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如何提高可燃?xì)怏w報警器總線可靠性的方法及常見故障處理

作者:       來源:       發(fā)布日期:2018-08-21

  在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收,因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度,能檢測低至200mV的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式,任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài),因此,發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便,可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。
 在MCU之間中長距離通信的諸多方案中,RS-485因硬件設(shè)計簡單、控制方v便、成本低廉等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于工廠自動化、工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水利自動報測等領(lǐng)域。但RS-485總線在抗干擾、自適應(yīng)、通信效率等方面仍存在缺陷,一些細(xì)節(jié)的處理不當(dāng)常會導(dǎo)致通信失敗甚至系統(tǒng)癱瘓等故障,因此提高RS-485總線的運行可靠性至關(guān)重要。
  一、RS-485接口電路的硬件設(shè)計
  1、總線匹配
總線匹配有兩種方法,一種是加匹配電阻,如圖1a所示。位于總線兩端的差分端口VA與VB之間應(yīng)跨接120Ω匹配電阻,以減少由于不匹配而引起的反射、吸收噪聲,有效地抑制了噪聲干擾。但匹配電阻要消耗較大電流,不適用于功耗限制嚴(yán)格的系統(tǒng)。
另外一種比較省電的匹配方案是RC 匹配(圖2 )利用一只電容C 隔斷直流成分,可以節(jié)省大部分功率,但電容C的取值是個難點,需要在功耗和匹配質(zhì)量間進行折衷。除上述兩種外還有一種采用二極管的匹配方案(圖3),這種方案雖未實現(xiàn)真正的匹配,但它利用二極管的鉗位作用,迅速削弱反射信號達到改善信號質(zhì)量的目的,節(jié)能效果顯著。
  2、RO及DI端配置上拉電阻
 異步通信數(shù)據(jù)以字節(jié)的方式傳送,在每一個字節(jié)傳送之前,先要通過一個低電平起始位實現(xiàn)握手。為防止干擾信號誤觸發(fā)RO(接收器輸出)產(chǎn)生負(fù)跳變,使接收端MCU進入接收狀態(tài),建議RO外接10kΩ上拉電阻。
  3、保證系統(tǒng)上電時的RS-485芯片處于接收輸入狀態(tài)
  對于收發(fā)控制端TC建議采用MCU引腳通過反相器進行控制,不宜采用MCU引腳直接進行控制,以防止MCU上電時對總線的干擾,如圖4所示。
  4、總線隔離
  RS-485總線為并接式二線制接口,一旦有一只芯片故障就可能將總線"拉死",因此對其二線口VA、VB與總線之間應(yīng)加以隔離。通常在VA、VB與總線之間各串接一只4~10Ω的PTC電阻,同時與地之間各跨接5V的TVS二極管,以消除線路浪涌干擾。如沒有PTC電阻和TVS二極管,可用普通電阻和穩(wěn)壓管代替。
  5、合理選用芯片
  例如,對外置設(shè)備為防止強電磁(雷電)沖擊,建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片,對節(jié)點數(shù)要求較多的可選用SIPEX的SP485R.
  二、RS-485網(wǎng)絡(luò)配置
  1、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)
  網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)與所選RS-485芯片驅(qū)動能力和接收器的輸入阻抗有關(guān),如75LBC184標(biāo)稱最大值為64點,SP485R標(biāo)稱最大值為400點。實際使用時,因線纜長度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同,實際節(jié)點數(shù)均達不到理論值。例如75LBC184運用在500m分布的RS-485網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)超過50或速率大于9.6kb/s時,工作可靠性明顯下降。通常推薦節(jié)點數(shù)按RS-485芯片最大值的70%選取,傳輸速率在1200~9600b/s之間選取。通信距離1km以內(nèi),從通信效率、節(jié)點數(shù)、通信距離等綜合考慮選用4800b/s最佳。通信距離1km以上時,應(yīng)考慮通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
  2、節(jié)點與主干距離
  理論上講,RS-485節(jié)點與主干之間距離(T頭,也稱引出線)越短越好。T頭小于10m的節(jié)點采用T型,連接對網(wǎng)絡(luò)匹配并無太大影響,可放心使用,但對于節(jié)點間距非常?。ㄐ∮?m,如LED模塊組合屏)應(yīng)采用星型連接,若采用T型或串珠型連接就不能正常工作。RS-485是一種半雙工結(jié)構(gòu)通信總線,大多用于一對多點的通信系統(tǒng),因此主機(PC)應(yīng)置于一端,不要置于中間而形成主干的T型分布。
  三、提高RS-485通信效率
  RS-485通常應(yīng)用于一對多點的主從應(yīng)答式通信系統(tǒng)中,相對于RS-232等全雙工總線效率低了許多,因此選用合適的通信協(xié)議及控制方式非常重要。
  1、總線穩(wěn)態(tài)控制(握手信號)
  大多數(shù)使用者選擇在數(shù)據(jù)發(fā)送前1ms將收發(fā)控制端TC置成高電平,使總線進入穩(wěn)定的發(fā)送狀態(tài)后才發(fā)送數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)發(fā)送完畢再延遲1ms后置TC端成低電平,使可靠發(fā)送完畢后才轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。據(jù)筆者使用TC端的延時有4個機器周期已滿足要求;
  2、為保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量,對每個字節(jié)進行校驗的同時,應(yīng)盡量減少特征字和校驗字
  慣用的數(shù)據(jù)包格式由引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、數(shù)據(jù)、校驗碼、尾碼組成,每個數(shù)據(jù)包長度達20~30字節(jié)。在RS-485系統(tǒng)中這樣的協(xié)議不太簡練。推薦用戶使用MODBUS協(xié)議,該協(xié)議已廣泛應(yīng)用于水利、水文、電力等行業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)中。
  四、RS-485接口電路的電源、接地
  對于由MCU結(jié)合RS-485微系統(tǒng)組建的測控網(wǎng)絡(luò),應(yīng)優(yōu)先采用各微系統(tǒng)獨立供電方案,最好不要采用一臺大電源給微系統(tǒng)并聯(lián)供電,同時電源線(交直流)不能與RS-485信號線共用同一股多芯電纜。RS-485信號線宜選用截面積0.75mm2以上雙絞線而不是平直線。對于每個小容量直流電源選用線性電源LM7805比選用開關(guān)電源更合適。當(dāng)然應(yīng)注意LM7805的保護:
  • 1、LM7805輸入端與地應(yīng)跨接220~1000μF電解電容;
  • 2、LM7805輸入端與輸出端反接1N4007二極管;
  • 3、LM7805輸出端與地應(yīng)跨接470~1000μF電解電容和104pF獨石電容并反接1N4007二極管;
  • 4、輸入電壓以8~10V為佳,最大允許范圍為6.5~24V.可選用TI的PT5100替代LM7805,以實現(xiàn)9~38V的超寬電壓輸入。
  五、光電隔離
  在某些工業(yè)控制領(lǐng)域,由于現(xiàn)場情況十分復(fù)雜,各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模干擾的能力,但當(dāng)共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓,即大于+12V或小于-7V時,接收器就再也無法正常工作了,嚴(yán)重時甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。
  解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離;通過光耦將信號隔離,徹底消除共模電壓的影響。實現(xiàn)此方案的途徑可分為:
  1、用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構(gòu)筑電路;
  2、使用二次集成芯片,如PS1480、MAX1480等。
  六、RS-485系統(tǒng)的常見故障及處理方法
  
 485總線由于其布線簡單,穩(wěn)定可靠從而廣泛的應(yīng)用于視頻監(jiān)控,門禁對講,樓宇報警等各個領(lǐng)域中,但是,在485總線布線過程中由于有很多不完全準(zhǔn)確的概念導(dǎo)致出現(xiàn)很多問題?,F(xiàn)在將一些錯誤的觀念作出一些澄清。
  •   1.485信號線可以和強電把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源">電源</a>線一同走線。在實際施工當(dāng)中,由于走線都是通過管線走的,施工方有的時候為了圖方便,直接將485信號線和電源線綁在一起,由于強電具有強烈的電磁信號對弱電進行干擾,從而導(dǎo)致485信號不穩(wěn)定,導(dǎo)致通信不穩(wěn)定
  •   2.485信號線可以使用平行線作為布線,也可以使用非屏蔽線作為布線。由于485信號是利用差模傳輸?shù)?,即?85+與485-的電壓差來作為信號傳輸。如果外部有一個干擾源對其進行干擾,使用雙絞線進行485信號傳輸?shù)臅r候,由于其雙絞,干擾對于485+,485-的干擾效果都是一樣的,那電壓差依然是不變的,對于485信號的干擾縮到了最小。同樣的道理,如果有屏蔽線起到屏蔽作用的話,外部干擾源對于其的干擾影響也可以盡可能的縮小。
  •   3.選擇使用普通的超五類屏蔽雙絞線即網(wǎng)線就可以。由于原材料價格上漲,導(dǎo)致現(xiàn)在市場上的線材魚龍混雜,有不良商人利用某種合金來頂替銅絲來做網(wǎng)線,在外面鍍銅以蒙混客戶。具體區(qū)別方法:看網(wǎng)線截面,如果是銅色的話,就是銅絲,如為白色,則是用合金以次充好。合金一般比較脆,容易斷,而且導(dǎo)電性遠(yuǎn)不如銅絲,很容易在工程施工中造成問題。線材一般那建議選擇標(biāo)準(zhǔn)的485線,其為屏蔽雙絞線,傳輸線不是像網(wǎng)線那樣為單股的銅絲,而是多股銅絲絞在一起形成一根線,從而即使某根小銅絲斷掉,也不會影響整個的使用。
  •   4.485布線可以任意布設(shè)成星型接線與樹形接線。485布線規(guī)范是必須要手牽手的布線,一旦沒有借助485集線器和485中繼器直接布設(shè)成星型連接和樹形連接,很容易造成信號反射導(dǎo)致總線不穩(wěn)定。很多施工方在485布線過程中,使用了星型接線和樹形接線,有的時候整個系統(tǒng)非常穩(wěn)定,但是有的時候則總是出現(xiàn)問題,又很難查找原因,一般都是由于不規(guī)范布線所引起的。如果由于現(xiàn)場的限制,必須要進行星型連接或者樹形連接,可以使用深圳市富永通科技有限公司的485集線器和485中繼器解決相關(guān)問題,相關(guān)參考頁面如下:485總線星型連接,485總線樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
  •   5.485總線必須要接地。在很多技術(shù)文檔中,都提到485總線必須要接地,但是沒有詳細(xì)的提出如何接地。嚴(yán)格的說,485總線必須要單點可靠接地。單點就是整個485總線上只能是有一個點接地,不能多點接地,因為將其接地是因為要將地線(一般都是屏蔽線作地線)上的電壓保持一致,防止共模干擾,如果多點接地適得其反。可靠接地時整個485線路的地線必須要有良好的接觸,從而保證電壓一致,因為在實際施工中,為了接線方便,將線剪成多段再連接,但是沒有將屏蔽線作良好的連接,從而使得其地線分成了多段,電壓不能保持一致,導(dǎo)致共模干擾。
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