CN107122322A - 一种改进二线制rs‑485的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进二线制RS‑485的通信方法，包括以下步骤：(1)首先在RS‑485通信主线路与支路间将原有的连接支路断开；(2)然后根据线路状况选取合适的匹配电阻串联在支路与主线路的连接处；(3)在选择串接匹配电阻时只需要保证线路工作电压在RS485芯片工作范围内可以适当串入匹配电阻。本发明针对RS‑485通信不能存在短路点的缺点对RS‑485通信线路进行串联匹配电阻改正，增强了RS‑485抗干扰能力，同时有效解决了二线制RS‑485通信中支路一点短路会导致整套通信系统瘫痪问题，保证非故障支路的正常运行。

Description

一种改进二线制RS-485的通信方法
技术领域
本发明涉及一种通信方法，尤其涉及一种改进二线制RS-485的通信方法。
背景技术
因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络一般只需二根连线，所以RS-485接口均采用屏蔽双绞线传输。另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力，而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器，实际最多可达400个收发器，即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。应用RS-485可以联网构成分布式系统，而RS-485的“节点数”主要是依“接收器输入阻抗”而定。而在这样的庞大系统中连线或仪器故障等在所难免，而RS-485通信一点短路就会造成总体通信中断，影响整个网络运行，且查找比较困难。
发明内容
为了解决上述问题中的不足之处，本发明提供了一种改进二线制RS-485的通信方法化计算方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种改进二线制RS-485的通信方法化计算方法，包括以下步骤：
(1)首先在RS-485通信主线路与支路间将原有的连接支路断开；
(2)然后根据线路状况选取合适的匹配电阻串联在支路与主线路的连接处；
具体选取方法如下：根据反射原理，通常在线路终端匹配电阻RL不匹配的情况下会产生反射，反射系数与线阻Z0和终端匹配电阻RL有关：如果RL＝Z0，那么反射系数的大小就是0，反射不存在；如果走线开路，则RL无限大，反射系数就是RL/RL＝1，此时意味着100％反射，如果外部施加5V信号，则反射回来的信号是5V，线路上的电压信号是10V；如果短路，则反射系数为-Z0/Z0＝-1，如果线路本来+5V电压，反射为-5V，则累加值的和为0V；
(3)在选择串接匹配电阻时只需要保证线路工作电压在RS485芯片工作范围内可以适当串入匹配电阻，由于在支路短路时主线路不受影响，其他支路仍然可以维持正常通信，这样匹配电阻使主线路和支路形成隔离，避免主线路受到支路短路的影响。
上述步骤(3)中，RS485芯片工作范围内的线路工作电压需满足的上限为：匹配电阻需要保证在信号变化时满足RS-485通信主线路中AB线间反向具有200mV的电压差，下限为：在整个线路中无信号传输且支路短路时应能保证主线路通信线间电压大于200mV。
上述步骤(2)中，由于所串接的匹配电阻与支路中从机点构成串联回路，因此对支路的带负载能力有一定的削弱作用，可采用以下两种解决方法：
在通信点和主机的通信线路设计中适当调整，以提高通信线间的差模电压；或者，在选取匹配电阻的阻值时折中考虑匹配电阻的隔离能力和支路的带负载削弱作用，选择其中几个易出错设备或者工作条件恶劣支路加入匹配电阻来进行隔离，从而将主网分成几个部分。
本发明针对RS-485通信不能存在短路点的缺点对RS-485通信线路进行串联匹配电阻改正，增强了RS-485抗干扰能力，同时有效解决了二线制RS-485通信中支路一点短路会导致整套通信系统瘫痪问题，保证非故障支路的正常运行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
本发明具体包括以下步骤：
(1)首先在RS-485通信主线路与支路间将原有的连接支路断开；
(2)然后根据线路状况选取合适的匹配电阻串联在支路与主线路的连接处(参考图1)；
具体选取方法如下：根据反射原理，通常在线路终端匹配电阻RL不匹配的情况下会产生反射，反射系数与线阻Z0和终端匹配电阻RL有关：如果RL＝Z0，那么反射系数的大小就是0，反射不存在；如果走线开路，则RL无限大，反射系数就是RL/RL＝1，此时意味着100％反射，如果外部施加5V信号，则反射回来的信号是5V，线路上的电压信号是10V；如果短路，则反射系数为-Z0/Z0＝-1，如果线路本来+5V电压，反射为-5V，则累加值的和为0V；
(3)在选择串接匹配电阻时只需要保证线路工作电压在RS485芯片工作范围内可以适当串入匹配电阻，由于在支路短路时主线路不受影响，其他支路仍然可以维持正常通信，这样匹配电阻使主线路和支路形成隔离，避免主线路受到支路短路的影响。
具体运用中，RS485芯片工作范围内的线路工作电压需满足的上限为：匹配电阻需要保证在信号变化时满足RS-485通信主线路中AB线间反向具有200mV的电压差，下限为：在整个线路中无信号传输且支路短路时应能保证主线路通信线间电压大于200mV。例如：我们在选择匹配电阻时只需要保证线路工作电压在RS485芯片工作范围内可以适当串入电阻：为保证通信，线路电圧按0.7V以上计算，如果终端匹配电阻100Ω，则有(100-Z0)/(100+Z0)>-(0.7+0.2-0.2)/(0.7+0.2),则线阻应小于800Ω可以满足两线电压大于200mV，因此我们匹配电阻小于800Ω既可以实现正常通信。
在具体实验中，我们对匹配电阻阻值调整到2KΩ时，各个通信点均为故障；当匹配电阻调整为1KΩ时，连续4天的测试中通信存在不稳情况；当匹配电阻调整为510Ω时，连续4天的测试中通信无误报情况；当匹配电阻为10Ω时，一点短路时整体通信故障。由于电阻太小当短路时会拉低总线电平，导致无法工作；如果太高则线路实际预留的走线阻抗太小，不利于长距离通信，因此我们取510Ω左右已经足够实现通信正常使用。
此外，由于所串接的匹配电阻与支路中从机点构成串联回路，因此对支路的带负载能力有一定的削弱作用，本发明提出了以下两种解决方法：
在通信点和主机的通信线路设计中适当调整，以提高通信线间的差模电压。如将线路中的差模电压采用放大器提高到2～5V，则会相应提高反射系数的允许范围，在相同的通信环境下AB线间的电压差更容易达到200mV，进而提高线路的稳定性。
或者，在选取匹配电阻的阻值时折中考虑匹配电阻的隔离能力和支路的带负载削弱作用，选择几点加入匹配电阻来进行隔离，从而将主网分成几个部分。由于匹配电阻的隔离相当于增加电路的线路阻抗，会导致带负载能力下降，如果线路中所带点数较多，可以选取其中几个易出错设备或者工作条件恶劣支路进行隔离，以便当这些支路出现短路等故障时整体线路可以正常运行。选用几点隔离也可以保证线路的整体带载能力不会大幅度下降。此外，还可以同时改变串联的匹配电阻的阻值，提高反射后的剩余电压，根据线路的长短选取适当的串联匹配电阻的阻值。如距离小于100米，1mm2线则可以忽略线阻，直接选取510Ω左右电阻，而线路超过1000米时，则可以选取阻值适当降低，选取480Ω或者更低一点电阻。
我公司用电力监控系统针对16个从机点采取此实验，在电路中对每一从机支路串入510Ω电阻，并对部分从机不定时进行短路或断路，连续工作4天无误报，整个系统运行稳定,且可以检测到支路路障，故障支路对非故障支路通信无影响，方案整改通过测试。
本发明正常工作方式与改进前RS485通信连接方法相同，但是由于匹配电阻使主线路和支路形成隔离，避免主线路受到支路短路影响。当支路短路时，主机会仅在轮询到电阻隔离的故障支路时才会出现故障提示，查找容易，而此支路以外的其他支路正常运行，不会像改进前那样一点短路整体通信瘫痪。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种改进二线制RS-485的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先在RS-485通信主线路与支路间将原有的连接支路断开；
(2)然后根据线路状况选取合适的匹配电阻串联在支路与主线路的连接处；
具体选取方法如下：根据反射原理，通常在线路终端匹配电阻RL不匹配的情况下会产生反射，反射系数与线阻Z0和终端匹配电阻RL有关：如果RL＝Z0，那么反射系数的大小就是0，反射不存在；如果走线开路，则RL无限大，反射系数就是RL/RL＝1，此时意味着100％反射，如果外部施加5V信号，则反射回来的信号是5V，线路上的电压信号是10V；如果短路，则反射系数为-Z0/Z0＝-1，如果线路本来+5V电压，反射为-5V，则累加值的和为0V；
(3)在选择串接匹配电阻时只需要保证线路工作电压在RS485芯片工作范围内可以适当串入匹配电阻，由于在支路短路时主线路不受影响，其他支路仍然可以维持正常通信，这样匹配电阻使主线路和支路形成隔离，避免主线路受到支路短路的影响。
2.根据权利要求1所述的改进二线制RS-485的通信方法，其特征在于：上述步骤(3)中，RS485芯片工作范围内的线路工作电压需满足的上限为：匹配电阻需要保证在信号变化时满足RS-485通信主线路中AB线间反向具有200mV的电压差，下限为：在整个线路中无信号传输且支路短路时应能保证主线路通信线间电压大于200mV。
3.根据权利要求1或2所述的改进二线制RS-485的通信方法，其特征在于：上述步骤(2)中，由于所串接的匹配电阻与支路中从机点构成串联回路，因此对支路的带负载能力有一定的削弱作用，可采用以下两种解决方法：
在通信点和主机的通信线路设计中适当调整，以提高通信线间的差模电压；
或者，在选取匹配电阻的阻值时折中考虑匹配电阻的隔离能力和支路的带负载削弱作用，选择其中几个易出错设备或者工作条件恶劣支路加入匹配电阻来进行隔离，从而将主网分成几个部分。
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