在某公寓楼的水表远传系统中，采用了RS-485总线进行水表抄读数据的传输，共208只水表挂在总线上。下面是选定RS-485总线的根据和在应用调试过程中遇到的问题及解决方法。

RS-485的应用原则
　　RS-485支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

　　标准没有规定总线上允许连接的收发器数量，但规定了最大总线负载为32个单位负载(UL)，可通过增大收发器输入电阻来扩展总线节点数。例如输入电阻增加至48kΩ以上(1/4UL)，节点数就可增加至128个，SP485R的输入电阻为150kΩ，节点数最多可增加至400个。在本系统中有208只水表，所以采用了SP485R。

　　是否对RS-485总线进行终端匹配取决于数据传输速率、电缆长度及信号转换速率。UART是在每个数据位的中点采样数据的，只要反射信号在开始采样时衰减到足够低，就可以不考虑匹配。当考虑终端匹配时，有多种匹配方案可以选择，最简单的就是在总线两端各接一只阻值等于电缆特性阻抗的电阻，比较省电的匹配方案是RC匹配，采用二极管的匹配方案节能效果显著。

　　经验表明，当信号的转换时间上升或下降时间超过电信号沿总线单向传输所需时间的3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性的RS-485接口器件SP483输出信号的上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上的信号传输速率约为0.2m/ns(24AWG PVC电缆)，那么只要数据速率在250kbps以内，电缆长度不超过16米，采用SP483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。

　　RS-485总线上的每个收发器通过一段引出线接入总线。引出线过长时由于信号在引出线中的反射也会影响总线上的信号质量，系统所能允许的引出线长度也和信号的转换时间、数据速率有关，下面的经验公式可以用来估算引出线的最大长度。
　　Lmax=(tRISE·0.2m/ns)/10

　　以SP483为例，对应于250ns的上升/下降时间，总线允许的最大引出线长度约为5米。

　　减缓信号的前后沿斜率有利于降低对于总线匹配引出线长度的要求和改善信号质量，同时还可使信号中的高频成分降低，减少电磁辐射。因此有些接口器件中增加了摆率限制电路来减缓信号前后沿，但这种做法也限制了数据传输速率，由此看来在选择接口器件时并不是速率越高越好，应该根据系统要求选择最低速率的器件。

　　仅仅用一对双绞线将各个接口的A、B端连接起来，而不对RS-485通信链路的信号接地，在某些情况下也可以工作，但给系统埋下了隐患。RS-485接口采用差分方式传输信号并不需要对于某个参照点来检测信号系统，只需检测两线之间的电位差就可以了。但应该注意的是收发器只有在共模电压不超出一定范围(-7V至+12V)的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围，就会影响通信的可靠直至损坏接口。如图1所示，当发送器A向接收器B发送数据时，发送器A的输出共模电压为VOS，由于两个系统具有各自独立的接地系统存在着地电位差VGPD，那么接收器输入端的共模电压就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-485标准规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度(十几伏甚至数十伏)，并可能伴有强干扰信号致使接收器共模输入VCM超出正常围，在信号线上产生干扰电流轻则影响正常通信，重则损坏设备。

实例应用分析
　　在系统的调试期间，发现楼层低和距离采集器比较近的水表读数能很顺利地抄读传输上来，而其他水表则有很多抄读不到。经过实地勘察和分析，发现了两个问题：

　　(1)网络布局不合理。这时的结构近似树形，但RS-485总线不支持环形或星形网络。同时，由于总线的不同区段采用了不同电缆，某一段总线上有过多收发器紧靠在一起安装，或者是有过长的分支线引出总线，都会出现阻抗不连续点。所以应该提供一条单一连续的信号通道作为总线。根据这一原则对网络进行了大的整改，采用单一总线将各个节点串接起来，同时进行接地处理，如图2所示。再次集抄的结果比先前要好，但还是有部分水表抄读不到或数据不稳定，未达到预期效果。表1是整改前后水表抄读的情况。
表1 整改前后情况比较


能抄读的水表数量网络结构波特率(bps)整改前121树形14400整改后164单一总线14400 



　　(2)波特率过高，致使传输距离受限。当前的波特率14400是为了减小传输时间而设置的。但是由于传输线的欧姆阻抗、集肤效应等损耗引起信号畸变，从而通信距离受到限制。又由于损耗与频率有关，故随着数据率的增加通信距离减小。表2是通过实地测试得到的数据。
表2 传输距离和传输速率的关系


波特率
(bps)能抄读的
最大表号总线长度
(单位米,距离采集)能否全部
抄读14400164810否9600172860否4800189950否24002001010否12002081050能1102081050能

485总线由于其布线简单，稳定可靠从而广泛的应用于视频监控，门禁对讲，楼宇报警等各个领域中，但是，在485总线布线过程中由于有很多不完全准确的概念导致出现很多问题。现在将一些错误的观念作出一些澄清。

　　1.485信号线可以和强电电源线一同走线。在实际施工当中，由于走线都是通过管线走的，施工方有的时候为了图方便，直接将485信号线和电源线绑在一起，由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰，从而导致485信号不稳定，导致通信不稳定。

　　2.485信号线可以使用平行线作为布线，也可以使用非屏蔽线作为布线。由于485信号是利用差模传输的，即由485+与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有一个干扰源对其进行干扰，使用双绞线进行485信号传输的时候，由于其双绞，干扰对于485+，485-的干扰效果都是一样的，那电压差依然是不变的，对于485信号的干扰缩到了最小。同样的道理，如果有屏蔽线起到屏蔽作用的话，外部干扰源对于其的干扰影响也可以尽可能的缩小。

　　3.选择使用普通的超五类屏蔽双绞线即网线就可以。由于原材料价格上涨，导致现在市场上的线材鱼龙混杂，有不良商人利用某种合金来顶替铜丝来做网线，在外面镀铜以蒙混客户。具体区别方法：看网线截面，如果是铜色的话，就是铜丝，如为白色，则是用合金以次充好。合金一般比较脆，容易断，而且导电性远不如铜丝，很容易在工程施工中造成问题。线材一般那建议选择标准的485线，其为屏蔽双绞线，传输线不是像网线那样为单股的铜丝，而是多股铜丝绞在一起形成一根线，从而即使某根小铜丝断掉，也不会影响整个的使用。

　　4.485布线可以任意布设成星型接线与树形接线。485布线规范是必须要手牵手的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星型连接和树形连接，很容易造成信号反射导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中，使用了星型接线和树形接线，有的时候整个系统非常稳定，但是有的时候则总是出现问题，又很难查找原因，一般都是由于不规范布线所引起的。如果由于现场的限制，必须要进行星型连接或者树形连接，可以使用深圳市富永通科技有限公司的485集线器和485中继器解决相关问题，相关参考页面如下：485总线星型连接，485总线树形拓扑结构。

　　5.485总线必须要接地。在很多技术文档中，都提到485总线必须要接地，但是没有详细的提出如何接地。严格的说，485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能是有一个点接地，不能多点接地，因为将其接地是因为要将地线（一般都是屏蔽线作地线）上的电压保持一致，防止共模干扰，如果多点接地适得其反。可靠接地时整个485线路的地线必须要有良好的接触，从而保证电压一致，因为在实际施工中，为了接线方便，将线剪成多段再连接，但是没有将屏蔽线作良好的连接，从而使得其地线分成了多段，电压不能保持一致，导致共模干扰。