工业串行总线网络建立

RS-485网络通常采用特性阻抗为120Ω双绞线作传输介质，传输速率300b/s~115.2kb/s兼容，为异步半双工结构。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，MAX1487E标称最大值为128点。实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际接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。根据笔者经验，节点数应按最大值的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以上时应通过增加中继模块或降低速率的方法提高传输可靠性。

理论上讲，RS-485节点与主干之间距离即T头越短越好。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，同时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。

RS-485芯片供电电压为4.5~5.5V，可与MCU共用5V电源。因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。一种简单可行的方法是: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。为防止干扰信号误触发RO(接收器输出)负跳变(RO的负跳变是通信接收的关键)，建议将RO外接10kΩ上拉电阻。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。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。

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，因此向大家介绍适合RS-485使用的MODBUS标准协议。MODBUS协议采用下传8个字节，上传7个字节的方式进行通信，现已广泛使用于水利、水文、电力等行业设备及系统的国际标准中。

上位机发送8个字节召测指令，其中地址、设备类别、通信路由、指令类别、指令长度、指令各占1个字节，CRC校验码占2个字节;下位机应答7个字节，地址、设备类别、数据长度各占1个字节，数据、CRC校验码各占2个字节。

CRC初始化为&HFFFF(CRC_L=&HFF,CRC_H=&HFF),将CRC_L与传输的第一个字节进行异或运算，然后将CRC进行右移(不循环)并判断:如移出的位为1，则CRC再与&HA001进行一次异或运算;如移出的位为0，则CRC不变。如此右移8次即完成第一个字节的校验，重复上述运算及右移直至将全部字节校验完毕，所生成的CRC(16位)即为传输校验码。

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.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;

3.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;

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.笔者曾遇到MCU故障导致TC端处于长发状态而将总线拉死一片的现象，故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)。

虽然RS-485总线存在一些缺点，但只要处理好细节，性能还是比较稳定的。