RS485串行总线可靠性的研究

(2)电磁辐射(EMI)问题。

         驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如果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。

        因此，尽管是差分传输，对于RS一485网络来讲，一条低阻的信号地还是必不可少的。

2．4 瞬态保护

        前面提到的接地措施只对低频率的共模干扰有保护作用，对于频率很高的瞬态干扰则几乎无效。因为引线电感的作用，对于高频瞬态干扰来讲，接地线实际等同于开路。这样的瞬态干扰可能会有成百上千伏的电压，但持续时间很短。在切换大功率感性负载(电机、变压器、继电器等)、闪电等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接口。对于这种瞬态干扰可以采用隔离或旁路的方法加以防护。

        图3(a)所示为隔离保护方案。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。

        图3(b)所示为旁路保护方案。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接地通道，实现起来比较困难。实际应用中可以将二者结合起来灵活运用。．隔离接口对大幅度瞬态干扰进行隔离，而旁路元件保护隔离接口不被过高的瞬态电压击穿。

2．5 通信规则

        由于RS一485通讯是一种半双工通讯，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态。因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通讯对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通讯瘫痪，无法正常工作。要做到总线上的设备在时序上的严格配合，必须要遵从以下原则：

(1)复位时，主从机都应该处于接收状态。

         以Maxim公司的485接口芯片MAX3082为例。MAX3082芯片的发送和接收功能转换是由芯片的RE，DE端控制的。RE=l，DE=1时，MAX3082处于发送状态；RE=O，DE=O时，MAX3082处于接收状态。由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过400 m，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。一般使用微处理器的一根口线连接RE，DE两端。在上电复位时，由于硬件电路稳定需要一定的时间，并且微处理器各端口复位后处于高电平状态，这样就会使总线上各个分机处于发送状态，再者上电时各电路不稳定，可能向总线发送信息。因此，如果用一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向后接入MAX3082的控制端，使上电时MAX3082处于接收状态。

        另外，在主从机软件上也应附加若干处理措施，例如，上电时或正式通讯之前，对串行口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令。

(2)总线上所连接的各单机的发送控制信号在时序上完全隔开。

        为了保证发送和接收信号的完整和正确，避免总线上信号的碰撞，对总线的使用权必须进行分配才能避免竞争。连接到总线上的单机，其发送控制信号在时间上要完全隔离。

         总之，发送和接收控制信号应该足够完宽，以保证完整地接收一帧数据，任意两个单机的发送控制信号在时间上完全分开，避免总线争端。

3 结束语

        近年来，RS485标准在工业控制自动化、交通控制自动化、楼宇自控系统等多个领域得到广泛应用，而且不少现场总总线物理层也采取RS485的电气标准。文中对当前最流行的外部总线RS-485的可靠性问题做了探讨。