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  系统学习-Modbus_RTU

人生就像一场马拉松,偶尔停下来摸摸鱼,才能走得更远

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Modbus RTU是应用最广泛的通信协议之一,而它最常运行在RS-485总线上。在实际工程中,很多工程师都会遇到这样一个问题:为什么RS-485总线两端要加120Ω终端电阻?如果不加会怎样?

信号反射
很多人认为电信号是瞬间到达的,但实际上并不是这样,当设备发送一个数据位时,电信号会沿着电缆向前传播,当信号到达线路末端时,会出现两种情况。

情况一:阻抗匹配

如果线路末端阻抗与电缆特性阻抗一致:

信号能量被完全吸收,不会产生反射.

情况二:阻抗不匹配

如果线路末端开路或者阻抗差异较大:
此时部分信号会折返回来

这种现象称为信号反射

终端电阻如何解决反射问题
RS-485双绞线并不仅仅是一根导线,从高频角度看,它是一条传输线大多数工业双绞线的特性阻抗约为100Ω~120Ω。当终端电阻与电缆特性阻抗一致时电缆阻抗 = 120Ω,终端电阻 = 120Ω,形成阻抗匹配。此时信号到达末端,能量被电阻吸收,不会返回线路,从而消除反射。
为什么是120Ω?RS-485标准推荐使用双绞线,这类通信电缆的特性阻抗一般为:
为什么只能在线路两端加?
既然终端电阻有用,那每个设备都加是不是更好?当然不行了。只有最远的两个端点加才有用,如果每个设备都加,并联后总阻值会迅速降低,例如4个120Ω并联就= 30Ω了。不单单是这样。

  如果每个都加这会导致,总线电流过大,驱动能力不足,通信距离下降,设备发热。

什么时候加
长距离时加超过100米

高波特率通信,19200bps、38400bps、115200bps

节点数量较多10个以上设备

工业现场干扰严重变频器、伺服驱动器、大功率电机附近电磁干扰较大时,终端电阻能够提高通信稳定性
总结
终端电阻虽然只是一个120Ω的小元件,却是RS-485通信系统中保证稳定运行的重要组成部分。由于RS-485电缆本质上是一条传输线,信号在末端如果遇到阻抗不匹配,就会产生反射,造成波形失真、误码甚至通信失败。在线路两端安装与电缆特性阻抗相同的120Ω终端电阻后,信号能量被有效吸收,反射被抑制,从而提高通信质量和系统可靠性。

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授人以鱼不如授人以渔

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