RS485通讯指南

Olga Weis Oct 19, 2021

RS485 是一种通用的通信标准，广泛用于数据采集和控制应用中。它的主要优点之一是它允许将多个 RS485 设备放在同一条总线上，这使得多个节点可以相互连接。

本文涵盖了 RS-485 通信的一些最常见问题，并说明了什么是 RS485 通信以及为什么 RS-485 通信仍然如此流行。

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什么是 RS-485？

RS-485（目前称为EIA/TIA-485）是通信物理层的标准接口，一种信号传输方式，OSI（开放系统互连）模型的第一级。创建 RS-485 是为了扩展 RS-232 接口的物理功能。

串行 EIA-485 连接是使用两根或三根电线的电缆完成的：一根数据线、一根带反转数据的电线，通常还有一根零线（接地，0 V）。这样，发射器和接收器通过 22 或 24 AWG 实心线的双绞线电缆交换数据。

这里的主要思想是通过两根电线传输一个信号。当一根电线传输原始信号时，另一根电线传输其反向副本。这种传输方法提供了对共模干扰的高抵抗力。用作传输线的双绞线可以是屏蔽或非屏蔽的。

RS485能跑多远？

建立在 RS-485 接口上的通信网络由通过双绞线（两条双绞线）连接的收发器组成。 RS-485接口的基本原理是差分（平衡）数据传输。这意味着一个信号通过两根电线传输。这样，一对中的一根线传输原始信号，另一根传输其反向副本。

作为差分信号传输的结果，导线之间总是存在电位差。这确保了对共模干扰的高抵抗力。另外，双绞线可以屏蔽，保证传输数据的保护。所有这些都允许以相对较高的速度远距离发送数据，在 4000 英尺处可以达到 100 kbits/s。

4000 英尺或大约 1200 米是 RS-485 通信中的最大电缆长度。但是，一般准则是线路长度（以米为单位）和数据速率（以每秒比特数为单位）的乘积不应超过 10^8。例如，20 米长的电缆允许的最大数据速率为 5 Mbits /秒。

RS485通讯协议是什么？

当 RS485 通信线路在物理层准备好运行时，是时候考虑数据传输协议——系统设备之间关于数据包传输格式的协议。

由于 RS-485 接口的性质，RS-485 设备不能同时发送和接收数据，因为这会导致发送器的冲突。因此，确定性行为是强制性的，以避免数据包的冲突。

在 RS485 通信协议中，命令由定义为主站的节点发送。连接到主站的所有其他节点都通过 RS485 端口接收数据。根据发送的信息，线路上的零个或多个节点响应主站。

话虽如此，这种类型的通信并不是通过 RS485 协议交换数据的唯一可能方式。 RS485 网络还有其他一些实现方式，其中每个节点都可以自行启动数据传输。但是，在此类网络中可能丢失数据的风险更高。

RS-485通讯：主要特点

尽管有各种各样的现代替代解决方案，但今天 RS-485 技术仍然是许多通信网络的基础。 RS-485接口的主要优点是：

通过一对双绞线进行双向数据交换；
支持连接到同一条线路的多个收发器，即创建网络的能力；
通讯线长；
高传输速度。

现在，让我们仔细看看 RS-485 通信的主要特点：

双向半双工数据传输

串行数据流可以在一个方向传输，数据传输到另一侧需要使用收发器。收发器（通常称为“驱动器”）是在发射器侧形成物理信号的设备或电路。

对称通信通道

接收或传输数据需要两条等效的信号线。电线用于在两个方向（交替）交换数据。在双绞线电缆的帮助下，对称通道显着提高了信号的稳定性并抑制了有用信号产生的电磁辐射。

多点

RS-485通讯线可以连接多个接收器和收发器。同时，一个发送器和多个接收器一次可以连接到一根通信线路上。所有其他需要连接的发送器应等待通信线路空闲以进行数据传输。

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什么是 RS485 Modbus 协议？

RS485 通信与任何其他串行通信的主要区别之一是数据交换的格式。虽然 RS232 设备通过文本 (ASCII) 协议连接，但大多数 RS485 设备使用 Modbus。

Modbus 是一种被工业电子设备广泛使用的串行通信协议。在 Modbus 中，在主站（主机）和从站（基于 COM 的设备）* 之间建立连接。 Modbus 有助于访问设备的配置并读取测量值。

* 2020 年 7 月 9 日 Modbus 组织将 Master-Slave 替换为 Client-Server 来描述 Modbus 通信，其特点是客户端设备之间的通信，由客户端设备发起通信并向服务器设备发出请求，服务器设备处理请求并返回适当的响应（或错误消息）。

数据交换由主机发起。主机可以自行将其 RS-485 驱动程序切换到传输模式，而其他 RS485 驱动程序（从机）工作在接收模式。为了让从设备通过通信线路应答主机，“主设备”向它发送一个特殊命令，该命令使目标设备有权在一段时间内将其驱动程序切换到传输模式。

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Modbus 是用于设备相互交互的最简单的协议之一。同时对于设备制造商来说很容易实现，这是它盛行的主要原因，同时对于一个工程师、程序员来说却很难，因为它把所有实现的困难都推到了他的肩上。最终的解决方案，需要他处理寄存器和变量的多页表、它们的地址、各种读写和数据转换功能。

RS485 与 RS232：比较串行通信协议

RS485 和 RS232 串行通信协议已经使用了 50 多年，并且仍在整个商业和工业中广泛使用。扩展 RS232 标准的功能是开发 RS485 协议的动力。下表概述了这两个标准。

协议	RS232	RS485
协议类型	双工	半双工
信号类型	不平衡	均衡
设备数量	1 个发射器和 1 个接收器	多达 32 个发射器和 43 个接收器
最大数据传输	19.2Kbps 15 米	15 米 10Mbps
最大电缆长度	约 15.25 米，19.2Kbps	大约 1220 米，100 Kbps
输出电流	500mA	250mA
最小输入电压	+/- 3V	0.2V 差分

现在，让我们来看看这两种协议之间的主要区别。

发射器和接收器的数量

RS232 串行接口设计用于连接两个设备。该协议支持单个发射器和接收器之间的通信。使用 RS485 接口，最多可以将 32 个串行设备连接到一个变送器。

有效利用串行设备通常涉及在 RS232、RS485 和 USB 信号之间进行转换。部分原因是硬件制造商专注于提供 USB 连接，而不是笔记本电脑和台式机上的串行端口。转换使旧设备能够与缺少串行接口的新硬件共存。

操作距离

使用 RS232 协议的设备在发送器和接收器之间的距离限制为 15 米，同时仍能实现最大数据传输速率。如果可以容忍较慢的数据速率，则可以延长此长度。

RS485协议大大延长了操作距离。它支持 1200 米长度的最大数据速率，使 RS485 协议成为物理上相距遥远的设备之间通信的绝佳选择。

数据传输速度

RS232 接口的传输速度为 1Mb/s，传输距离可达 15 米。 RS485 在 15 米的距离内提供高达 10Mb/s 的更高速度。当达到 1200 米的最大长度时，RS485 协议以 100Kb/s 的速度传输数据。

电气噪声问题和接地电位

RS232 接口是一种基于电压电平的系统，在接地电位差异最小的情况下性能最佳。表现出高水平电噪声和可变接地电位的环境会影响 RS232 有效传输数据的能力，并可能导致数据丢失或损坏。

RS485 协议采用差分电压系统，使其能够在具有较高电噪声水平的环境中有效运行。差分电压系统的一个副产品是数据传输距离的延长、传输速度的提高以及 RS485 所见的更低电压的使用。

经常问的问题

1.什么是RS485？

RS-485接口（也称为EIA/TIA-485）是物理层通信的标准。物理层是通信通道和信号传输方式（OSI开放系统互连模型的第一层）。

2. RS 485 中的 RS 代表什么？

RS（推荐标准）是由电子工业协会在 60 年代开发的，以促进调制解调器和计算机终端之间的通信。

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