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深入了解RS485通信协议

来源:网络 作者:趣玩小编 发布时间:2024-09-11 10:14:35

大家好!我是付工。每次听到别人说RS485通信协议,就很想去纠正他。今天跟大家聊聊关于RS485的那些事。

首先明确一点,RS485不是通信协议,而是一种接口标准,它还有2个兄弟:RS232和RS422。RS是Recommend Standard的缩写,对于串口通信,目前工业领域主要使用RS232和RS485,RS422使用较少。RS485因为抗干扰、传输距离远、支持多节点等优点使用更为广泛。

RS485可以一对多,因此针对多台RS485设备,我们应该如何接线?首先,在电缆选择上,推荐使用屏蔽双绞线,型号为RVSP2*0.5(二芯屏蔽双绞线,每芯由16 股的0.2mm的导线组成),线材特性阻抗为120Ω。其次,正确的接线方法是手拉手菊花链式接法,如果通信距离较远(比如超过100米),应该在网络的起始端和末尾端各并接一个120Ω的电阻,以减少信号在两端的反射。

一条RS485总线上可以挂载多少个RS485设备,这个问题会经常被问到。具体的数量由RS485转换器的负载能力决定,正常来说,RS485芯片的负载能力有三个级别,这三个级别依次可以挂载32台、128台和256台。通常,我们使用的RS485转换器负载能力是32台,而且也不建议在一条RS485总线上挂载太多,挂载越多,出现问题处理越麻烦。如果设备确实很多,可以通过扩展RS485总线的数量来分担负载压力,比如100台RS485设备,分4个RS485总线,每个总线挂载25台。

从理论的角度来说,RS485在无中继的情况下,通信距离是1200米,但是这个是在理想情况下,理想情况是指通信电缆优质、波特率9600bps、只有一个RS485设备并且允许偶尔通信中断。实际情况,伴随着负载设备增多、通信电缆不达标、RS485转换器品质等外界因素影响,通信距离都会有所降低。正常来说,超过100米,就要考虑增加终端电阻,超过1000米,就要考虑增加RS485总线中继器。

ModbusRTU与RS485是什么关系?准确来说,两者应该是不同层级的关系,ModbusRTU是应用层一种通信协议,RS485是物理层的一种接口标准。我们常说的ModbusRTU通信,通常是指基于RS485,但是ModbusRTU协议也可以基于RS232/RS422,甚至可以基于以太网TCP/UDP。同时,RS485也不是ModbusRTU的专属,任何协议都可以基于RS485传输,至于能不能实现一主多从,要看协议层面有没有设计设备地址。一主多从的实现有两个条件,第一是物理层支持,第二是应用层支持,两者缺一不可。比如,我们物理层使用RS232,即使应用层使用ModbusRTU协议,也无法实现一主多从。

很多人提到Modbus协议,第一反应就是慢,这个是长期以来,口口相传的结果。究竟是否如此,我们来具体分析一下。通信速度主要受到两个因素的影响:数据量大小和硬件层的速度。数据量大小指的是需要传输的数据多少,而硬件层的速度则跟通信设备和网络基础息息相关,这两者共同决定了通信速度的快慢。举个例子,大家都经常取快递,整个耗时时间,跟快递数量多少、距离有多远以及我们使用的交通工具都是有关的。首先,Modbus是一种通信协议,是没有速度的说法的。如果真的要论速度,Modbus报文帧简单紧凑,表达同样一个意思,在不考虑安全性的前提下,Modbus可以用更少的报文来表达,而其他协议,可能报文要更复杂,数据量也更大。其次,硬件层的速度,这个与波特率及通信距离都有关系,因此如果真的说慢,你只能说串口通信慢,但不能说Modbus慢。

很多人一味地追求快,但是对于上位机来说,根本不需要太快,人眼能识别的动画是25帧/秒,即40ms,超过这个频率,你眼睛都识别不过来。另外一种情况,可能很多人是因为一主多从轮询,认为ModbusRTU通信速度慢。Modbus协议在报文层设计了设备地址,这样就可以配合RS485实现一主多从,一主多从可以简化布线、易于管理、节点成本。因此,在通信要求不高的情况,使用一主多从是一个非常好的方案,一主多从轮询机制必然会带来通信效率的降低。既然选择了这种方案,就需要接受它的缺点,如果接受不了这个缺点,就不要选择它。总之,我认为存在即合理,一个优秀的工程师,应该学会在正确的场景下选择正确的方案,最终达到自己的目的。

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