RS485是一种广泛应用于工业自动化和控制系统中的通信标准，它定义了电气特性、信号传输规范以及多点通信的能力。RS485是一种半双工的串行通信协议，通常使用两条信号线(A和B)进行差分信号传输，以提高抗干扰能力和通信距离。
RS485的主要特点包括：
- 多点连接：允许多个设备在同一总线上进行通信，支持多达128至400个节点。
- 长距离传输：传输距离可达1200米，适用于需要远距离数据传输的场景。
- 高抗干扰能力：采用差分信号传输，能够有效抵抗电气噪声和干扰。
- 高速传输：在短距离(如10米)时，传输速率可达35Mbps，而在长距离(如1200米)时，速率可降至100Kbps。
RS485广泛应用于工业自动化、楼宇自动化、数据采集和远程监控等领域，因其高可靠性和灵活性而受到青睐。
一、 RS485通信标准的历史和发展
RS-485通信标准的历史和发展可以追溯到20世纪80年代初期。RS-485标准由电子工业协会(EIA)于1983年制定，并经过通讯工业协会(TIA)修订后命名为TIA/EIA-485-A。这一标准的制定是为了弥补早期RS-232标准在通信距离和速率上的不足。
RS-485标准最初是基于RS-422标准发展而来的。RS-422标准是一种单向、平衡传输规范，支持单机发送、多机接收，但其应用范围有限。为了扩展应用范围，EIA在RS-422的基础上增加了多点、双向通信能力和冲突保护特性，从而形成了RS-485标准。RS-485标准允许多个发送器连接到同一条总线上，增强了发送器的驱动能力和总线共模范围。
RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。这种设计使得RS-485标准具有很高的灵活性，用户可以根据自己的需求建立相应的高层通信协议。
RS-485标准使用差分传输方式(Differential Driver Mode)，也称作平衡传输，它使用一对双绞线进行数据传输，其中一线定义为A，另一线定义为B。这种传输方式提高了抗噪声能力，使得RS-485能够在工业环境中实现远程通信。RS-485标准允许在长达12公里的距离内进行数据传输，并且支持多种设备，如ModBus RTU和Profibus等。
RS-485标准在工业自动化领域有着广泛的应用，特别是在远程通信和设备控制方面。尽管RS-485与CAN总线在物理层和数据速率上存在差异，但两者在某些应用场景中可以兼容。
二、 RS485与其他串行通信协议(如RS232和RS422)对比
RS485与其他串行通信协议(如RS232和RS422)相比具有以下优势和劣势：
1. 优势：
RS485采用平衡驱动器和差分接收器的组合，能够有效抵抗共模干扰，从而提高通信的可靠性。相比之下，RS232使用共地传输形式，容易产生共模干扰，抗噪声能力较弱。
RS485的数据传输速率可以达到10Mbps，而RS232的波特率仅为20Kbps，因此RS485在数据传输速度上具有明显优势。
RS485支持最多32个设备同时通信，而RS232仅允许连接一个收发器。此外，RS485还可以通过增加中继器来扩展连接更多的设备，最多可连接127台设备。
RS485的最大传输距离可达12公里，而RS232的最大传输距离仅为20米。RS485通过差分信号线减少了串扰，提高了通信质量。
RS485支持半双工模式，允许多个站点同时发送数据，而RS422支持全双工模式，但通常只使用一个接收设备。RS485在多点通信中表现更好，特别是在需要多个设备同时通信的场景中。
2. 劣势：
虽然RS485支持多站能力，但其硬件驱动能力最多为32站，超过此数量需要加装中继器扩展驱动器数量。这在某些大规模网络中可能需要额外的设备和成本。
RS485对传输线的品质有较高要求，建议使用有遮蔽式的双绞线以提高抗干扰能力。此外，在高速传输时建议使用较短的线长以减少信号反射和失真。
RS485采用汇流排总线型结构，传输线必须从第一站接至最后一站，不支持星状和环状连接方式。这种结构在某些应用场景中可能不够灵活。
在RS485系统中，为了防止信号反射和失真，必须在线路末端加上与线路特性阻抗相同大小的电阻(一般为120Ω)。这增加了系统的复杂性和成本。
三、 RS485网络的多点连接和节点管理?
要实现RS485网络的多点连接和节点管理，可以参考以下步骤和注意事项：
RS485支持多分支网络拓扑，允许节点通过总线或下垂电缆连接。每个网络段最多可以连接32个节点。如果需要扩展网络段，可以使用中继器来分隔各个网络段，每个中继器在安装的段内充当一个节点。
每个节点在给定网络内必须具有唯一性的地址，以避免冲突和错误通信。这可以通过软件地址码识别法或硬件开关切换法来实现，前者通过比对地址码来解决多主节点访问冲突，后者通过电子开关自动切换来避免总线短路问题。
总线接线必须始终采用屏蔽的双绞线(STP)，并且遵守通用的最佳安装实践。为了防止阻抗不匹配，建议在整个网络中使用同一类型的电缆。每个网络段的两端应使用可调频率驱动器的终端开关(S801)或偏置终端电阻网络进行终端处理。
在每个节点处保持屏蔽接地的低阻抗性非常重要，即使在高频下也是如此。这可以通过使用电缆夹或导电电缆接头将屏蔽的大面积连接到地来实现。
RS485驱动器具有使能输入，通过控制使能输入，可以有效地将驱动器从传输线上断开连接，防止总线争用的发生。这种三态控制功能确保了在未传输时驱动器不会对传输线产生影响。
RS485支持两线半双工及四线全双工模式，最大可支持32个从节点。在多点通信的情况下，可以通过共享Tx/Rx线运行半双工通信，并在需要时设置相应的通信参数。
如果个人电脑不配备标准的RS485端口，需要使用RS232到RS485转换器或RS485接口板将RS485连接到标准PC。图示展示了通过RS485和RS232转换器连接到PC的设备示例。
四、 RS485在工业自动化中的具体应用案例
RS485在工业自动化中的具体应用案例非常广泛，涵盖了多个领域和场景。以下是几个具体的例子：
- 温度、压力和液位测量：RS485常用于监测和控制工业设备的运行状态，如泵、阀门和加热器等。它能够实现远程监控和诊断，确保设备的正常运行并预防故障。
- SCADA系统：在监控和数据采集系统(SCADA)中，RS485被广泛用于设备之间的数据交换。例如，温度传感器、压力传感器等通过RS485接口与中央控制单元相连，实现远程监控和数据采集。
- 过程控制网络：RS485在过程控制网络中也有重要应用，支持多个系统之间的差分数据传输，适用于暖通空调(HVAC)、保安系统、电机控制和运动控制等多种工业自动化场景。
- 工业机器人和自动化生产线：RS485因其高速、低功耗和低成本的特点，在工业机器人、自动化生产线和智能工厂中得到了广泛应用。
- 窑炉温度控制：在某些工厂中，使用带有RS485通信功能的控制器来控制窑炉的温度。这些控制器通过RS485总线连接，并由基于PC的软件进行编程和监控，以提高质量和生产率。
- WCS系统：在WCS(仓储控制系统)中，RS485用于读头与控制模块之间的数据通信。该系统通过RS485接口实现多个终端设备的互连，确保数据传输的可靠性和准确性。
- 石化、电力、交通等行业：RS485在这些行业中的工业自动化控制领域也得到了广泛应用，主要采用PROFIBUS-DP、MODBUS等主流工控协议。
五、 RS485通信的最新技术进展和未来趋势
RS485通信技术在近年来取得了显著的技术进展，并且未来的发展趋势也十分明确。以下是基于现有资料的详细分析：
1. 最新技术进展
现代RS485收发器不仅增强了电磁兼容性，还提供了更强的数据保护和传输距离。例如，隔离RS-485收发器RSM485M具备自动流控、超小体积、带隔离输出电源脚、最多可连接64个节点、最大波特率500kbps等特点，同时具有极低的电磁辐射(EME)和极高的电磁抗干扰(EMS)能力。
新型RS485收发器趋向于集成更多的功能，如电源隔离、故障诊断和高级噪声抑制等。这些功能的集成使得RS485收发器在复杂网络架构中的应用更加广泛和可靠。
为了满足不同应用场景下对数据速率和带宽的更高需求，新型RS485收发器可能还将与新型通信标准和技术(如以太网、PROFINET等)进行融合，确保无缝接入到更为复杂的网络架构中。
新型RS485收发器和电缆正在推动RS485的极限远超其原始定义，以满足现代工业网络协议的需求。例如，一些新型RS485收发器已经能够支持更高的数据速率和更长的传输距离。
2. 未来趋势
随着工业物联网(IIoT)的快速发展，RS485技术在分布式控制系统和长距离通信场景中仍然扮演着重要角色。未来，RS485收发器将更多地应用于工业自动化、楼宇自控和电力通信等领域，特别是在智能电网建设和智慧城市项目中。
现代应用对数据速率和带宽的需求不断提高，这将推动新型RS485收发器的发展方向。未来的产品将需要支持更高的数据速率和更长的传输距离，以适应复杂的应用场景。
RS485通信标准采用差分驱动模式，具有出色的噪声抑制性能、宽共模范围、相对较高的传输速率和长距离传输能力。未来，RS485收发器将继续优化这些特性，以满足更多工业控制和仪器仪表领域的需求。
随着边缘计算和云平台的发展，RS485收发器可能会更多地应用于这些新兴领域，以实现更高效的数据处理和传输。
RS485通信技术在最新的技术进展中表现出了显著的增强功能和更高的可靠性，并且未来的发展趋势将集中在支持更高的数据速率、更长的传输距离以及与新兴通信标准和技术的融合上。
