关于rs485干扰问题的探讨

关于RS485干扰问题的探讨

一、前言

安防监控作为科技进步、国富民强的一个标志，已经为国人所广泛接受。视频监控正以每年数以百万监控点的速度迅猛增加。大多数人们都以有摄像监控点更为安全的心态，更愿意居住、出入“点”密集的地方。这就更增加了对于监控点数量的需求。由于安防市场的扩大速度远高于相应的技术人员的增加速度，另外对于施工规范的遵循程度和造价问题等等原因，导致安防施工后的各种干扰问题日渐突出。干扰问题又都出现于系统施工后的调试期，由于工期和造价方面的限制，经常使施工单位欲哭无泪、措手不及。为了避免这种局面的发生，为此本文通过进一步对干扰的分析，使技术人员了解其干扰本质。通过具体问题具体分析预防、解决现场干扰问题。

二、基础篇

RS485是一种多个用户共用一条线缆；一用户发送数据，其他用户同时接收；适合于普通线缆远距离传输的通讯系统。其硬件接口采用的差分传输方式，对于9600BPS的数据，理论上可以传输1200米。在安防监控和智能建筑方面得到了广泛的应用。

差分方式传输，可以有效的抑制共模干扰信号，在传输过程中通常使用双绞线电缆做长距离传输。从理论上两条线已经足够，而在实际应用中，60%的问题是来自于两线传输。

这是因为RS485通讯系统的硬件接口使用的接口芯片的功能所限制（往往两端的地电位或漏电等效地电位相差很大）。SN75176是典型的RS485接口芯片。其它接口芯片与之相比，仅是带负载能力、抗高电压冲击方面的指标略高。功能原理相同。下面以该芯片为例，分析一下实际应用中的RS485通讯系统的特点。

首先SN75176是一款半双工差分输入/输出芯片。它在同一组接口上，即可以作为输出，也可以作为输入。当作为输出时，它通过差分口A、B之间反方向电平（A为高电平时，B一定为低电平；A为低电平时，B一定为高电平），将信息传达出去。其次作为输入，他将输出口完全关闭，对外相当一个12K欧姆电阻。然而作为对外接口，它通过硬件（二极管箝位），设定了差分工作的工作范围（-0.5伏至5.5伏）。也就是说如果外输入的信号对该芯片地的瞬间直流电压超出以上范围时，差分输入失效。传输的数据产生错误。

三、RS485干扰的分析

1、什么是干扰

众所周知，所谓干扰就是在所传原始信号的基础上，叠加了其他非希望传输的信号。

在现实表现中就是无法鉴别或者无法准确稳定的识别（原始）有用信号。一般说来，在我们传输信号过程中都会产生干扰，近到数毫米(设备内)至遥远太空的数以千万公里。干扰信号都无时不在的存在着。正向人体中细菌、病毒无时不在一样。那什么时候才会使人感到不适？什么时候才会生病？使我们无法正常做事。

同理同义，我们传统做工程项目中所认为信号干扰的时候，正是在接收设备无法识别或超过系统的可靠、稳定识别指标的时候。哪么如果我们保证干扰信号永远低于一定值，使之不会影响到原始信号传输时，就达到了我们的目的。

2、干扰的种类

RS485信号以长距离、多用户、抗（共模）干扰著称。但在现实情况下，尤其是在安防、智能建筑施工环境下情况截然不同。许多人都遇到过RS485线路干扰问题，当然最直观的解释就是没有按照施工规范来做。但是一但按照繁复施工规范来做，对于目前国情和行业现状（造价与专业技术人员素质）来讲，都是比较有挑战的。RS485信号通常会遇

到干扰，如果按照干扰出现的频繁度来排队的话大致应该分为四种（笔者观点，可能具有一定的片面性）：

第一种就是强共模干扰。这种情况很像图像传输中所说的“地干扰”。由于接收设备在不同地点，直接或间接接地，造成信号线与“本设备地”或“本设备数字地”之间的交流（通常是50赫兹）信号超标所造成。表现接收为时有时无，甚至一直无法接收。更有甚者，收发相距一米便无法实现数据接收。

第二种是匹配干扰。来源于系统负载匹配不合理。例如：信号线过长，过多（长距离）星形接线，过多的负载、无系统匹配电阻等等，导致系统时好时坏无法稳定工作。

第三种是硬件故障。一般是线路中有串入高电压的历史（雷击、漏电），导致系统个别设备的RS485芯片出现问题，影响了全局的接收。

第四种是线路故障，例如局部短路、信号线有一根断路这种情况经常会使系统可以局部工作或正常工作，但是工作不稳定。

这四种情况往往不是单独存在，而是相生相伴，相互加剧。使系统不断恶化。

3、各干扰的成因与判断

以上总结了常见干扰的现象，下面将依次按照四种现象顺序分析导致干扰的原因和判断系统存在那一种干扰的方法。

首先先解释几个概念：

数字地--- 收发设备的信号地。通常与信号之间的直流电压为0-5伏

大地--- 设备当地的接地

本地接地—系统的数字地与大地间接

系统接地---系统中收发设备之间的数字地连接

直接接地---设备或系统的数字地直接与“地”（可能是大地，也可能是系统数字地）良好连接。

间接接地---设备通过设备外皮、线缆与大地漏电或下一级设备（比如摄像机视频地）的地非良好间接，这种接地通常表现为直接无法用万用表测量出连接通断。

1）、强共模干扰

如果谈起这种干扰，首

先要简单的介绍一下

RS485工作原理和基本指

标。RS485接口，外部接

口由三个端子组成，分别

是：A、B、G有的设备标

为T+、T-、G。信号在传

输过程中采用差分方式，

即A与B之间大于0.2V

的电压差作为数据（0、1）

传输，通常A、B为0-5V

反向工作。即A为5V时B

为0V，A为0V时B为5V。

发射接收芯片。以

SN75176为例。这个芯片

集收发为一体，作为发射端可以带32各同类芯片的接收端。芯片的输入输出接口部分设计了高电压箝位功能。由于芯片的抗高压设计，当A、B点的输入电压（相对数字地G）高于5.5V时，A点的电压就被“锁定”在5V，对于小功率的干扰信号，就由芯片吸收掉了，对于大一点功率的干扰信号，由于芯片无法吸收如此大的能量而被摧毁。另外当A、B点的信号低于-0.5V时，也被芯片锁定在-0.5V。

由于以上原因，当A、B两

点的信号都高于 5.5V或低于

-0.5V时，A、B两点的信号相

同，无差分值。此时接收到的信

号无法确认。在现场施工情况

下，通常RS485控制线会采用

一根双绞线。如果收发两遍的数

字地存在较大电压的情况下，就可能使A、B信号叠加在一个交流信号上。当叠加值小于-0.5V或大于+5.5V时，数据就会出现错误。因此可以计算出理论上的共模干扰信号必须小于5V/1.414=3.5Vac。但是实际情况下应该远低于此值。根据经验，这个值应该低于1.5Vac以下。

强共模干扰通常分为两种情况：

第一种、用电设备供电插座中心接地点接触不好，或者中心抽头悬空。由于收发设备的前级或后级设备通常有图二的接线方式。也就是说交流电源供电端L、N之间对G之间有一个小电容，以释放L、N对大地之间的瞬间高电压，而G通常接设备外壳。如果G很好的接大地（通常规范建筑电源已经接好），哪么设备的外壳将有效接地。通常设备的外壳也是数字地、同时也是视频地。如果G端点未接地，这时G 点的电压应该是对地110Vac。这时，如果系统中有间接接地的点，哪么G端点的电压将突破一切阻拦（通常是设备元器件和绝缘）对地放电。此时重者，将损坏设备元器件从而摧毁设备。轻者将对线路中的信号产生较大干扰或损伤元器件。如图三

第二种收发设备分别接大地良好，由于收发两地存在交流电位差（通常由于变电站设备自身接大地以及大功率用电设备直接接地导致）如图一。这种干扰虽然电压通常只有几伏，但是有可能通过信号线产生较大电流，并烧毁设备、或信号线。从施工角度这种干扰一般不会发生。

这两种方法的测量，可以采用万用表交流电压档测量，严重时可能150-160Vac ,一般也会在1.5Vac以上。对于小于1.5Vac的一般可以允许。否则将引起信号传输不