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    RS485電路及隔離技術:光電隔離RS485典型電路

    瀏覽次數:發布時間:2021-06-09

           一、RS485總線介紹
     
           RS485總線是一種常見的串行總線標準,采用平衡發送與差分接收的方式,因此具有抑製共模幹擾的能力。在一些要求通信距離為幾十米到上千米的時候,RS485總線是一種應用最為廣泛的總線。而且在多節點的工作係統中也有著廣泛的應用。
     
           二、RS485總線典型電路介紹
     
           RS485電路總體上可以分為隔離型與非隔離型。隔離型比非隔離型在抗幹擾、係統穩定性等方麵都有更出色的表現,但有一些場合也可以用非隔離型。
     
           91视频免费看就先講一下非隔離型的典型電路,非隔離型的電路非常簡單,隻需一個RS485芯片直接與MCU的串行通訊口和一個I/O控製口連接就可以。如圖1所示:
    RS485電路及隔離技術:光電隔離RS485典型電路
    圖1、典型485通信電路圖(非隔離型)
     
           當然,上圖並不是完整的485通信電路圖,91视频免费看還需要在A線上加一個4.7K的上拉偏置電阻;在B線上加一個4.7K的下拉偏置電阻。中間的R16是匹配電阻,一般是120Ω,當然這個具體要看你傳輸用的線纜。(匹配電阻:485整個通訊係統中,為了係統的傳輸穩定性,91视频免费看一般會在第一個節點和最後一個節點加匹配電阻。所以91视频免费看一般在設計的時候,會在每個節點都設置一個可跳線的120Ω電阻,至於用還是不用,由現場人員來設定。當然,具體怎麽區分第一個節點還是最後一個節點,還得有待現場的專家們來解答嗬。)TVS91视频免费看一般選用6.8V的,這個91视频免费看會在後麵進一步的講解。
     
           RS-485標準定義信號閾值的上下限為±200mV。即當A-B>200mV時,總線狀態應表示為“1”;當A-B<-200mV時,總線狀態應表示為“0”。但當A-B在±200mV之間時,則總線狀態為不確定,所以91视频免费看會在A、B線上麵設上、下拉電阻,以盡量避免這種不確定狀態。
     
           三、隔離型RS485總線典型電路介紹
     
           在某些工業控製領域,由於現場情況十分複雜,各個節點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式,具有一定的抗共模幹擾的能力,但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓,即大於+12V或小於-7V時,接收器就再也無**常工作了,嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。
     
           解決此類問題的方法是通過DC-DC將係統電源和RS-485收發器的電源隔離;通過隔離器件將信號隔離,徹底消除共模電壓的影響。實現此方案的途徑可分為:
     
         (1)傳統方式:用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構築電路;
     
         (2)使用二次集成芯片,如ADM2483、ADM2587E等。
     
           傳統光電隔離的典型電路:(如圖2所示)
    RS485電路及隔離技術:光電隔離RS485典型電路
    圖2、光電隔離RS485典型電路
     
           圖中91视频免费看以高速光耦6N137為例(當然隻是示意圖)來說明一下隔離型RS485電路。VDD與VCC485是兩組不共地的電源,一般用隔離型的DC-DC來實現。通過光耦隔離來實現信號的隔離傳輸,ADM487與MCU係統不共地,完全隔離則有效的抑製了高共模電壓的產生,大大降低了485的損壞率,提高了係統的穩定性。但也存在電路體積過大、電路繁瑣、分立器件過多、傳輸速率受光電器件限製等缺點,對整個係統的穩定性也有一定的影響。
     
           隔離型RS485器件來實現隔離傳輸:(如圖3所示)
     
    RS485電路及隔離技術:光電隔離RS485典型電路
    圖3、隔離型RS485芯片ADM2483應用圖
     
           ADM2483是ADI推出的隔離型485芯片,SOW-16封裝,內部集成了一個三通道的磁隔離器件和一個半雙工485收發器,2500V隔離電壓、傳輸速率500K、共模電壓抑製能力25KV/μS。但此電路仍需雙電源供電,因此也會在一定程度上存在電路體積過大的問題。(一般91视频免费看會在7腳接4.7K--10K的上拉電阻)
     
           完全隔離型RS485器件實現隔離傳輸:(如圖4所示)
     
    RS485電路及隔離技術:光電隔離RS485典型電路
    圖4、完全隔離型RS485/422芯片ADM2587E應用圖
     
           ADM2587E是ADI繼ADM2483之後,推出的單電源隔離型485芯片。SOW-20封裝,2500V隔離電壓,全/半雙工、傳輸速率500K、共模電壓抑製能力25KV/μS、±15KV的ESD保護。適合用於工控、電力、儀表、安防等各種485隔離場合。
     
           四、RS485總線保護電路
     
           隔離雖然能有效的抑製高共模電壓,但總線上還會存在浪湧衝擊、電源線與485線短路、雷擊等潛在危害,所以91视频免费看一般會在總線端采取一定的保護措施。
     
           一般91视频免费看會在VA、VB上各串接一個4~10Ω的PTC電阻,並在VA、VB各自對地端接6、8V的TVS管,當然也可用普通電阻與穩壓二極管代替。更多的還可以加熱保險絲、防雷的管,不過並不是說這些加的越多越好,具體要看實際應用,如果這些保護太多的話,也會影響到整個係統的節點數,與通信穩定性。
     
          五、485應用的一些小經驗
     
          1、收發時序不匹配
     
           485是半雙工的通信,收發轉換是需要一定的時間的,所以一般在收發轉換之間,和每發送完一幀數據之後,都要有相應的延時,如果出現收發不正常、或第一幀數據之後就出現誤碼現象,則可以適當的增加一下延時時間,以觀問題是否解決。
     
           2、R0接上拉電阻
     
           異步通信數據以字節的方式傳送,在每一個字節傳送之前,先要通過一個低電平起始位實現握手。為防止幹擾信號誤觸發RO(接收器輸出)產生負跳變,使接收端MCU進入接收狀態,建議RO外接10kΩ上拉電阻。
     
           3、合理選用芯片
     
           例如,對外置設備為防止強電磁(雷電)衝擊,建議選用TI的75LBC184等防雷擊芯片,對節點數要求較多的可選用SIPEX的SP485R。此外經91视频免费看實驗發現,ADI的非隔離型485芯片ADM487E、隔離型芯片ADM2483、ADM2587在多節點、防雷擊方麵也有著很好的表現。
     
           六、維護RS-485的常用方法
     
           1)若出現係統完全癱瘓,大多因為某節點芯片的VA、VB對電源擊穿,使用萬用表測VA、VB間差模電壓為零,而對地的共模電壓大於3V,此時可通過測共模電壓大小來排查,共模電壓越大說明離故障點越近,反之越遠;
     
           2)總線連續幾個節點不能正常工作。一般是由其中的一個節點故障導致的。一個節點故障會導致鄰近的2~3個節點(一般為後續)無法通信,因此將其逐一與總線脫離,如某節點脫離後總線能恢複正常,說明該節點故障;
     
           3)集中的供電RS-485係統在上電時常常出現部分節點不正常,但每次又不完全一樣。這是由於對RS-485的收發控製端TC設計不合理,造成微係統上電時節點收發狀態混亂從而導致總線堵塞。改進的方法是將各微係統加裝電源開關然後分別上電;
     
           4)係統基本正常但偶爾會出現通信失敗。一般是由於網絡施工不合理導致係統可靠性處於臨界狀態,最好改變走線或增加中繼模塊。應急方法之一是將出現失敗的節點更換成性能更優異的芯片;
     
           5)因MCU故障導致TC端處於長發狀態而將總線拉死一片。提醒讀者不要忘記對TC端的檢查。盡管RS-485規定差模電壓大於200mV即能正常工作。但實際測量:一個運行良好的係統其差模電壓一般在1.2V左右(因網絡分布、速率的差異有可能使差模電壓在0.8~1.5V範圍內)。
     
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