RS-485簡述
電子工業協會EIA 于1983 年制訂并發布RS-485 標準,并經TIA—通訊工業協會修訂后命名為TIA/EIA-485-A,習慣地稱之為RS-485。RS-485是為彌補RS-232 通信距離短、速率低等缺點而產生的。RS-485只規定了平衡驅動器和接收器的電特性,而沒有規定接插件、傳輸電纜和應用層通信協議。因而在當時看來是一種相對經濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠和寬共模范圍的通信平臺。
在過去的20年的時間里,建議性標準RS-485 作為一種多點差分數據傳輸的電氣規范,被應用在許多不同的領域,作為數據傳輸鏈路。目前,在我國應用的現場總線中,RS-485半雙工、全雙工異步通信總線也是被各個研發機構廣泛使用的數據通信總線。但是基于在RS-485總線上只能有一個主機的特點,它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。
由于RS-485總線本身存在的許多局限性,隨著科技的發展,RS-485的總線效率低、系統的實時性差、通訊的可靠性低、后期維護成本高、網絡工程調試復雜、傳輸距離不理想、單總線可掛接的節點少、應用不靈活等缺點慢慢的暴露出來。雖然許多工程師、生產廠商等提出了改進的方法和建議,但都不能從根本上解決RS-485這些先天性的問題。于是應用RS-485的生產廠商開始尋求一種更好的、更徹底的解決方案。
CAN-bus總線在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、成本低等方面有著明顯的優勢,成為業界最有前途的現場總線之一。
據CIA統計2001年,僅在歐洲就銷售了超過1億個CAN-bus節點,幾乎淘汰了所有的RS-485系統。但在國內基于歷史或者其他的原因,大多數的廠商、工程師在設計產品、工程立項時第一想到的是應用RS-485總線系統,這不能不說是一種遺憾。所以在國內的RS-485總線,仍然會有一段生命周期。
在此,提出RS-485網絡升級方案,用以拋磚引玉,期越來越多的工程師、生產廠商加入到更先進CAN-bus總線行業。
解決方案
RS-485總線網絡與CAN-bus總線網絡的互聯
CAN-bus總線網絡完全替代RS-485總線網絡
RS-485\CAN-bus優缺點比較
通過上表比較可知,RS-485網絡除了硬件成本、開發難度比CAN-bus網絡稍具優勢外,其他性能方面都沒有可比性。周立功公司具有非常周到的CAN-bus技術支持,為客戶開發CAN-bus總線提供詳細的方案。在產品更新速度特別快的今天,如果將產品的上市時間、產品的后期維護、軟件開發難度等計算在一起,RS-485的硬件成本優勢也變得不十分明顯。因而用CAN總線取代RS-485總線是一種比較徹底的方案。
RS-485總線網絡與CAN-bus總線網絡的互聯
一下子完全放棄RS-485網絡系統有困難的,尤其是在已經具有現成的硬件網絡中。因此,可以考慮一種折衷的、暫時的方法,就是在保留現有RS-485系統硬件結構的基礎上,添加一個CAN-bus接口。這里,可以選擇CAN485智能轉換器,來實現RS-485網絡與CAN網絡的互聯。
CAN-bus總線網絡完全替代RS-485總線網絡
對于系統性能、實時性、可靠性要求高的場合可以考慮完全摒棄RS-485系統,來構建一個新的CAN-bus系統。
構建CAN-bus系統需要考慮網絡布局、節點電路的設計、開發工具的選擇等。
網絡布局
基于CAN-bus與RS-485在電氣特性、網絡拓撲、傳播媒體等有太多相似的地方,所以CAN-bus網絡替換RS-485網絡是非常方便、節省成本的。圖5-1和圖5-2分別為CAN-bus和RS-485建議的電氣連接圖。
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圖5-1 CAN-bus建議的電氣連接圖
圖5-2 RS-485典型的2線制網絡連接圖[/align]
從上圖比較可知,CAN與RS-485的網絡拓撲一般都采用終端匹配的總線型結構,而且也都沒有規定總線電纜的機械和材料參數。如果RS-485的傳播媒體是光纖,那么原有的網絡布局不需要作任何的改動(包括網線),只需要用CAN節點來替換RS-485節點即可;但是如果是應用雙絞線(屏蔽或不屏蔽)則CAN網絡必須要滿足如表5-1所示的物理媒體參數。 如果舊的RS-485網絡的雙絞線(屏蔽或不屏蔽)不符合表中的參數,為了獲得最佳的系統性能,那只有重新鋪設網絡電纜,并用CAN節點來替換RS-485節點。
實際的RS-485系統中,大多數雙絞線的阻抗特性在102Ω至120Ω之間,如果系統中應用的波特率不是很高、傳輸距離不是很遠,則可以保留原有的網絡電纜,要注意網絡兩端的終端電阻值為120Ω左右。
表5-1 符合CAN網絡的雙線(屏蔽或不屏蔽)的物理媒體參數