从以上内容可以看出,EIA-485本身只是物理层的接口规范,它只是规定了物理接口的机械、电气特性等,并没有对通信中的链路连接、网络控制权问题做出相关规定,因而在实际应用中,由485端口所形成的485网络往往还需要同自定义通信协议或其他规范中的高层通信协议结合使用。或者说,485规范只是某些工业数据通信标准的组成部分。
一些现场总线采用EIA-485规范作为其物理层的接口标准,例如IEEE-1118通用主从协议、Profibus、美国加热、制冷和空调工程师协会的BACnet,汽车工程师协会的SAEJ1708等协议的物理层都沿用了EIA-485规范。
在485网络中,每个接点都具有发送和接收的能力。但同一时刻只能有一个节点向总线上发送报文。每个节点应该能够识别出发送给它的报文,能对它应该接收的报文作出响应,并忽略其他报文。节点还应该能检测出通信出错,即当没有收到它应该接收到的数据,收到了它不理解的出错数据等。
3.5.4.2 网络拓扑
多个485端口互联形成网络时,接点间的连接方式也会影响信号质量。工业数据通信中的485网络大多数采用总线或树型拓扑。图3-34表示了总线拓扑和树型拓扑的连接示意图。
如果485网络中的每个节点都具有全双工端口,还可以使用环型拓扑。
按EIA-485的规定,一个网段最多可以连接32个单位负载。如果应用需要超过了这个限制,可以将中继器作为一个节点,让中继器重新生成485信号,这样又可以再连接32个单位负载。采用中继器还可以扩展网段的长度,使传输距离超过规定的1200m。
图3-34 总线型拓扑和树型拓扑
3.5.4.3 添加地线
从上节对EIA-485内部电路的分析可以看到,节点间的信号传输需要通过接地线形成电流通路。节点连接中添加一根接地线是确保节点间形成接地通路的可行方法。这时需要用3根导线作为节点间的总线通路。
EIA-485规范建议,在每个接点的信号地与接地线之间串接一个100Ω、0.5W的电阻。通过这个电阻来限制接地线中的电流,以保护元器件不至于出现过电流。添加地线和接地电阻后节点间的连接如图3-35所示。(www.xing528.com)
由于485网络的节点一般比较分散,为了削弱电气噪声对信号传输的影响,在一些应用场合还需要采取措施实现节点间的电气隔离。图3-36画出来完全隔离、大地隔离两种电器隔离电路。
图3-35 添加地线和接地电阻
图3-36 两种电气隔离电路
(a)全隔离;(b)大地隔离,浮动电压
3.5.4.4 电气隔离
节点间电气隔离最有效的方法是实现完全隔离,包括信号隔离与电源隔离。例如采用变压器耦合的方式实现电源隔离,采用光耦合的方式实现信号隔离,并使总线中的地线不与任何节点的信号地或大地相连,以避免不同节点处接地电压差异的影响。
图中另一种节点间电气隔离的方法是大地隔离。它只是简单地将网络节点及其连接跟大地断开,使它们浮动于大地。各个节点之间并没有实现隔离,因而它的效果比不上完全隔离,但在某些希望隔离大地变化的应用场合已经够用了。
3.5.4.5 屏蔽与接地
有些电缆带有金属屏蔽层,屏蔽电缆用金属屏蔽将导线裹于其内。这样可以有效阻止电磁干扰对导线上通信信号的影响。屏蔽层通常只在一点接地,如果系统使用单一电源,屏蔽地就在该电源附近。
采用屏蔽电缆会为网络系统的工作提供更好的环境,但并不要求EIA-485网络一定要采用屏蔽电缆,非屏蔽电缆在许多EIA-485网络中也得到了成功的运用。
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