RS485接地问题怎么解决？

RS485总线具体哪些特点？
RS485接地问题怎么解决？

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李彬

2022-2-14 11:40:27

一、简介

RS485是数据信号采用差分传输方式的串行总线
rs485接线时，一般应采用手牵手的总线拓扑结构，最好不要采用星型拓扑结构
通信最常见为modbus协议，采用问答式，由主机一个一个查询，从机被动回答。
二、信号表示

· 逻辑1：两线间的电压差为+(2-6)V；
· 逻辑0：两线间的电压差为-(2-6)V；
RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，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，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-2V6V，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，而在RS-422中这是可用可不用的。‘’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。

三、特点

· 最高数据传输速率为10Mbps
· RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰、噪声干扰；
· 最大传输距离3km；
· 总线上允许连接多达128个收发器；
· 在长距离传输时，RS485需要接2个终端电阻，阻值要求等于传输线的特性阻抗。
MCU管脚输出TTL电平,TTL电平的意思是，当MCU管脚输出0电平时，一般情况下电压是0V，当MCU管脚输出1电平时，电压是5V。因TTL电平的是由一条信号线，一条地线产生，信号线上的干扰信号会跟随有效信号传送到接收端，使得有效信号受到干扰，485通讯实际上是把MCU出来的TTL电平通过硬件层的一个转换器芯片进行转换:

把MCU出来的一条的TTL信号经过芯片转换为两根线(线A、线B)上的信号。当MCU给转换器输入低TTL电平时，转换器会使得B的电压比A的电压高，反之，A的电压比B的电压高。
485协议规约两条电平线上差值为多少表示0或者1，电压是通过仪表可以测量得到的，所以说RS-485是硬件层协议。
485协议的接收端可能是另一个MCU，MCU管脚也只接受TTL电平，转换芯片过来的是两条线的电压，所以需要对此两条线差分电压转换为TTL电平。

把TTL转为485，实质是一个集成芯片，其间无任何程序代码，纯粹硬件逻辑。同理，将485电平转为TTL也是如此。现在很多芯片把接收和转换都集成到一块IC，注意，转换器和接收器依旧是没有同时工作的，常见的转换芯片是MAX485。
可以这样理解，硬件层协议是公路，路的目的是为了让车辆能够过去。

半双工通讯
首先了解什么是单工通讯，单工通讯是指数据只能朝着一个方向传输的通讯方式。而半双工通讯则是指对于通讯两端，不能同时相对方法发送数据，必须错开时间段发送。
RS-485的通讯线只有2条，且这两条通讯线在一次传输中都需要用到，因此485只可实现半双工通讯。485实现半双工通讯，会遇到一个问题，MCU1向MCU2发数据时，并不知道线上是否正传来MCU2数据，因为没有其他线可用来判断对方的收发状态，那么可能也会导致数据冲突。因此，RS-485要实现半双工通讯，就需要上层的软件协议加以规约，也就是做到”不能你想发数据就发数据”。可以理解，软件层协议就好像交通规则，它能让数据有序传输。

四、接地问题

很多情况下，我们连接RS485通信链路只是将接口A、B端连接起来，而忽略了信号地的连接，这种情况虽能正常工作，却有很大的隐患，原因如下：
1、共模干扰问题：正如前文已述，RS-422与RS-485接口均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，如RS-485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。例如，当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统，存在着地电位差VGPD。
那么，接收器输入端的共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏甚至数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并在传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。
2、（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。
由于上述原因，RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻的信号地。一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。

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