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使用3.3V供电的RS485接口完成远距离数据通信

在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中,通常使用串行通讯方式进行数据交换。最初的RS232接口,由于外界应用环境等因素,经常因电气干扰而导致信号传输错误。除此之外,RS232接口只能实现点对点的通信方

在工业操控、电力通讯、智能仪表等领域中,一般运用串行通讯办法进行数据交换。开始的RS232接口,因为外界使用环境等要素,经常因电气搅扰而导致信号传输过错。除此之外,RS232接口只能完成点对点的通讯办法,不具备联网功用,并且其最大传输间隔仅有15米,不能满意远间隔通讯要求。RS485则处理了这些问题,数据信号选用差分传输办法,最大传输间隔约为1219米,答应多个发送器连接到同一条总线上。

考虑到节能、低功耗等原因,体系电压由传统的5V转为3.3V,因而3.3V供电的RS485接口应运而生。

二、RS-485规范概述

RS-485数据信号选用差分传输办法,收、发端经过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当线路A高于线路B电平(VA-VB> +200mV)时,接纳端输出为逻辑高电平(RO=1);当线路A低于线路B电平(VA-VB<-200mV)时,接纳端输出为逻辑低电平(RO=0)。当驱动器的输入端逻辑电平为高(DI=1)时,线路A电平高于线路B电平;当驱动器的输入端逻辑电平为低(DI=0)时,线路A电平低于线路B电平。见图1。

图1:总线差模电压

三、低压RS-485网络电路的规划关键

1、共模搅扰

RS-485接口选用差分办法传输信号,一般收发器能够接受的共模电压规模为-7V至+12V,一旦共模电压超出此规模,将会影响通讯的可靠性,乃至损坏接口。因为每个体系都会有独立的地回路,在远间隔通讯条件下,体系间的地电位差VGPD将会很大。发送器的输出共模电压为VOC,那么接纳器输入端的共模电压VCM=VOC+VGPD,RS-485规范规则VOC小于等于3V,但VGPD的起伏可达十几伏乃至数十伏,并或许伴有强搅扰信号,导致接纳器的共模输入VCM超出正常规模,并在信号线上产生搅扰电流。处理此类问题的办法是:

a、经过带阻隔的DC-DC将体系电源和RS-485收发器的电源阻隔,如图2所示;

图2:低压3.3V阻隔电源计划图

b、经过光耦将信号阻隔,减小共模电压的影响。

选用该办法时,总线收发器的信号线和电源线与本地信号的电源是彼此阻隔的。

2、光耦阻隔电路

光耦往往是约束通讯数据波特率的主要要素,关于低速传输,可选用PS250、TIL117等。在高速电路规划中,能够考虑选用6N137、6N136等高速光耦,优化电路参数规划。光耦阻隔示意图如图3所示。图3中,电阻R3、R4假如选获得较大,将会使光耦的发光管由截止进入饱满状态的速度变慢;假如选获得过小,退出饱满将会变慢。不同类型的光耦及驱动电路,使得这两个电阻的数值略有差异,阻值的选取一般由试验来确认。

图3:光耦阻隔示意图

3、端接电阻

RS-485数据信号选用差分传输办法,信号在转化期间和转化之后会产生反射。数据的传输速率较低或许通讯间隔较近时,反射持续时刻较短,对接纳的逻辑电平没有影响,能够不必终端匹配。相反,假如数据的传输速率高或许通讯间隔较远时,反射持续时刻较长,则需求对总线进行终端匹配。

那么究竟在怎样的数据速率和电缆长度时需求进行总线匹配呢?一条经验性的原则是:当信号的转化时刻(上升或下降时刻)超越电信号沿总线单向传输所需时刻的3倍以上时无需进行终端匹配。

终端匹配有以下两种计划:

a、电阻匹配,在RS-485总线电缆的始端和结尾都并接终端电阻。端接电阻取120Ω,与双绞线电缆特性阻抗匹配。该计划比较简单,现在最为遍及。如图4所示。该计划的坏处在于,匹配电阻对功率耗费较大,不太合适对功耗约束比较严厉的体系。

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