一、RS-485通讯原理
1)RS485的概念
RS-485是一个电气接口规范它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性而没有规定接插件传输电缆和通信协议。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信,它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的,因此许多不同领域都采用RS-485作为数据传输链路,它是一种极为经济并具有相当高的噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。
RS-485总线,即是采用RS-485串行数据接口标准连接一个或多个发送器至同一条总线上进行数据传输,具有多点、双向通信能力,同时,增加发送器驱动能力和冲突保护特性,扩展了总线共模范围。
2)传输过程
RS-485是一种在工业上作为数据交换的手段而广泛使用的串行通信方式,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,因此具有较强的抗干扰能力。它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B通常情况下,RS-485的信号在传送出去之前会先分解成正负对称的两条线路(即我们常说的A、B信号线),当到达接收端后,再将信号相减还原成原来的信号。
发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V,是一个逻辑状态;负电平在-2~-6V,是另一个逻辑状态;另有一个信号地C,在RS-485中还有一“使能”端。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时,发送驱动器处于高阻状态,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
接收器也与发送端相对的电平逻辑规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在接收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。
3)信号输出与接收
RS-485的信号在传送出去之前会先分解成正负对称的两条线路(即我们常说的A、B信号线),当到达接收端后,再将信号相减还原成原来的信号。
同样地,接收端在接收到信号后,将信号还原成原来的样子。如果此线路受到干扰时,在两条传输线上的信号会分别成为(D+)+Noise和(D-)+Noise,如果接收端接收此信号,它必须按照一定的方式将其合成,合成的方程式如下:
(DT)=[(D+Noise)]-[(D-)+Noise]=(D+)-(D-)
此方程中,干扰信号被抵消。
因此在RS-485网络传输中要求两根信号线缆必须进行对绞,进一步降低信号的共模干扰。
二、无极性485
传统的有极性RS485总线系统要求主从节点都要对总线进行阻抗匹配,因总线A、B两线不允许接错,故这种总线并联方式保障了采集器与电能表之间通信的稳定性。而无极性RS485总线系统因允许总线A、B两线反接,则要求总线必须预先决定AB极性,但每个从节点不能进行阻抗匹配,即总线上每台无极性RS485智能电能表都不能接上下拉电阻,AB总线的电平差只能由主节点(采集器)确定,即每个采集器必须接上下拉电阻。
我们可以看到GM3085N这款型号的485通讯芯片,就是一款无极性的485芯片,如下图所示,它在驱动端需要接电阻,接收端端不用接电阻。
RS485接口组成的半双工网络,一般只需两根连线,采用二线双端半双工差分电平发送与接收,无公共地线,抗共模干扰能力强,最大传输距离可达3000米。RS485接口在总线上可允许连接多达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。
在电能表的应用过程中,RS485有多种衍生方式,其主要目的在于降低硬件成本而简化应用电路,如将原标准使用方式中使能信号与数字输入信号分别控制的方式简化为用数字输入信号代替使能控制信号;或用同一信号通过高低电压调整来兼容两种信号。如下图是有记性485在电表中的应用部分电路图,一般来说,无极性RS485的设计思路为在原来有极性RS485设计思路的基础上,去掉了上下拉电阻R1、R3,同时芯片中增加极性判断及切换功能。
无极性电能表介入有极性网络,不会增加原网络的负载状况,与主端(采集器)通讯没问题;若是有极性电能表介入无极性网络,在不接错极性的情况下通信也没问题。这大大方便了现场安装接线及售后维护
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