如何快速解决RS485网络通信问题
RS-485总线的优势已得到充分证实，并且具有隔离性。 RS-485模块 RS-485网络通常用于确保通信稳定性。然而，在实际部署RS-485网络的过程中，可能会出现不同程度的通信故障、错误发生或RS-485收发器损坏等问题。本文将深入分析这些网络问题的根本原因。
当发生通信错误或通信失败时，首先要确定该应用程序是否属于表中列出的应用场景。
表1 RS-485总线应用场景
| 数字 | 应用程序状态 | 可能的原因 |
| 1 | 总线上有一个终端电阻，所用RS-485收发器的阈值电平为±200mV。 | 端电阻使得空闲状态下的AB差分电压处于阈值范围内。 |
| 2 | 节点上添加了上拉电阻和下拉电阻，例如，每个节点都添加了 680 Ω 的上拉电阻和下拉电阻。总线上有 10 个节点。 | 升压电阻和降压电阻的阻值太小，超过了芯片的驱动能力。 |
| 3 | CON 切换后立即发送或接收数据 | 发送和接收状态切换的延迟时间太短 |
| 4 | 该5V模块采用3.3V电平的MCU供电 | 水平不匹配 |
表1列出了四个应用场景，分别对应于终端电阻、上拉/下拉电阻、控制引脚和逻辑输入电平等问题。详细分析如下。
1、终端电阻问题
如果将终端电阻器连接到 RS-485 总线，并且 RS-485 收发器使用 ±200 mV 的阈值电平，则可能会出现表 2 中描述的异常现象。
表2 终端电阻引起的异常现象
| 数字 | 异常现象 |
| 1 | 单块电路板在正常测试期间可以相互通信，但在联网后或与其他设备联网后则无法相互通信。 |
| 2 | 单板测试未通过，但更换RS-485模块后恢复正常。存在一定比例的故障。 |
| 3 | 单板通过 RS-232/485 双向转换器与上位机正常通信（如图 1 所示）； 两块单板无法正常通信； 如果在两块电路板上都添加 RS-232/485 双向转换器，通信就会正常。 |
图 1 RS232/485 双向转换器
终端电阻引起的异常原因：
RS-485收发器的接收阈值为±200 mV。具体来说，当AB两点间的差分电压超过+200 mV时，输出为高电平；当差分电压低于-200 mV时，输出为低电平；当差分电压在±200 mV范围内时，输出状态不确定——可能输出高电平（表示通信正常），也可能输出低电平（表示通信异常）。因此，当总线空闲且AB两点间的差分电压处于该阈值范围内时，可能会出现通信异常。
表 2 现象 1 分析：电路板通信正常，但在联网后，RS-485 总线上存在终端电阻会导致总线上的差分电压在空闲状态下保持在阈值电平内，从而导致通信异常。出现这种情况时，首先要检查总线上是否存在终端电阻。
表 2 现象 2 分析：在单板测试期间，当电路板或其通信设备与终端电阻器连接时，如果 AB 之间的差分电压在阈值范围内，则可能会出现通信异常。
表 2：现象 3 分析：此现象也是由端电阻引起的。RS-232/485 双向转换器的 AB 引脚（如图 1 所示）通常包含小阻值的上拉/下拉电阻（例如 560Ω）。当使用 RS-232/485 双向转换器进行通信时，RS-485 总线空闲状态下的电压由上拉/下拉电阻和端电阻之间的分压决定。在这种情况下，空闲状态下的 AB 差分电压超过 200 mV，使得 RS-485 收发器输出稳定的高电平，而不会触发通信错误。图 2 显示了两个 RSM485PCHT 之间的通信，AB 引脚之间连接了一个 60Ω 电阻，RS-232/485 双向转换器的测试波形；空闲电压为 520 mV，避免了错误。图 3 显示了在两个 RSM485PCHT 之间通信时，AB 之间连接一个 60Ω 电阻的测试波形，结果显示空闲时 AB 差分电压为 40 mV - 在阈值范围内 - 但仍然可能导致通信错误。
图 2：在 AB 之间添加两个 120Ω 电阻，并安装 RS-232/485 双向转换器。
图 3：AB 之间只添加了两个 120Ω 电阻。
主要有三种求解方法，详见表3：
表3 – 终端电阻问题的解决方案
| 数字 | 解决方案 |
| 1 | 移除终端电阻。当 RS-485 总线上不存在信号反射问题时，无需添加终端电阻。 |
| 2 | 使用带有输出功率引脚的收发器（例如 RSM485PCHT），可以通过在外部添加较小的上拉电阻和下拉电阻来调整空闲状态下的电压值。 |
| 3 | 使用阈值范围为 -40mV 至 -200mV 的模块，例如 RSM485ECHT 总线 |
2、上拉电阻和下拉电阻问题：并联电阻值不足可能会导致以下现象，如表 4 所示。
表4 上拉电阻和下拉电阻引起的异常现象
| 数字 | 异常现象 |
| 1 | 当总线上的节点数量增加到一定程度时，总线上的节点将无法正常通信。减少节点数量后，通信即可恢复正常。 |
上述问题源于上拉电阻和下拉电阻的阻值过低，超过了芯片的负载驱动能力。如表5所示，当两个120Ω的电阻连接在RSM485PCHT的AB引脚之间时，其组合上拉电阻值与低电平输出差分电压之间的关系如图所示。如果上拉电阻和下拉电阻的并联阻值小于51Ω，芯片可能正常工作，但输出信号会超过-200mV，从而可能导致通信错误甚至完全失效。过低的上拉电阻值会导致RS-485收发器功耗过高和发热量过大，增加过热保护触发或元件损坏的风险。为确保通信可靠性，上拉电阻和下拉电阻的组合阻值通常应大于375Ω。
表 5 不同上拉电阻和下拉电阻值对应的驱动电压
| 数字 | 上拉电阻和下拉电阻的阻值（Ω）（上拉电阻 A，下拉电阻 B） | A-RGND (V) | B-RGND（V） | AB(V) |
| 1 | 390 | 1.474 | 3.046 | -1.572 |
| 2 | 300 | 1.504 | 2.998 | -1.494 |
| 3 | 200 | 1.569 | 2.896 | -1.327 |
| 4 | 100 | 1.751 | 2.615 | -0.864 |
| 5 | 51 | 2.071 | 2.183 | -0.112 |
3、控制脚问题
由于收发切换涉及一定的延迟，因此在发送或接收数据之前应引入额外的延迟期（例如，RSM485PCHT 至少为 25 μs），以确保 RS-485 收发器已正确配置为发送或接收。
4、关于逻辑输入端的问题
MCU 的电压电平必须与 RS-485 收发器的输入逻辑电平相匹配；具体来说，如果 MCU 的工作逻辑电平为 5V，则应使用 5V 电源的 RSM 系列隔离模块。