【正文】 情况下，连接 RS485 通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的 “A”、 “B”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因： 第一个原因 共模干扰问题： RS485 接口采用差分方式传输信号 方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围， RS485 收发器共模电压范围为 7～ +12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。 第二个原因 EMI 问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如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。 由于 PC 机默认的只带有 RS232 接口，有两种方法可以得到 PC 上位机 的RS485 电路： a 通过 RS232/RS485 转换电路将 PC 机串口 RS232 信号转换成 RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离栅的产品。 b 通过PCI 多串口卡 ，可以直接选用输出信号为 RS485 类型的扩展卡。 电缆 编辑 在低速、短距离、无干扰的场合可以采用普通的双绞线，反之，在高速、长线传输时，则必须采用阻抗匹配（一般为 120Ω）的 RS485 专用电缆（ STP120Ω（ for RS485 amp。 CAN） one pair 18 AWG），而在干扰恶劣的环境下还应采用铠装型双绞屏蔽电缆（ ASTP120Ω（ for RS485 amp。 CAN） one pair 18 AWG）。在使用 RS485 接口 时，对于特定的传输线路，从 RS485 接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的 波特率 成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。理论上，通信速率在 100Kpbs 及以下时， RS485 的最长传输距离可达 1200 米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以 第 8 页 共 34页 加八个中继，也就是说理论上 RS485 的最大传输距离可以达到 公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个 光电转换器 ，多模光纤的传输距离是 5~10 公里，而采用单模光纤可达 50 公里的传播距离。 布网 编辑 在 RS485 组网过程中另一个需要注意的问题是终端负载 电阻 问题，在设备少距离短的情况下不加终端负载电阻整个网 络能很好的工作但随着距离的增加性能将降低。理论上，在每个接收数据信号的中点进行采样时，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这在实际上难以掌握， 美国MAXIM 公司有篇文章提到一条经验性的原则可以用来判断在什么样的数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号的转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间的 3 倍以上时就可以不加匹配。 一般终端匹配采用终端 电阻 方法， RS485 应在 总线 电缆的开始和末端都并接终端 电阻 。终接 电阻 在 RS485 网络中取 120Ω。相当于电缆特性阻抗的 电阻 ，因为大多数双绞线电缆特性阻抗大约在 100～ 120Ω。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配 电阻 要消耗较大功率，对于功 耗限制比较严格的系统不太适合。另外一种比较省电的匹配方式是 RC 匹配。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。 还有一种采用二极管的匹配方法，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能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量的目的，节能效果显著。 RS232 串口与 RS485 串口的区别 由于 RS232 接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点： （ 1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与 TTL 电平不兼容故需 使用电平转换电路方能与 TTL 电路连接。 （ 2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为 20Kbps；因此在 “南方的老树51CPLD 开发板 ”中，综合程序波特率只能采用 19200，也是这个原因。 （ 3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 （ 4）传输距离有限，最大传输距离标准值为 50 英尺，实际上也只能用在 50米左右。 针对 RS232 接口的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准， RS485就是其中之一，它具有以下特点： （ 1） RS485 的 电气特性：逻辑 “1”以两线间的电压差为 +（ 2—6） V表示；逻辑 “0”以两线间的电压差为 （ 2—6） V表示。接口信号电平比 RS232 降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与 TTL 电平兼容，可方便与 TTL 电路连接。 第 9 页 共 34页 （ 2） RS485 的数据最高传输速率为 10Mbps。 （ 3） RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 （ 4） RS485 接口的最大传输距离标准值为 4000 英尺，实际上可达 3000 米，另外 RS232 接口在总线上只允许连接 1 个收发器，即单 站能力。而 RS485 接口在总线上是允许连接多达 128 个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的 RS485 接口方便地建立起设备网络。 因为 RS485 接口组成的半双工网络，一般只需二根连线（我们一般叫 AB 线），所以 RS485 接口均采用屏蔽双绞线传输。 RS232/RS485 转换电路，由于有的设备是 232 接口的，有的是 485 接口的，如果有一台 232 接口的设备与一台 485 接口的设备通信，那就需要一个转换器，把 232 接口的设备的 232 信号转换成 485 信号，然后再与 485 接口的设备通信，这个转换 器就是 RS232/RS485 转换电路。如果是两台 232 接口的设备要进行远距离的通信，那只要加上两个 RS232/RS485 转换电路就可以了。 以上的 RS232/RS485 转换电路上采用从计算机串口偷电技术，市场上称之为“无源 RS232/RS485 转换电路 ”，而 “有源 RS232/RS485 转换电路 ”，电路原理图与上图差不多，只是电源部分改点而已。 Modbus 通讯协议 Modbus 协议简介 Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例 如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构 ,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在一 Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用 Modbus 协议发出。在 其它网络上，包含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。 （ 1）在 Modbus 网络上转输标准的 Modbus 口是使用一 RS232C 兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器 第 10 页 共 34页 能直接或经由 Modem组网。控制器通信使用主 —从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。 主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。 Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。从设备回应消息也由 Modbus 协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。如果在消息接收过程中发生一错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去 [7]。 （ 2）在其它类型网络上转输在其它网络上，控制器使用对等技术通信， 故任何控制都能初始和其它控制器的通信。这样在单独的通信过程中，控制器既可作为主设备也可作为从设备。提供的多个内部通道可允许同时发生的传输进程。在消息位， Modbus 协议仍提供了主 —从原则，尽管网络通信方法是 “对等 ”。如果一控制器发送一消息，它只是作为主设备，并期望从从设备得到回应。同样，当控制器接收到一消息，它将建立一从设备回应格式并返回给发送的控制器 [11]。 （ 3）查询 —回应周期 ，如图 21 所示。 图 21 主 —从查询 —回应周期表 查询消息中的功能代码告之被选中的从设备要执行何种功能。数据段包含 了从设备要执行功能的任何附加信息。例如功能代码 03 是要求从设备读保持寄存器并返回它们的内容。数据段必须包含要告之从设备的信息，从何寄存器开始读及要读的寄存器数量。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方 第 11 页 共 34页 法。 如果从设备产生一正常的回应，在回应消息中的功能代码是在查询消息中的功能代码的回应。数据段包括了从设备收集的数据，象寄存器值或状态。如果有错误发生，功能代码将被修改以用于指出回应消息是错误的，同时数据段包含了描述此错误信息的代码。错误检测域允许主设备确认消息内容是否可用 [10]。 Modbus 的两种传输方式 控制器能设置为两种传输模式（ ASCII或 RTU）中的任何一种在标准的 Modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数 [9]。 ASCII 模式 ，如表 21 所示。 表 21 ASCII 模式表 地址 功能代码 数量代码 数据1 ... 数据n LRC高字节 LRC低字节 回车 换行 RTU模式 ，如表 22 所示。 表 22 RTU 模式表 地址 功能代码 数 据数量 数据 1 ... 数据 n CRC 高字节 CRC 低字节 所选的 ASCII 或 RTU方式仅适用于标准的 Modbus 网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何解码。 在其它网络上（象 MAP 和 Modbus Plus） Modbus 消息被转成与串行传输无关的帧。 （ 1） ASCII 模式当控制器设为在 Modbus 网络上以 ASCII（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节都作为两个 ASCII 字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒 而不产生错误。代码系统 • 十六进制， ASCII 字符 0...9， A...F • 消息中的每个 ASCII 字符都是一个十六进制字符组成每个字节的位 • 1个起始位 • 7个数据位，最小的有效位先发送 • 1个奇偶校验位，无校验则无 • 1个停止位（有校验时）， 2 个 Bit（无校验时）错误检测域 第 12 页 共 34页 • LRC(纵向冗长检测 ) （ 2） RTU 模式当控制器设为在 Modbus 网络上以 RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节包含两个 4Bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率 下，可比 ASCII 方式传送更多的数据。代码系统 • 8位二进制，十六进制数 0...9， A...F • 消息中的每个 8 位域都是一个两个十六进制字符组成每个字节的位 • 1个起始位 • 8个数据位，最小的有效位先发送 • 1个奇偶校验位，无校验则无 • 1个停止位（有校验时）， 2 个 Bit（无校验时）错误检测域 • CRC(循环冗长检测 ) Modbus 的消息帧 两种传输模式中（ ASCII 或 RTU），传输设备以将 Modbus 消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开 始工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知何时信息已完成。部分的消息也能侦测到并且错误能设置为返回结果。 （ 1） ASCII 帧使用 ASCII 模式，消息以冒号（ :）字符（ ASCII 码 3AH）开始，以回车换行符结束（ ASCII 码 0DH,0AH）。 其它域可以使用的传输字符是十六进制的 0...9,A...F。网络上的设备不断侦测“:”字符，当有一个冒号
鄂ICP备17016276号-1