EIA-485(过去叫做RS-485或者RS4851)是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为2线、半双工、平衡传输线多点通信的标准。是由电信行业协会(TIA)及电子工业联盟(EIA)联合发布的标准。实现此标准的数字通信网可以在有电子噪声的环境下进行长距离有效率的通信。在线性多点总线的配置下,可以在一个网络上有多个接收器。因此适用在工业环境中。

EIA一开始将RS(Recommended Standard)做为标准的前缀,不过后来为了便于识别标准的来源,已将RS改为EIA/TIA2。电子工业联盟(EIA)已结束运作,此标准目前是电信行业协会(TIA)维护,名称为TIA-485,但工程师及应用指南仍继续用RS-485来称呼此一协议。

articles/2022/20221003164431_ea9280cbd9639f9ac59bb73bcd9cd54d.png

简介

EIA-485的电气特性和RS-232不一样。EIA-485使用缆线两端的电压差值来表示传递信号,不同的电压差分别标识为逻辑1及逻辑0。两端的电压差最小为0.2V以上时有效,任何不大于12V或者不小于-7V的差值对接受端都被认为是正确的。

EIA-485仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。EIA-485可以应用于配置便宜的区域网和采用单机发送,多机接受通信链接,使用和EIA-422类似的差动双绞线。它提供高速的数据通信速率(10m时35Mbit/s;1200m时100kbit/s)。有一个有关EIA-485的经验法则,是比特率乘以线长(单位为米)的乘积无法超过108,因此 50 m的在线速度不会超过2 Mbit/s3,在特定条件下,其数据通信速率可以到64 Mbit/s.4

EIA-485和EIA-422一样使用双绞线进行高电压差分平衡传输,它可以进行大面积长距离传输(超过4000英尺,1200米)。和EIA-422相对照的是,EIA-422采用不可转换的单发送端,EIA-485的发送端需要设置为发送模式,这使得EIA-485可以使用双线模式实现真正的多点双向通信。

EIA-485推荐使用在点对点网络中,线型、总线型,不能是星型、环型网络。假如必须要使用星型网络,可以配合特殊的RS-485 star/hub中继器,可以在多个网络中双向的监听资料,并且将资料再发送到其他的网络上。

典型的终接电阻以及偏置电阻线路。EIA-485标准没有标示终接电阻以及偏置电阻的阻值 理想情况下EIA-485需要2个终接电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗(一般而言,双绞线会是120 ohms)。没有特性阻抗的话,当所有的设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声,而且线移需要双端的电压差。没有终接电阻的话,会使得较快速的发送端产生多个数据信号的边缘,这其中的一些是不正确的。之所以不能使用星型或者环型的拓扑结构是由于这些结构有不必要的反映,过低或者过高的终接电阻可以产生电磁干扰(EMI)。有时在一组网络在线。会加上上拉及接地电阻(偏置电阻),若通信在线没有任何设备时,上面的资料可以有失效安全的机制。这样可以让网络在线有固定的偏置电压,节点较不容易在没有任何节点发送资料时,将在线的噪声解读成实际的资料。若没有偏置电阻,通信线处于浮接的状态,在所有节点都未发送资料或未供电时,最容易受到噪声的影响5

标准的范围及定义

EIA-485只规范了信号发生器及接收器的电气特性,只建议了物理层,没有指定或是建议任何的通信协议。EIA-485网络上的通信协议是由其他的标准来定义的。标准的前言建议参考「电信系统公告TSB-89」(The Telecommunications Systems Bulletin TSB-89),其中有包括资料传输速度、线路长度、短线长度及配置在内的应用指南。

EIA-485标准的的第四章定义了发生器(发送器或驱动器)、接收器、收发器和系统的电气特性。这些特性包括:单位负载(unit load)的定义、电压范围、开路电压、阈值和瞬态容差。其中也定义了三个发生器的信号线:"A"、"B"及"C"。"A"和"B"是用来传输资料,"C"是参考电压。这一章也用A和B信号线的极性来定义逻辑状态1(off)和0(on),若A电压比B要低(A-, B+),其状态为1,若反过来(A+, B-),其状态为0,不过标准中没有定义这两个状态的逻辑功能。

Master-slave架构

若在Master-slave网络架构中,会有一台设备做为master,启动所有网络活动,多半会由这一台来提供EIA-485的偏置电路,其他slave设备就不需偏置电路。在此配置下,master设备一般会在EIA-485网络中的中间点,而由网络最末端的两台slave提供终接电阻。master也可以在网络的最末端,本身提供终接电阻,但这是不好的网络拓扑6,因为master若在网络的中间,在运作上是最理想的,可以让信号强度最大,也可以提升线长及通信速度。若在多个设备加上偏置电路可能会违反EIA-485的规范,使得通信误动作。

全双工的应用

EIA-485类似EIA-422,可以透过用四条线达到全双工。不过因为EIA-485是多点的规范,在许多应中并不需要用到全双工。EIA-485和EIA-422在有一定限制的情形下可以互操作。

EIA-485和其他通信格式之间有转换器可以转换,让个人电脑可以和远程的设备通信。利用「中继器」及「多中继器」可以架构很大的EIA-485网络。TIA/EIA-485-A的应用指南TSB-89A中有一张图上面写「星型配置,不建议使用」。利用EIA-485的「多中继器」可以用进行类似多点链接的星型配置,类似Ethernet的Hub/Star配置(距离更长)。(利用多中继器的)Hub/Star系统可以建构非常好维护的系统,不会违反任何EIA-485规范中的内容。中继器可以用来延伸网络的长度,或是增加上面的设备数量。

用途

许多电脑及自动化系统中都会用到EIA-485通信。电脑的SCSI-2和SCSI-3通常使用这种标准的设备来作为物理层,以进行电脑和硬盘驱动器之间的资料传输。EIA-485经常和常用设备UART一起使用来实现在飞机上的低速率数据传输,举个例子,一些乘客控制单元采用这种设备,从而只需要很少的线缆就可以实现几个椅子共享线缆,从而减轻整个设备的重量。

许多工业控制系统中使用的自动化通信协议以EIA-485为其物理层,其中也包括了常见的Modbus及Profibus。配合许多使用相同通信协议的设备,EIA-485可以让个人电脑和工业控制系统可以在局域网上进行通信7。EIA-485也用在可编程逻辑控制器以及工厂的数据通信。EIA-485的差动特性可以抵抗马达设备和焊接设备的电磁干扰。

EIA-485使用在大型音频系统中,可以在音乐厅和剧院见到这种设备,可以使用普通的计算机来运行一些特殊的软件实现远距离音频设备的控制。EIA-485通过XLR标准的线缆连接的设备大量的用于麦克风上,从而实现舞台和控制台之间的连接而不需要预设线路。在剧场及演出场所也会用EIA-485网络上的DMX512通信协议来控制灯光及其他系统。

在楼宇自动化中会使用EIA-485作简单的网络应用,其支持长线的特性可以连接远距的设备。EIA-485可以控制视频监控系统,连接安全控制系统及设备(例如大门的门禁刷卡机)。

EIA-485也用在铁道模型,车站和铁道内部的通信是用Digital Command Control通信协议。车站和外部的界面一般会是EIA-485,可能是由手持的控制器发送8,或是由网络/个人电脑控制9。使用的连接器会是8P8C / RJ45。

通信协议

EIA-485只是电气信号接口,本身是通信协议,有许多通信协议使用EIA-485准位的电气信号,但EIA-485规格书本身没有提到通信速度、格式以及资料传输的通信协议。若二台不同厂商的设备都使用EIA-485,即使是类似性质的设备,若只有电气信号接口相同,不保证互操作性。

EIA-485上最常使用的协议都是属于异步串列通信,不过也有其他的通信,例如简易传感器接口协议(SSI)。

信号

EIA-485差动信号包括以下二个信号:

A,也称为非反向(non-inverting)信号(不过也存在其他定义,见如下说明) B,也称为反向(inverting)信号 也可能会有第三个信号(TIA标准(ANSI/TIA/EIA-485-A, page 15, A.4.1)为了平衡线路可以正常动作,要求在所有的平衡线路上有一个共同common return path):

SC,也称为G或是参考(reference)信号(见如下说明)' RS-485标准中提到:

若是MARK(逻辑1),端子A的信号会比端子B的信号要低。 若是SPACE(逻辑0),端子A的信号会比端子B的信号要高。 不同的IC使用的信号标示方式不同,不过EIA的标准中只使用A和B的名称。资料为1时,信号B会比信号A要高。不过因为标准其中也提到信号A是“非反向信号”,信号B是“反向信号”,因此信号A、B的定义就更容易混淆了10。许多器件制造商(错误的)依循了这个A/B的命名原则,包括以下厂商:

德州仪器,其EIA-422/485通信的应用指南上标示A=non-inverting, B=inverting。 Intersil,其ISL4489收发器的数据表上是这样标示的11 Maxim,其收发器的数据表上是这样标示的12 Linear Technology其LTC2850、LTC2851、LTC2852的数据表上是这样标示的13。 Analog Devices其ADM3483, ADM3485, ADM3488, ADM3490, ADM3491的数据表上是这样标示的14。 FTDI其USB-RS485-WE-1800-BT的数据表上是这样标示的15。 上述制造商器件的标示方式都不符合“若是MARK(逻辑1),端子A的信号会比端子B的信号要低”的说明,但这些器件彼此定义是兼容一致的,而且实际上许多设备使用这些器件,因此在使用A/B的命名方式时,需非常小心。

有一种常用的de facto命名方式是:

TX+/RX+ 或 D+ 来代替 B(信号1时为高电位) TX-/RX- 或 D- 来代替 A(信号1时为低电位) 在Modbus、BACnet及Profibus通信协议中,A/B的标示会以A为negative green线,B是positive red线,像D-sub接头以及M12圆型接头的定义一样,在Profibus指南中也有类似的说明[16]17

EIA-485没有定义连接器或是引出线。电路可以用锁线端子、D-sub接器或是其他的连接器来进行配线。

EIA-485标准本身没有提到缆线的屏蔽,不过有建议一些将线路参考地点和设备外壳的地点互连的作法。

波形示例

下图列出在RS-485利用“异步开始-停止”方式发送一个字符(0xD3,最低比特先发送)时,+端子及 −端子上的电压。

articles/2022/20221003164734_4d5eba6bcafce604f65299a7a5acdf86.png

立即搭建您的物联网平台?

接入设备,搭建可视化应用,仅需不到 30 分钟

进入控制台

设备轻松上云

设备统一接入

打破不同厂商设备上云孤岛,无需重复建设,海量设备接入同一个平台,搞定数据互通和智能联动。

开放接入协议
支持各类物联网设备,提供快捷且安全的接入服务。
全球接入点
支持国内及海外多地域接入,助您物联网业务全球化。
按需扩容
无需高额一次性投入,可随业务发展不断扩容。

数据采集

洞察数据价值

从设备数据采集,到实时控制,不需要复杂的操作和配置。

多数据类型
支持基本和复合数据类型,覆盖各行业物联网场景。
数据聚合分析
内置强大的历史数据分析,快速挖掘数据价值。
数据计算规则
内置规则引擎,支持云函数,实现任意业务需要。

可视化

数据及控制看板

一键添加数据和控制组件,支持丰富个性化样式,还可生成共享 URL。

50+ 可视化组件
持续新增可视化组件,助力各行业物联网场景。
个性化样式
从背景图到组件标题,每一处样式都可以灵活设置。
发布共享
生成看板共享 URL,每个看板就是一个小型应用。

App 应用

零代码 App 开发

不需要写一行代码,为您的物联网项目生成与众不同的 App。

多平台支持
公版 ThingsX App 支持 iOS/Android/微信小程序/Webapp。
OEM App
可生成您的专属 App,拥有自己的 App 名称、Logo。
多用户支持
内置用户账号体系,用户可认领设备。

SaaS 应用

一键生成 SaaS 后台

为您的客户生成独立管理后台,快速落地物联网项目。

个性化样式
从登录页到主题色,您可以设置不同的视觉效果。
自定义域名
可绑定您的域名,实现独立品牌推广。
关联看板
将精心设计的可视化看板,一键放置到 SaaS 应用中。

设备告警

简单易用的告警规则

不仅可通知项目成员,还可通知设备所属用户。

灵活的告警规则
快捷的多条件设置,让告警通知更加有效。
丰富的通知方式
支持短信、邮件、钉钉群机器人、企业微信、微信公众号。
集成自有公众号
用您的公众号为用户推送告警通知,积累私域粉丝。

API

带给您无限可能

ThingsCloud 支持完善的 API 服务,您可以基于 API 开发任意应用。

全方位开放
支持 HTTP API、MQTT 实时消息、Webhook。
集成到方案中
将 ThingsCloud 作为您的物联网中台,成为行业方案的基础设施。
应用定制服务
提供基于 API 的应用定制开发服务。

应用场景

全球 80% 的数据将来自物联网,不论是传统行业还是新兴行业,都将利用更多有价值的数据来驱动业务,实现降本增效。