间选取。
通信距离1km以内，从通信效率、节点数、通信距离等综合考虑选用4800b/s最佳。
通信距离1km以上时，应考虑通过增加中继模块或降低速率的方法提高数据传输可靠性。
2、节点与主干距离　　理论上讲，rs-485节点与主干之间距离（t头，也称引出线）越短越好。
t头小于10m的节点采用t型，连接对网络匹配并无太大影响，可放心使用，但对于节点间距非常小（小于1m，如led模块组合屏）应采用星型连接，若采用t型或串珠型连接就不能正常工作。
rs-485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此主机（pc）应置于一端，不要置于中间而形成主干的t型分布。
三、提高rs-485通信效率　　rs-485通常应用于一对多点的主从应答式通信系统中，相对于rs-232等全双工总线效率低了许多，因此选用合适的通信协议及控制方式非常重要。
1、总线稳态控制（握手信号）　　大多数使用者选择在数据发送前1ms将收发控制端tc置成高电平，使总线进入稳定的发送状态后才发送数据；数据发送完毕再延迟1ms后置tc端成低电平，使可靠发送完毕后才转入接收状态。
据笔者使用tc端的延时有4个机器周期已满足要求；2、为保证数据传输质量，对每个字节进行校验的同时，应尽量减少特征字和校验字　　惯用的数据包格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码组成，每个数据包长度达20~30字节。
在rs-485系统中这样的协议不太简练。
推荐用户使用modbus协议，该协议已广泛应用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。
　四、rs-485接口电路的电源、接地　　对于由mcu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以上双绞线而不是平直线。
对于每个小容量直流电源选用线性电源lm7805比选用开关电源更合适。
当然应注意lm7805的保护：1、lm7805输入端与地应跨接220~1000μf电解电容；2、lm7805输入端与输出端反接1n4007二极管；3、lm7805输出端与地应跨接470~1000μf电解电容和104pf独石电容并反接1n4007二极管；4、输入电压以8~10v为佳，最大允许范围为6.5~24v。
可选用ti的pt5100替代lm7805，以实现9～38v的超宽电压输入。
　　五、光电隔离　　在某些工业控制领域，由于现场情况十分复杂，各个节点之间存在很高的共模电压。
虽然rs-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰的能力，但当共模电压超过rs-485接收器的极限接收电压，即大于+12v或小于－7v时，接收器就再也无法正常工作了，严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。
　　解决此类问题的方法是通过dc-dc将系统电源和rs-485收发器的电源隔离；通过光耦将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。
实现此方案的途径可分为：1、用光耦、带隔离的dc-dc、rs-485芯片构筑电路；2、使用二次集成芯片，如ps1480、max1480等。
　六、rs-485系统的常见故障及处理方法　　rs-485是一种低成本、易操作的通信系统，但是稳定性弱同时相互牵制性强，通常有一个节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪，而且又难以判断。
故向读者介绍一些维护rs-485的常用方法。
1、若出现系统完全瘫痪，大多因为某节点芯片的va、vb对电源击穿，使用万用表测va、vb间差模电压为零，而对地的共模电压大于3v，此时可通过测共模电压大小来排查，共模电压越大说明离故障点越近，反之越远；2、总线连续几个节点不能正常工作。
一般是由其中的一个节点故障导致的。
一个节点故障会导致邻近的2～3个节点（一般为后续）无法通信，因此将其逐一与总线脱离，如某节点脱离后总线能恢复正常，说明该节点故障；3、集中供电的rs-485系统在上电时常常出现部分节点不正常，但每次又不完全一样。
这是由于对rs-485的收发控制端tc设计不合理，造成微系统上电时节点收发状态混乱从而导致总线堵塞。
改进的方法是将各微系统加装电源开关然后分别上电；4、系统基本正常但偶尔会出现通信失败。
一般是由于网络施工不合理导致系统可靠性处于临界状态，最好改变走线或增加中继模块。
应急方法之一是将出现失败的节点更换成性能更优异的芯片；5、因mcu故障导致tc端处于长发状态而将总线拉死一片。
提醒读者不要忘记对tc端的检查。
尽管rs-485规定差模电压大于200mv即能正常工作。
但实际测量：一个运行良好的系统其差模电压一般在1.2v左右（因网络分布、速率的差异有可能使差模电压在0.8~1.5v范围内）。



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