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1、提高串行总线的可靠性 1概述 在控制和监测系统中,虽然网络通信具有速度快、互通方便的特点得到大量使用,但是仍然有不少的设备没有或者不适合使用网络进行通信,这就需要有串口进行补充。 在RS-232、RS-422与RS-485串行数据接口标准中,RS-232串行总线标准存在的通信距离短、传输速率低等缺陷,在控制和监测系统中运用的范围愈来愈小。RS-422与RS-485串行数据接口标准采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰性好,传输距离远,速率高。由于这些特点,在各种的控制和监测系统中得到广泛的应用。 但在实际使用中,往往由于
2、控制和监测系统的设备数量多、通信线路远以及所处的特殊环境造成的各种干扰等,造成通信可靠性、稳定性不高,致使联网系统的质量得不到保证。本文从多方面分析了影响基于串口总线网络的多机系统通信可靠性的因素,并提出了有效的解决措施。 2RS-422与RS-485串行接口标准 2.1平衡传输 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-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
3、”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。 接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连,当在收端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。参见图1。 图1 2.2RS-422和RS-485电气规定 RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电
4、气特性”,它定义了接口电路的特性。图2是典型的RS-422四线接口,实际上还有一根信号地线,共5根线。允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。各装置之间任何的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)实现。 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,都采用平衡传输方式。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,参见图3。 而采用四线
5、连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。 RS-422和RS-485的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。 图2 图3 RS-422总线需要1个匹配电阻,接在传输电缆的最远端
6、。RS-485需要2个匹配电阻,接在传输总线的两端。两种总线匹配电阻阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需匹配电阻,即一般在300米以下不需匹配电阻。RS-422有关电气参数见表1[1]。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压和输入电阻不同,表1给出两者之间的性能进行比较。从表1可以看出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,但是RS-422的驱动器并不完全适用于RS-485网络。 3提高可靠性的措施 3.1RS-422与RS-485的拓扑结构
7、 RS-422可支持10个节点,RS-485支持32个节点,因此多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,不支持环形或星形网络。在构建网络时,应注意如下几点: 1)采用一条双绞线电缆作总线,将各个节点串接起来,从总线到每个节点的引出线长度应尽量短,以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。图4所示为实际应用中常见的一些错误连接方式(a,b,c)和正确的连接方式(d,e,f)。a,b,c这三种网络连接尽管不正确,在短距离、低速率仍可能正常工作,但随着通信距离的延长或通信速率的提高,其不良影响会越来越严重,主要原因是信号
8、在各支路末端反射后与原信号叠加,会造成信号质量下降。 图4 2)应注意总线特性阻抗的连续性,在阻抗不连续点就会发生信号的反射。下列几种情况易产生这种不连续性:总线的不同区段采用了不同电缆,或某一段总线上有过多收发器紧
