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转 RS-485信号超长距离通讯解决方案  

2010-05-05 12:49:45|  分类: 串行通信 |  标签: |举报 |字号 订阅

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1:解决方案简介:
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-2V~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,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。
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式,二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的,RS-485是-7V至+12V之间,而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范,所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。
由于RS-485规范出现的时间比较早,尽管这种标准现在仍然普遍应用在工业自动化、安放监控、数据采集、等等诸多的领域,但它也有其先天的缺陷,那就是它的电气标准的限制,导致RS-485信号只能进行主、从结构的轮询方式通讯,通讯的实时性和可靠性稍差。同时在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。虽然RS-485也是总线制通讯方式,但它的通讯距离也只在1200米左右而形成信号的衰减,通常情况下,系统需要另外串接RS-485的光电隔离中继器来做信号放大,如果距离更远,那么RS-485中继器就需要像“接力棒”一样,在每个RS-485信号衰减处,安装RS-485光隔中继器来解决信号传输问题。但这种解决方案有个重要的问题需要解决,因为没加一个RS-485的光电隔离中继器,那么都需要在串接电给中继器载入用以驱动的外接电源。但各种各样的应用中,并不是每个衰减点有可能方便的接入电源(比如在煤矿的井下系统)。基于这个现状,会有用户采用光纤通讯的方式。但这个方案明显存在着布线昂贵,接口设备通常价格也比较高的问题。
我公司根据客户的需求,现在提供了一个RS-485在以双绞线作为通讯介质,半双工通讯、低速率模式下,可以将RS-485信号传送10公里以内的解决方案,产品名称为RS-485 Short Haul Modem.此方案不仅可以解决RS-485点对点通讯,而且还可以组成带有节点的总线制结构,此种通讯方式和通常的RS-485总线类似,在网络中每个挂有RS-485 Short Haul Modem的RS-485接口设备,甚至于挂接我公司生产的RS-232 Short Haul Modem的RS-232设备,均可与上位主控计算机以轮询的方式通讯。
为保证网络的安全性,我公司提供的RS-485 Short Haul Modem为工业级标准设计,不仅仅是信号的光电隔离,而且电源也是DC-DC隔离转换,并带有抗雷击元器件用以做突波保护。我公司所生产的RS-485 Short Haul Modem 和RS-232 Short Haul Modem, 其核心原理就是将RS-485或是RS-232电平转换成为CAN(Controller Area Network)总线电平,远端的RS-485 Short Haul Modem 或RS-232 Short Haul Modem,再由CAN电平转换成为RS-485电平或RS-232电平,从而完成了RS-485或是RS-232信号的超远距离传输。因为众所周知,CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。所以采用这种方式来解决RS-232/485超远距离的通讯,不失为一种稳定、可靠而且经济的解决方案。 在RS-485超远程的解决方案中,由于其产品性能的稳定可靠与低功耗的特征,现已批量的应用于煤矿的井下考勤监控系统中去。客户将我公司生产的RS-485 Short Haul Modem 封装在其符合本安认证的控制箱内,在距离3000-6000米范围内,以9600BPS通讯速率下,完成了煤矿井下监控设备与井上监控主机的RS-485通讯。经实际运行,通讯非常稳定可靠。
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