RS485通信和Modbus通信协议的特点及应用

创思维 2021-11-28

前言

在工业控制、电力通信、智能电表等领域,通常采用串行通信进行数据交换。采用的第一种方法是 RS232 接口。由于工业现场的复杂性,各种用电设备在环境中会产生较多的电磁干扰,从而造成信号传输错误。另外,RS232接口只能实现点对点通讯,没有联网功能,最大传输距离只能达到几十米,无法满足远距离通讯的要求。

RS485 解决了这些问题。数据信号采用差分传输方式,可有效解决共模干扰问题。最大距离可达 1200 米,它允许多个收发器连接到同一条总线。随着越来越多的工业应用通讯,施耐德电气于1979年制定了工业领域的总线协议Modbus协议,现在工业上很多RS485通讯场合都使用Modbus协议,所以今天我们来了解一下RS485通讯和Modbus协议书。

1、RS485通讯

其实RS232比RS485早诞生了,但是RS232有几个缺点:

1、 接口的信号电平比较高,达到十几V,容易损坏接口电路的芯片,不兼容TTL电平。因此,如果连接到单片机电路,则必须增加转换电路。

2、 传输速率有限,所以不能太高。一般达到几十Kb/s就会达到极限。

3、接口使用信号线和GND,与其他设备形成共地模式通信。这种共地模式传输容易产生干扰,抗干扰性能比较弱。

4、 传输距离有限,通讯最多只有几十米。

5、 通讯时,只能通讯两点,无法实现多机网络通讯。

针对RS232接口的不足,一些新的接口标准不断出现,RS485就是其中之一,它具有以下特点:

1.逻辑“1”用两线电压差表示为+(2—6)V;逻辑“0”用两线电压差表示为-(2 —6) V表示,接口信号电平低于RS232C,不易损坏电路芯片,电平兼容TTL电平,可方便与TTL电路连接。

2.RS485通讯速度快,最高数据传输速率10Mbps以上

3. RS485内部物理结构采用平衡驱动器和搜索接收器的组合,大大增加了抗干扰能力。

4. 最大传输速率可达1200米左右,但其传输速率与传输距离成反比。只有低于100KB/s的传输速率才能达到最大通信距离。如果需要传输更远的距离可以使用中继。

5. 可以在总线上联网,实现多机通信,总线上允许多个收发器。从现有的RS485芯片,可以接32、64、12 8、256等不同的设备驱动。

RS-485采用平衡传输和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485采用半双工工作方式,任何时候只有一个点处于传输状态。因此,发射电路必须由使能信号控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以节省大量的信号线。RS-485的应用可以联网形成分布式系统,最多允许32个驱动器和32个接收器并联。在由 RS232 或 RS485 设备组成的设备网络中,如果设备数量超过 2 台,则必须使用 RS485 作为通讯介质。RS485网络的设备如果要交换信息,只能通过“Master”设备传输来实现。

RS485 有两线和四线连接。四线制只能实现点对点通信,现在很少使用。现在多采用两线制连接方式。这种接线方式是总线拓扑。同一总线上最多可连接 32 个节点。在RS485通信网络中rs485通讯协议,一般采用主从通信方式,即一个主多从。在很多情况下,连接 RS-485 通信链路只是简单地使用一对双绞线连接每个接口的“A”和“B”端。信号接地连接被忽略。这种连接方式在很多场合都能正常工作,但埋下了很多隐患。有两个原因:

(1)共模干扰问题:RS-485接口采用差分传输信号方式,不需要检测相对于某个参考点的信号,系统只需要检测两者之间的电位差然而,人们往往忽略了收发器有一定的共模电压范围,RS-485收发器的共模电压范围为-7~+12V,只有满足以上条件,整个网络才能正常工作,当网络线路中的共模电压超过这个范围时,会影响通信的稳定性和可靠性,甚至会损坏接口。

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