第2章物理层故障诊断

2. 物理层故障诊断：RS-485/RS-232电平标准、终端电阻匹配、常见物理层故障（短路/断路/反射）排查

大家好，我是老张。咱们今天聊点实在的——物理层故障。说白了，就是线没接对、电平不对、或者信号反射了。很多刚入行的朋友，一遇到通讯不上，就怀疑协议、怀疑软件，其实八成问题都出在物理层。我这些年跑现场，十次通讯故障，有七次是物理层的事儿。

先说说电平标准。RS-232和RS-485，虽然都叫串口，但电平逻辑完全不一样。我见过有人拿RS-232的设备直接怼到RS-485的端口上，结果烧了接口芯片。嗯，这事儿真不罕见。

你看这个表，RS-232是单端信号，地线是参考点。而RS-485是差分信号，靠两根线（A和B）的电压差来判断逻辑。我个人习惯，在现场调试时，第一件事就是用万用表量一下A-B之间的电压。如果静态电压差接近0V，那多半是总线没偏置，或者终端电阻没接对。

小技巧： 用万用表直流电压档测RS-485的A和B线。正常空闲状态下，A对地电压应比B对地电压高0.2V~0.5V。如果测出来是负的，说明A和B接反了。

很多朋友问我：“老张，终端电阻到底要不要加？不加会怎样？”

我直接说结论：不加，信号就会反射。反射是什么？就像你对着山谷喊话，回声会干扰你听清下一句。信号在电缆里跑，遇到阻抗突变的地方，一部分能量就会反弹回来，叠加到原始信号上，造成波形畸变。

RS-485标准规定，电缆的特性阻抗一般是120Ω。所以我们在总线两端各并联一个120Ω的电阻，就是为了让阻抗匹配，消除反射。

  关键点： 终端电阻只加在总线的物理两端，中间节点绝对不能加。我见过一个项目，有人把每个设备都加了120Ω电阻，结果总线负载太重，信号根本拉不动。

怎么判断终端电阻加没加对？你可以用万用表电阻档，在断电情况下，量一下A和B之间的总电阻。如果测出来大约是60Ω（两个120Ω并联），说明两端都加了。如果测出来是120Ω，说明只加了一端。如果测出来是无穷大，那一个都没加。

注意： 测量终端电阻前，一定要断开所有设备的电源。否则万用表可能被烧，或者读数不准。我曾经有一次忘了断电，结果表笔一搭上去，啪的一声，表笔尖都烧黑了。

咱们一个一个说。这三种故障，占了物理层问题的90%以上。

短路就是A和B直接碰在一起了，或者某根线对地短路了。表现是什么？通讯完全中断，或者偶尔能通一下，但数据全是乱码。

排查方法很简单：

我记得有一次在化工厂，现场干扰特别大，通讯时断时续。查了半天，最后发现是电缆在桥架里被老鼠咬破了，A线搭在桥架金属上。重新包好之后，问题就解决了。

断路就是线断了。表现是某个设备完全收不到数据，但其他设备可能正常。

排查方法：

避坑指南： 我曾经在调试一个大型水处理项目时，所有设备都通讯正常，就一个液位计死活连不上。查了三天，最后发现是液位计内部的接线端子出厂时就没焊牢。所以，别光查外部线路，设备内部的接头也要检查。

反射的问题比较隐蔽。通讯能通，但偶尔会丢包，或者波特率高了就不稳定。这就是典型的反射症状。

反射的原因：

怎么排查？我建议用示波器看波形。把示波器探头夹在A线和GND之间，看通讯时的波形。正常的RS-485波形应该是方方正正的，上升沿和下降沿很陡。如果波形上有明显的“振铃”或“过冲”，那就是反射了。

  实战经验： 没有示波器怎么办？你可以降低波特率试试。如果降低波特率后通讯变稳定了，那基本可以断定是反射问题。因为波特率越低，信号波长越长，反射的影响就越小。

好了，说了这么多，我给大家总结一个排查流程。下次遇到物理层故障，按这个顺序来：

嗯，物理层的问题，说白了就是“电”的问题。只要你有万用表，有耐心，一步一步查，没有查不出来的。我刚开始干这行时，也经常被物理层搞得焦头烂额。但后来发现，只要把电平标准、终端电阻、短路断路反射这三样吃透了，现场90%的通讯故障都能搞定。

下一章，咱们聊聊数据链路层的故障诊断，比如帧格式错误、CRC校验失败这些。到时候见。