RS-485 (soovitatud standard 485 või EIA / TIA -485-A) on soovitatav standard andmete edastamiseks kahejuhtmelise, pooldupleksse, mitme tilga jadabalansseeritud sidekanali kaudu. Kaastöötatud Electronic Industries Alliance'i (EIA) ja Telekommunikatsioonitööstuse Assotsiatsiooni (TIA) poolt. Standard kirjeldab ainult signaalimise füüsilisi kihte (st ainult OSI avatud süsteemide vastastikuse sidumise mudeli 1. kihti). Standard ei kirjelda keskjaama programmeerimismudelit ja vahetusprotokolle. RS-485 loodi RS232 liidese füüsiliste võimaluste laiendamiseks binaarandmete edastamiseks.
Nimi: Soovitatav standard 485
Tasakaalustatud mitmepunktisüsteemides kasutatavate generaatorite ja vastuvõtjate elektrilised omadused
Tasakaalustatud mitmepunktisüsteemides kasutatavate generaatorite ja vastuvõtjate elektrilised omadused.
Arendaja: Elektroonikatööstuse Liit (EIA)... Tööstuselektroonika liit.
Standardväljaanded:
RS-485A (soovitatud standard 485 väljaanne: A) tootmisaasta 1983.
KMH 485-A tootmisaasta 1986.
TIA / EIA 485-A tootmisaasta 1998.
TIA / EIA 485-A väljalaskeaasta 2003.
ISO / IEC 8482 (1993 aktiivne)
Kirjastaja: ISO, IEC
Nimi: Infotehnoloogia – telekommunikatsioon ja infovahetus süsteemide vahel – keerdpaar mitmepunktilised ühendused.
Vanad väljaanded:
ISO 8284 (1987 pole aktiivne)
ITU-T v.11 (1996 aktiivne)
Väljaandja: RAHVUSVAHELINE TELECOMMUNICATION UNION
Nimi: Elektrilised omadused tasakaalustatud kahevooluliste vahetusahelate jaoks, mis töötavad andmeedastuskiirusel kuni 10 Mbit/s.
Vanad väljaanded:
ITU-T v.11 (1993 pole aktiivne)
CCITT v.11 (1988 pole aktiivne)
ANSI / TIA -485-A (1998 aktiivne)
Kirjastaja: American National Standards Institute, ANSI
Nimi: Tasakaalustatud digitaalsetes mitmepunktisüsteemides kasutatavate generaatorite ja vastuvõtjate elektrilised omadused.
Kahesuunaline pooldupleksne andmeedastus. Jadaandmevoogu edastatakse samaaegselt ainult ühes suunas, teises suunas andmete edastamine eeldab transiiveri ümberlülitamist. Transiivereid nimetatakse tavaliselt "draivideks", see on seade või elektriahel, mis genereerib saatja küljel füüsilist signaali.
Sümmeetriline suhtluskanal. Andmete vastuvõtmiseks / edastamiseks kasutatakse kahte samaväärset signaalijuhet. Juhtmed on tähistatud ladina tähtedega "A" ja "B". Need kaks juhet on jadaandmevahetus mõlemas suunas (vaheldumisi). Keerdpaari kasutamisel suurendab tasakaalustatud kanal oluliselt signaalikindlust tavarežiimi häirete suhtes ja summutab hästi kasuliku signaali tekitatud elektromagnetkiirgust.
Diferentsiaal (tasakaalustatud andmeedastusviis). Selle andmeedastusmeetodiga transiiveri väljundis muutub potentsiaalide erinevus, "1" edastamisel on AB potentsiaalide erinevus "0" edastamisel positiivne, AB potentsiaalide erinevus on negatiivne. See tähendab, et kontaktide A ja B vaheline vool "0" ja "1" ülekandmisel voolab (tasakaalustub) vastassuundades.
Mitme punktiga. Võimaldab vastuvõtjate ja transiiverite mitut ühendamist ühe sideliiniga. Sel juhul on lubatud korraga liinile ühendada ainult üks saatja ja palju vastuvõtjaid, ülejäänud saatjad peavad ootama sideliini vabastamist andmeedastuseks.
Madala impedantsi saatja väljund. Saatja puhvervõimendil on madal impedantsi väljund, mis võimaldab signaali edastada paljudesse vastuvõtjatesse. Standardne saatja laadimisvõimsus on 32 vastuvõtjat saatja kohta. Lisaks kasutatakse voolusignaali "keerdpaari" tööks (mida suurem on "keerdpaari" töövool, seda rohkem summutab see sideliini ühisrežiimi müra).
Surnud tsoon. Kui diferentsiaalsignaali tase AB-kontaktide vahel ei ületa ± 200mV, siis loetakse, et liinis signaal puudub. See suurendab andmeedastuse mürakindlust.
Lubatud transiiverite (draiverite) arv 32
Maksimaalne sideliini pikkus 1200 m (4000 jalga)
Maksimaalne edastuskiirus 10 Mbps
Minimaalne draiveri väljund ± 1,5 V
Maksimaalne draiveri väljundsignaal ± 5 V
Juhi maksimaalne lühisvool 250 mA
Draiveri väljundtakistus 54 oomi
Draiveri sisendtakistus 12 kOhm
Lubatud kogu sisendtakistus 375 oomi
Signaali tundlikkuse vahemik ± 200 mV
Loogika üks tase (Uab)> +200 mV
Loogiline nulltase (Uab) ← 200 mV
Mõne vastuvõtja sisendtakistus võib olla üle 12 kΩ (ühekordne koormus). Näiteks 48 kOhm (1/4 ühikukoormusest) või 96 kOhm (1/8), mis võimaldab suurendada vastuvõtjate arvu 128 või 256-ni. Vastuvõtjate erinevate sisendtakistuste korral on vajalik, et kogu sisendtakistus ei ole väiksem kui 375 oomi.
Kuna standard RS-485 kirjeldab ainult andmevahetusprotseduuri füüsilist taset, siis kõik vahetuse, sünkroniseerimise ja kinnitamise probleemid on määratud kõrgemale vahetusprotokollile. Nagu me juba ütlesime, on see enamasti RS-232 standard või muud ülemised protokollid (ModBus, DCON jne).
RS-485 ise teeb ainult järgmist:
Teisendab sisendjada "1" ja "0" diferentsiaalsignaaliks.
Edastab diferentsiaalsignaali tasakaalustatud sideliinile.
Ühendab või katkestab juhi saatja kõrgema protokollisignaali abil.
Võtab vastu diferentsiaalsignaali sideliinilt.
Kui ühendate ostsilloskoobi AB tihvtidega (RS-485) ja GND-TDx tihvtidega (RS-232), siis te ei näe sideliinides edastatavate signaalide kuju erinevust. Tegelikult kordab RS-485 signaali kuju täielikult RS-232 signaali kuju, välja arvatud inversioon (RS-232 puhul edastatakse loogiline üksus pingega -12 V ja RS-485 puhul +5 V) .
Joon.1 Signaalide RS-232 ja RS-485 vorm kahe märgi "0" ja "0" edastamisel.
Nagu on näha jooniselt 1, on olemas lihtne signaalitasemete teisendamine pinge järgi.
Kuigi ülalmainitud standardite lainekuju on sama, on nende moodustamise meetod ja signaali võimsus erinev.
Joonis 2 RS-485 ja RS-232 signaalide moodustumine
Signaalitasemete teisendamine ja nende moodustamise uus meetod võimaldas lahendada mitmeid probleeme, mida RS-232 standardi loomisel korraga ei arvestatud.
RS-485 füüsilise signaali eelised RS-232 signaali ees
Kasutatakse unipolaarset + 5V toiteallikat, mida kasutatakse enamiku elektroonikaseadmete ja mikroskeemide toiteks. See lihtsustab disaini ja hõlbustab seadmete sobitamist.
RS-485 saatja signaali tugevus on 10 korda suurem kui RS-232 saatja signaali tugevus. See võimaldab ühe RS-485 saatjaga ühendada kuni 32 vastuvõtjat ja seega andmeedastust.
Tasakaalustatud signaalide kasutamine, mis on toiteallika potentsiaalist galvaaniliselt isoleeritud. Selle tulemusena on neutraalse toitejuhtme häired välistatud (nagu RS-232 puhul). Arvestades saatja võimet töötada madala impedantsi koormusel, saab "keerdpaari" omaduste abil võimalikuks kasutada ühisrežiimi müra summutamise efekti. See suurendab oluliselt suhtlusulatust. Lisaks on võimalik seadet "kuumalt" sideliiniga ühendada (kuigi RS-485 standard seda ette ei näe). Pange tähele, et RS-232 puhul põhjustab seadme kuumühendamine tavaliselt arvuti COM-pordi rikke.
Iga transiiver (draiver) RS-485 võib olla ühes kahest olekust: andmeedastus või andmete vastuvõtmine. RS-485 draiverit lülitatakse spetsiaalse signaali abil. Näiteks joonisel 3 on kujutatud andmevahetust, kasutades Ariesi AC3 muundurit. Konverteri režiimi lülitab RTS signaal. Kui RTS = 1 (tõene), edastab AC3 talle COM-pordist saabuvad andmed RS-485 võrku. Sel juhul peavad kõik teised draiverid olema vastuvõturežiimis (RTS = 0). Põhimõtteliselt on RS-485 kahesuunaline puhverdatud multipleksitud võimendi RS-232 signaalide jaoks.
Joonis 3 Näide Aries AC3 muunduri kasutamisest.
Olukord, kui saatja režiimis töötab korraga rohkem kui üks RS-485 draiver, põhjustab andmete kadumise. Seda olukorda nimetatakse "kokkupõrkeks". Et vältida kokkupõrkeid andmevahetuskanalites, on vaja kasutada kõrgemaid protokolle (OSI). Näiteks MODBUS, DCON, DH485 jne Või programmid, mis töötavad otse RS-232-ga ja lahendavad kokkupõrkeprobleeme. Neid protokolle nimetatakse tavaliselt 485 protokollideks. Kuigi tegelikult on kõigi nende protokollide riistvaraline alus loomulikult RS-232. See tagab kogu teabevoo riistvaralise töötlemise. Andmevoo tarkvaralise töötlemise ja kokkupõrgetega tekkivate probleemide lahendamisega tegelevad kõrgema taseme protokollid (Modbus jne) ja tarkvara.
Vaatame lühidalt neid protokolle, kuigi need pole RS-485 standardiga seotud. Tavaliselt sisaldab ülemise kihi protokoll pakett-, kaadri- või kaadrivahetust. See tähendab, et teave edastatakse loogiliselt terviklike osadena. Iga kaader on tingimata märgistatud, st. selle algus ja lõpp on tähistatud erimärkidega. Iga kaader sisaldab seadme aadressi, käsku, andmeid, kontrollsummat, mis on vajalikud mitmepunktivahetuse korraldamiseks. Kokkupõrgete vältimiseks kasutatakse tavaliselt skeemi "peremees" - "sulav". "Masteril" on õigus oma RS-485 draiver iseseisvalt ülekanderežiimile lülitada, ülejäänud RS-485 draiverid töötavad vastuvõturežiimis ja neid nimetatakse "orjadeks". Selleks, et "ori" hakkaks sideliinile andmeid edastama, saadab "peremees" talle spetsiaalse käsu, mis annab määratud aadressiga seadmele õiguse lülitada oma juht teatud ajaks edastusrežiimile.
Pärast lubamiskäskluse edastamist "alluvale" lülitab "ülem" oma saatja välja ja ootab "alaja" vastust teatud aja jooksul, mida nimetatakse "timeoutiks". Kui ajalõpu ajal "orjalt" vastust ei saada, haarab "ülem" uuesti sideliini. "Host" on tavaliselt arvutisse installitud programm. Samuti on pakettprotokollide keerulisem korraldus, mis võimaldab "ülema" rolli tsükliliselt seadmest seadmesse üle kanda. Tavaliselt nimetatakse selliseid seadmeid "juhtideks" või öeldakse, et seadmed edastavad "markerit". "Markeri" omamine muudab seadme "meistriks", kuid see peab selle teatud algoritmi järgi võrgus teisele seadmele üle kandma. Põhimõtteliselt erinevad ülaltoodud protokollid nende algoritmide poolest.
Nagu näeme, on ülemistel protokollidel pakettkorraldus ja neid täidetakse programmi tasemel, need võimaldavad lahendada probleemi andmete "kokkupõrgete" ja andmevahetuse mitmepunktilise korraldamisega.
Paljud ettevõtted toodavad RS485 transiivereid. Tavaliselt nimetatakse neid RS232-RS485 muunduriteks või RS232-RS485 muunduriteks. Nende seadmete rakendamiseks toodetakse spetsiaalseid mikroskeeme. Nende mikroskeemide ülesanne on muundada RS232C signaalitasemed RS485 signaalitasemeks (TTL / CMOS) ja vastupidi, samuti tagada poolduplekstöö.
Edastusrežiimile ülemineku meetodi järgi eristatakse seadmeid:
Lülitav eraldi signaali abil. Edastusrežiimile lülitumiseks peate eraldi sisendisse määrama aktiivse signaali. Tavaliselt on see RST-signaal (COM-port). Need transiiverid on nüüd haruldased. Kuid sellegipoolest ei ole need mõnikord asendatavad. Oletame, et peate kuulama andmevahetust tööstusseadmete kontrollerite vahel. Samal ajal ei tohiks teie transiiver minna edastusrežiimi, et mitte tekitada selles võrgus kokkupõrget. Transiiveri kasutamine koos automaatne ümberlülitus pole siin lubatud. Sellise muunduri Aries AC3 näide.
Automaatse ümberlülitusega ja liini olekut kontrollimata. Levinumad muundurid, mis lülituvad automaatselt sisse, kui nende sisendisse ilmub infosignaal. Samas ei kontrolli nad sideliini hõivatust. Need muundurid nõuavad hoolikat kasutamist, kuna kokkupõrgete tõenäosus on suur. Näide Aries AC3M muundurist.
Automaatse ümberlülitusega ja liini oleku kontrolliga. Kõige arenenumad muundurid, mis suudavad andmeid võrku edastada ainult siis, kui võrk ei ole hõivatud teiste transiiverite poolt ja sisendis on infosignaal.
Joon.4 AC3 Jäär skemaatiline diagramm.
Joonisel 4 on kujutatud AC3 Aries muunduri skemaatiline diagramm. Sellel muunduril on andmeedastusrežiimi lubamiseks eraldi signaal. Juhtsignaalina kasutatakse RST-pordi COM-väljundsignaali. Kui RST = 1 (+ 12V), edastab muundur andmed TD-st (COM-pordist) RS485 võrku, kui RST = 0 (-12 V), siis võetakse andmed vastu RS-485 võrgust RD-sse (COM port) sisend. Konverter töötab 220-voldise vahelduvvoolu tööstusvõrgus. Konverteri toiteallikas on valmistatud TOP232N (DA1) mikroskeemil põhineva impulssahela järgi. Toiteallikas on kaks sõltumatut pinget + 5 V. Polaarsignaalide RS232 (± 12 V) vastuvõtmiseks ja muundamiseks unipolaarseteks signaalideks TTL / CMOS tasemel (+5 V) kasutatakse MAX232N mikrolülitust (DD1). See mikroskeem on huvitav selle poolest, et selle toiteallikaks on +5 V unipolaarne pinge ja sellel on sisseehitatud pingeallikad, mis on vajalikud töötamiseks ± 12 V polaarsignaalidega. Sisseehitatud pingeallikate õigeks tööks on MAX232N mikroskeemiga on ühendatud kondensaatorid C14, C15, C17, C18. ... Lisaks on mikroskeemil kaks signaalitaseme RS-232C muundurit TTL / CMOS-i mõlemas suunas.
Signaali määramine:
RST - konverteri lülitamiseks edastus-/vastuvõturežiimi
TD - andmeedastus RS232-lt RS485-le
RD - andmete vastuvõtt RS232-s RS485-lt
Lisaks suunatakse RS232 signaalid, mis on teisendatud TTL / CMOS tasemele, optronidesse 6N137, mis tagavad RS232 ja RS485 signaalide galvaanilise isolatsiooni. Andmete edastamiseks / vastuvõtmiseks RS485 liidese küljel kasutatakse DS75176 mikrolülitust (mitmepunktiline RS485 transiiver). See mikroskeem saab toite eraldi allikast, mille pinge on +5 V. Mikroskeem on edastussuuna ümberlülitamisega TTL / COMOS tasemel signaalivõimendi. DS75176 väljundid on ühendatud tihvtidega A ja B läbi 100 oomi takistite, mis annab A-B lühisvoolu 250 mA. RS485 signaali tugevus on umbes 10 korda suurem kui RS232 signaali tugevus. See mikroskeem võimendab signaali vajaliku võimsuseni ja tagab poolduplekstalitluse.
RS-485 võrk on üles ehitatud jadasiinide (siinide) skeemile, st. võrgus olevad seadmed on ühendatud sümmeetriliste kaablitega järjestikku. Sel juhul tuleb sideliinide otsad laadida lõpptakistitega - "terminaatoritega", mille väärtus peab olema võrdne sidekaabli iseloomuliku impedantsiga.
Terminaatorid täidavad järgmisi funktsioone:
Vähendab signaali peegeldust sideliini lõpust.
Tagab piisava voolu läbi kogu sideliini, et keelata keerdpaarkaabliga ühisrežiimi müra.
Kui võrgusegmendi kaugus on üle 1200 m või segmendi draiverite arv on üle 32 tüki, peate järgmise võrgusegmendi loomiseks kasutama repiiterit. Lisaks peab iga võrgusegment olema ühendatud terminaatoritega. Sel juhul loetakse võrgusegmendiks kaablit lõppseadme ja repiiteri või kahe repiiteri vahel.
RS-485 standard ei täpsusta, millist tüüpi tasakaalustatud kaablit kasutada, kuid de facto kasutavad nad keerdpaarkaablit, mille iseloomulik takistus on 120 oomi.
Joonis 6 Belden 3106A tööstuskaabel RS485 võrkude jaoks
RS485 võrkude jaoks on soovitatav kasutada tööstuskaablit Belden3106A. Selle kaabli iseloomulik takistus on 120 oomi ja see on topeltvarjestatud keerdpaarkaabel. Belden3106A kaabel sisaldab 4 juhet. Oranžid ja valged juhtmed on sümmeetrilised varjestatud keerdpaarkaablid. Kaabli sinist juhet kasutatakse seadmete toiteallikate nullpotentsiaali ühendamiseks võrku ja seda nimetatakse "common" (Common). Paljast traati kasutatakse kaabli mantli maandamiseks ja seda nimetatakse äravooluks. Võrgusegmendis on äravoolujuhe maandatud läbi seadme šassiil oleva takistuse segmendi ühes otsas, et vältida juhuslike voolude voolamist läbi kaabli ümbrise erinevatel maanduspotentsiaalidel kaugemates punktides.
Tavaliselt asuvad ots- ja kaitsemaandustakistused seadme sees. Need on vaja džemprite või lülitite abil õigesti ühendada. Nende ühenduste kirjeldus tuleb leida seadme tootja tehnilisest dokumentatsioonist.
Joonis 7 1747-AIC juhtmestiku skeem (Allen Bradley)
Joonis 7 näitab kaabliühendusi võrgusegmendi vaheseadmetega. DH-485 võrgusegmendi esimese instrumendi jaoks seadke hüppaja 5-6 (see ühendab 1747-AIC sees oleva 120-oomise terminaatori) ja hüppaja 1-2 (ühendab äravoolujuhtme läbi instrumendi šassii sisemine takistus). Võrgusegmendi viimase seadme jaoks tuleb paigaldada ainult hüppaja 5-6 (ühendage terminaator)
Teiste tasakaalustatud kaablite kasutamisel, eriti kui nende iseloomulik impedants ei ole teada, valitakse terminaatorite suurus empiiriliselt. Selleks peate installima ostsilloskoobi võrgu segmendi keskele. Ühe draiveri poolt edastatavate ristkülikukujuliste impulsside kuju kontrollimisel võib järeldada, et terminaatori takistuse väärtust on vaja reguleerida.
RS-485 liidesest on saanud tööstuslike andmeedastusvõrkude peamine füüsiline liides. Protokollid nagu ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 töötavad RS-485 füüsilisel kihil.
Tööstuslikud andmeedastusprotokollid on sageli tootjate poolt klassifitseeritud. Teavet konkreetse sideprotokolli kohta tuleb koguda osade kaupa.
Tööstusvõrkudega töötav spetsialist vajab programmi kogu infovõrkudes edastatava teabe lugemiseks. Tööstusprotokollide põhisaladusi saab avastada ainult edastatud ja vastuvõetud andmete põhjaliku analüüsi kaudu. Programm ComRead v.2.0 on loodud andmete ja teenindussignaalide salvestamiseks ja kuvamiseks, mis edastatakse infovõrkudes, mis töötavad vastavalt standarditele RS-232, RS-485, Bell-202 jne. Programm mitte ainult ei salvesta kogu teavet, vaid loob ka andme- ja teenusesignaalide ajabaasi. Programm ComRead v.2.0 skannib infokanalit ilma selle tööd mõjutamata, st töötab infoedastuse füüsiliste meediumide kuulamise režiimis. Lisaks saab programm töötada andmete tõlkimise ja teenindussignaalide režiimis. Ühtlasi saab sellest infokommunikatsiooni kanali otsene osa. Programmi kohta leiate täpsemat teavet siit
Ringhäälingu võimekus.
Mitmepunktiline ühendus.
RS485 puudused
Kõrge energiakulu.
Teenindussignaalide puudumine.
Kokkupõrgete võimalus.
RS-485 standardi võttis esmakordselt kasutusele Elektroonikatööstuse Liit. Täna vaatab ta üle erinevate tasakaalustatud digitaalsüsteemides kasutatavate vastuvõtjate ja saatjate elektrilised omadused.
Mis see standard on?
RS-485 on tuntud liidese nimi, mida kasutatakse aktiivselt kõikvõimalikes tööstuslikes juhtimissüsteemides teatud kontrollerite ja paljude muude seadmete omavaheliseks ühendamiseks. Peamine erinevus selle liidese ja RS-232 vahel seisneb selles, et see hõlmab mitut tüüpi seadmete samaaegset kombineerimist. RS-485 kasutamisel tagatakse kiire andmevahetus mitme seadme vahel, kasutades ühte kahejuhtmelist sideliini pooldupleksrežiimis. Ta tegeleb kaasaegses tööstuses protsesside juhtimissüsteemide loomisega.
Vahemaa ja kiirus
Esitatud standardi abil on võimalik saavutada info edastamine kiirusega kuni 10 Mbit/s. Tuleb märkida, et antud juhul sõltub maksimaalne võimalik vahemik otseselt andmeedastuse kiirusest. Tuleb märkida, et maksimaalse kiiruse tagamiseks ei tohi teavet edastada kaugemale kui 120 meetrit. Samal ajal edastatakse andmeid kiirusel 100 kbps üle 1200 meetri.
Kombineeritud seadmete arv
Seadmete arv, mida RS-485 liides saab iseenesest kombineerida, sõltub otseselt sellest, millised transiiverid nendega on seotud. Iga saatja võimaldab spetsiifiliselt juhtida 32 standardvastuvõtjat. Tõsi, tasub teada, et on vastuvõtjaid, mille sisendtakistus erineb standardist 50%, 25% või vähem. Kui kasutate seda seadet, suureneb seadmete koguarv vastavalt.
Ühendused ja protokollid
RS-485 juhe ei ole võimeline ühtki konkreetset andmekaadri vormingut ega sideprotokolli standardima. Üldjuhul kasutatakse ringhäälingus samu kaadreid, mida kasutab RS-232. Ehk siis andmebitid, stopp- ja algusbitid ning vajadusel paarsusbitid. Mis puutub vahetusprotokollide toimimisse, siis enamikus kaasaegsetes süsteemides toimub see "ülem-alluv" põhimõttel. See tähendab, et teatud seade võrgus toimib ülemseadmena ja algatab saatmispäringute vahetuse alamseadmete vahel, mis erinevad üksteisest loogiliste aadresside poolest. Praegu on tuntuim protokoll Modbus RTU. Tuleb märkida, et RS-485 kaablil ei ole kindlat tüüpi pistikut ega juhtmeid. Teisisõnu on terminali pistikud, DB9 ja teised.
Ühendus
Sageli kohtab esitatud liidest kasutades kohalikku võrku, mis ühendab korraga mitut tüüpi transiivereid. RS-485 ühenduse tegemisel on vaja signaaliahelad õigesti omavahel ühendada. Reeglina nimetatakse neid A ja B. Seega pole polaarsuse muutmine suurem asi, lihtsalt ühendatud seadmed lakkavad töötamast.
RS-485 liidese kasutamisel on vaja arvestada selle töö teatud omadustega. Seega on soovitused järgmised:
1. Signaali edastamiseks on optimaalne meedium keerdpaarkaabel.
2. Juhtme otsad tuleb lõpetada spetsiaalsete klemmitakistitega.
3. Võrk, kus kasutatakse standardset või USB RS-485, tuleb rajada ilma harudeta vastavalt siini topoloogiale.
4. Seadmed tuleks ühendada kaabliga võimalikult lühikese kaabli pikkusega.
Kokkulepe
Klemmtakistite abil tagab standardne või USB RS-485 juhtme avatud otsa täieliku sobitamise järgneva liiniga. See välistab täielikult signaali peegelduse võimaluse. Takistite nimitakistus, mis on seotud keerdpaarkaabli ja -juhtmete iseloomuliku takistusega, on tavaliselt umbes 100–120 oomi. Näiteks praegu tuntud UTP-5 kaablil, mida sageli kasutatakse Etherneti paigaldamisel, on iseloomulik takistus 100 oomi.
Teiste kaablivalikute puhul saab rakendada muid hinnanguid. Takistid saab vajadusel joota otsaseadmetes olevate kaablipistikute tihvtidele. Ei juhtu just tihti, et seadmesse endasse paigaldatakse takisteid, mille tulemusena tuleb takisti ühendamiseks paigaldada džemprid. Sel juhul, kui seade on ühendatud, ei sobi liin. Ülejäänud süsteemi normaalse toimimise tagamiseks peate ühendama ühenduspistiku.
Signaali tasemed
RS-485 port kasutab tasakaalustatud sideskeemi. Teisisõnu muutuvad signaaliahelate A ja B pingetasemed antifaasiliselt. Andur annab 1,5 V signaali taseme, võttes arvesse koormuspiirangut. Lisaks on seadme tühikäigul maksimaalselt 6 V pinge. Pinge taset mõõdetakse erinevalt. Vastuvõtja asukohas peab vastuvõetava signaali minimaalne tase olema vähemalt 200 mV.
Eelarvamus
Kui signaali ahelates pole signaali, rakendatakse väike nihe. See kaitseb vastuvõtjat valehäire korral. Eksperdid soovitavad teha veidi üle 200 mV nihke, kuna seda väärtust peetakse standardi kohaselt sisendsignaali kehtetuks tsooniks. Sellises olukorras läheneb ahel A allika positiivsele poolusele ja ahel B tõmmatakse üles ühise poole.
Näide
Takisti väärtused arvutatakse nõutava eelpinge ja toitepinge põhjal. Näiteks kui soovite saada 250 mV nihet klemmitakistitega, siis RT = 120 oomi. Väärib märkimist, et allika pinge on 12 V. Võttes arvesse asjaolu, et sel juhul on kaks takistit ühendatud paralleelselt ja ei võta üldse arvesse vastuvõtja koormust, jõuab eelpingevool. 0,0042. Samal ajal on kogu nihketakistus 2857 oomi. Sel juhul on Rcm umbes 1400 oomi. Seega peate valima lähima nimiväärtuse. Näiteks võiks olla 1,5 kΩ takisti. See on vajalik kompenseerimiseks. Lisaks kasutatakse välist 12 volti takistit.
Samuti tuleb märkida, et süsteemil on isoleeritud väljund kontrolleri toiteallikast, mis on oma vooluahela segmendi peamine lüli. Tõsi, kallutatuse teostamiseks on ka teisi võimalusi, kus on kaasatud RS-485 muundur ja muud elemendid, kuid siiski tuleks arvestada sellega, et eelpinget pakkuv sõlm lülitatakse mõnikord välja või eemaldatakse lõpuks võrgust täielikult. Kui nihe on olemas, loetakse ahela A täielik tühikäigu potentsiaal ahela B suhtes positiivseks. See toimib juhisena, kui ühendate kaabliga uue seadme ilma juhtmemarkereid kasutamata.
Vale juhtmestik ja moonutused
Ülaltoodud soovituste rakendamine võimaldab RS-485 protokolli aluseks võttes saavutada elektriliste signaalide korrektse edastamise võrgu erinevatesse punktidesse. Kui vähemalt üks nõuetest ei ole täidetud, tekib signaali moonutus. Kõige märgatavamad moonutused ilmnevad siis, kui andmevahetuskiirus on suurem kui 1 Mbps. Tõsi, isegi väiksematel kiirustel ei ole soovitatav neid näpunäiteid tähelepanuta jätta. See reegel kehtib ka võrgu tavapärase töötamise ajal.
Kuidas programmeerida?
Erinevate rakenduste programmeerimisel, mis töötavad RS-485 splitteri ja muude esitatud liidesega seadmetega, tuleks arvestada mitmete oluliste punktidega.
Enne paki kättetoimetamise algust on hädavajalik aktiveerida saatja. Väärib märkimist, et mõne allika kohaselt saab väljastamise teostada kohe pärast aktiveerimist. Sellele vaatamata soovitavad mõned eksperdid esmalt teha paus, mis on ajaliselt võrdne ühe kaadri edastuskiirusega. Sel juhul suudab õige vastuvõtuprogramm täielikult tuvastada siirdeprotsessi vead, mis suudab läbi viia normaliseerimisprotseduuri ja valmistuda järgmiseks andmete vastuvõtmiseks.
Kui viimane andmebait on välja antud, peate enne RS-485 seadme lahtiühendamist ka pausi tegema. See on mõnes mõttes tingitud sellest, et jadapordi kontrolleris on sageli kaks registrit korraga. Esimene on paralleelsisend, see on mõeldud teabe vastuvõtmiseks. Teist peetakse nihkeväljundiks, seda kasutatakse jadaväljundiks.
Kui kontroller andmeid edastab, genereeritakse kõik katkestused, kui sisendregister on tühi. See juhtub siis, kui teave on vahetuste registrisse juba edastatud, kuid seda pole veel väljastatud. See on ka põhjus, et pärast saate lõpetamist on vaja enne saatja väljalülitamist pidada teatud pausi. Ajaliselt peaks see olema kaadrist umbes 0,5 bitti pikem. Täpsemate arvutuste tegemisel on soovitatav põhjalikumalt tutvuda kasutatava jadapordi kontrolleri tehnilise dokumentatsiooniga.
Võimalik, et RS-485 saatja, vastuvõtja ja muundur on ühendatud ühisesse liini. Seega hakkab ka oma vastuvõtja tajuma enda saatja tehtud edastust. Sageli juhtub, et kui süsteemides, mida iseloomustab juhuslik juurdepääs liinile, kasutatakse seda funktsiooni kontrollimaks, et kahe saatja vahel ei esineks kokkupõrget.
Siini vormingu konfiguratsioon
Esitatud liidesel on võimalus ühendada seadmeid "bussi" formaadis, kui kõik seadmed on ühendatud ühe juhtmepaari abil. See näeb ette, et sideliin peavad olema sobitatud kahe otsa takistitega. Selle tagamiseks on vaja paigaldada takistid, mille takistus on 620 oomi. Need on alati paigaldatud esimesele ja viimasele liiniga ühendatud seadmele.
Reeglina on kaasaegsetel seadmetel sisseehitatud sobiv takisti. Vajadusel saab selle liiniga ühendada, paigaldades seadme plaadile spetsiaalse hüppaja. Väärib märkimist, et džemprite tarne olek on esmalt paigaldatud, nii et peate need eemaldama kõigist seadmetest, välja arvatud esimene ja viimane. Samuti tuleb märkida, et S2000-PI mudeli repiiteri muundurites eraldi väljundi jaoks aktiveeritakse sobitustakistus lüliti abil. Mis puudutab seadmeid S2000-KS ja S2000-K, mida iseloomustab sisseehitatud sobitustakistus, siis selle ühendamiseks pole vaja hüppajat. Pika sideliini tagamiseks on soovitav kasutada spetsiaalseid repiiter-repeatereid, mis on eelnevalt varustatud täisautomaatsete ülekande suunalülititega.
Tähe konfiguratsioon
Kõiki RS-485 liini puudutusi peetakse soovimatuteks, kuna see tooks kaasa liigseid signaalimoonutusi. Kuigi praktika seisukohalt on võimalik seda tunnistada, kui oksa pikkus on väike. Sel juhul ei ole vaja paigaldada eraldi harudele otstakisteid.
RS-485 süsteemis, kus juhtimine toimub kaugjuhtimispuldi abil, kui takistid ja seadmed on ühendatud samale liinile, kuid saavad toite erinevatest allikatest, on vaja ühendada kõigi seadmete ja konsooli 0 V ahelad. et saavutada nende potentsiaali võrdsustamine. Kui see nõue pole täidetud, on kaugjuhtimispult võimeline seadmetega katkendlikult suhtlema. Mitme keerdpaariga juhtmete kasutamisel saab potentsiaaliühtlusahelaks vajadusel kasutada täiesti vaba paari. Lisaks on võimalik kasutada varjestatud keerdpaari, kui varjestus pole maandatud.
Mida tuleks arvestada?
Enamasti peetakse potentsiaaliühtlustusjuhtmest läbivat voolu üsna väikeseks. Kui 0 V seadmed või toiteallikad ise on ühendatud mitme lokaalse maandussiiniga, siis võib erinevate 0 V ahelate potentsiaalide erinevus ulatuda mitme ühikuni. Mõnikord on see väärtus umbes kümneid volte ja voolu, mis läbib potentsiaaliühtlusringi, on üsna märkimisväärne. See on sageli põhjus, miks kaugjuhtimispuldi ja seadmete vahel on ebastabiilne ühendus. Selle tulemusena on nad isegi võimelised ebaõnnestuma.
Seetõttu on vaja välistada võimalus 0 V vooluringi maandada või maandada see vooluahel kindlas punktis. Lisaks tuleks arvestada 0 V ja häiresüsteemis kasutatavate seadmetes oleva kaitsemaandusahela vahelise ühenduse võimalusega. Tuleb märkida, et kohtades, kus on iseloomulik suhteliselt raske elektromagnetiline keskkond, on võimalik selle võrguga ühenduda "varjestatud keerdpaari" kaabli abil. Jääb veel rõhutada, et antud olukorras võib olla lühem piirang, kuna traadi mahtuvust peetakse suuremaks.
RS-485 abil on lihtne kaalust alla võtta, kui mõistate, kuidas säilitada samal ajal head suhtluskvaliteeti. See artikkel hõlmab fakte, müüte ja julmi nalju, millest peaksite selle eesmärgi saavutamiseks teadlik olema.
Tööstusautomaatikas ja hooneautomaatikasüsteemides on mitmeid kaugseadmed andmete kogumine, mis edastavad ja võtavad vastu teavet keskmooduli kaudu, mis tagab kasutajatele ja teistele töötlejatele juurdepääsu andmetele. Andmesalvestajad ja lugejad on nende rakenduste jaoks tüüpilised. Ideaalilähedase andmeliini selleks määrab RS-485 standard, mis seob andmehõiveseadmed keerdpaarkaabliga.
Kuna paljud RS-485 võrkude andmehõive- ja salvestusseadmed on kompaktsed, iseseisvad akutoitega seadmed, on nende soojuse tootmise kontrollimiseks ja aku tööea pikendamiseks vajalikud meetmed nende energiatarbimise vähendamiseks. Samuti on energiasääst oluline kantavate seadmete ja muude rakenduste puhul, kus RS-485 kasutatakse andmete allalaadimiseks keskseadmesse.
Järgmine osa on mõeldud eelkõige neile, kes RS-485-ga kursis pole.
RS-485: ajalugu ja kirjeldus
RS-485 standardi töötasid ühiselt välja kaks tootjate ühendust: Electronics Industries Association (EIA) ja Telecommunications Industry Association (TIA). Kunagi märgistas EIA kõik oma standardid eesliitega "RS" (soovitatud standard). Paljud insenerid kasutavad seda nimetust jätkuvalt, kuid EIA / TIA on ametlikult asendanud "RS" sõnaga "EIA / TIA", et hõlbustada nende standardite päritolu tuvastamist. Tänapäeval hõlmavad RS-485 standardi erinevad laiendused väga erinevaid rakendusi.
RS-485 ja RS-422 on palju ühist ja seetõttu aetakse neid sageli segamini. Tabelis 1 võrreldakse neid. RS-485, mis määratleb kahesuunalise pooldupleksside, on ainus EIA / TIA standard, mis võimaldab siini konfiguratsioonis mitut vastuvõtjat ja draiverit. EIA / TIA-422 seevastu määratleb ühe ühesuunalise mitme vastuvõtja draiveri. RS-485 elemendid on tagasiühilduvad ja vahetatavad nende RS-422 analoogidega, kuid RS-422 draivereid ei tohiks kasutada RS-485-põhistes süsteemides, kuna need ei saa siini juhtimisest loobuda.
Tabel 1. Standardid RS-485 ja RS-422
| RS-422 | RS-485 | |
| Töötunnid | Diferentsiaal | Diferentsiaal |
| Tx ja Rx number lubatud | 1 Tx, 10 Rx | 32 Tx, 32 Rx |
| Maksimaalne kaabli pikkus | 1200 m | 1200 m |
| Maksimaalne andmeedastuskiirus | 10 Mbps | 10 Mbps |
| Minimaalne draiveri väljundvahemik | ± 2V | ± 1,5 V |
| Draiveri maksimaalne väljundvahemik | ± 5 V | ± 5 V |
| Juhi maksimaalne lühisvool | 150 mA | 250 mA |
| Koormuskindlus Tx | 100 oomi | 54 oomi |
| Rx sisendi tundlikkus | ± 200 mV | ± 200 mV |
| Maksimaalne sisendtakistus Rx | 4 kΩ | 12 kΩ |
| Rx sisendpinge vahemik | ± 7V | -7 V kuni +12 V |
| Loogika-ühe taseme Rx | > 200 mV | > 200 mV |
| Rx loogika nulltase | < 200 мВ | < 200 мВ |
ESD kaitse
Diferentsiaalne signaaliedastus RS-485 ja RS-422 baasil põhinevates süsteemides tagab usaldusväärse andmeedastuse ka müra korral ning nende vastuvõtjate diferentsiaalsisendid võivad ka maha suruda olulisi ühisrežiimi pingeid. Siiski tuleb võtta täiendavaid meetmeid, et kaitsta end elektrostaatilise lahendusega (ESD) tavaliselt seotud oluliselt kõrgemate pingetasemete eest.
Inimkeha laetud võimsus võimaldab inimesel integraallülitust lihtsalt puudutades hävitada. Selline kontakt võib kergesti tekkida liidesekaabli paigaldamisel ja ühendamisel. Selliste kahjustavate mõjude eest kaitsmiseks sisaldavad MAXIM-i liidese kiibid "ESD-struktuure". Need struktuurid kaitsevad RS-485 transiiverites saatja väljundeid ja vastuvõtja sisendeid ESD tasemete eest kuni ± 15 kV.
Kinnitatud ESD kaitse tagamiseks testib Maxim korduvalt positiivseid ja negatiivseid toitekontakte 200 V sammuga, et kontrollida tasemete järjepidevust kuni ± 15 kV. Selle klassi seadmed (mis vastavad inimkeha mudelile või IEC 1000-4-2 spetsifikatsioonidele) on tootenimetuses tähistatud täiendava "E" järelliitega.
RS-485 / RS-422 draiveri kandevõimet väljendatakse ühikukoormuses, mis omakorda on määratletud kui ühe standardse RS-485 vastuvõtja sisendtakistus (12kΩ). Seega suudab standardne RS-485 draiver juhtida 32 ühikukoormust (32 paralleelset 12kΩ koormust). Mõnede RS-485 vastuvõtjate puhul on aga sisendtakistus suurem – 48 kOhm (1/4 ühikukoormus) või isegi 96 kOhm (1/8 ühikukoormus) – ja vastavalt sellele saab ühega ühendada 128 või 256 sellist vastuvõtjat. buss korraga.... Saate ühendada mis tahes vastuvõtjatüüpide kombinatsiooni, kui nende paralleeltakistus ei ületa 32 ühikulist koormust (st kogutakistus ei ole väiksem kui 375 oomi).
Suurte kiiruste tagajärjed
Kiiremad ülekanded nõuavad draiveri väljundis suuremat pöördekiirust ja need omakorda tekitavad kõrgemaid elektromagnetilisi häireid (EMI). Mõned RS-485 transiiverid hoiavad EMI miinimumini, piirates nende pöördekiirust. Aeglasem pöördekiirus aitab ka kontrollida peegeldusi, mida põhjustavad kiired siirded, suured andmeedastuskiirused või pikad lingid. Peegelduste minimeerimise võti on lõpptakistite kasutamine, mis vastavad kaabli iseloomulikule impedantsile. Tavaliste RS-485 kaablite (24AWG keerdpaarjuhtmed) puhul tähendab see 120-oomiste takistite paigaldamist sideliini mõlemasse otsa.
Kuhu kaob kogu jõud?
Ilmselgeks toitekao allikaks on transiiveri vaikevool (IQ), mis on kaasaegsetes seadmetes oluliselt vähenenud. Tabelis 2 võrreldakse väikese võimsusega CMOS-transiiverite puhkevoolusid tööstusstandardiga 75176.
Tabel 2. Erinevate RS-485 transiiverite lekkevoolude võrdlus
Teine RS-485 transiiveri energiatarbimise tunnus ilmneb siis, kui koormus puudub, draiveri väljund on lubatud ja perioodiline sisendsignaal. Kuna RS-485 puhul tuleks alati vältida avatud liine, löövad draiverid oma väljundstruktuure iga kord, kui väljundit vahetatakse. See mõlema väljundtransistori lühike sisselülitamine põhjustab toiteallikas koheselt sisselülitusvoolu. Piisavalt suur sisendkondensaator summutab neid liigpingeid, tekitades RMS-i voolu, mis tõuseb koos edastuskiirusega maksimaalse väärtuseni. MAX1483 transiiverite puhul on see maksimum ligikaudu 15 mA.
Standardse RS-485 transiiveri ühendamine minimaalse koormusega (veel üks transiiver, kaks lõpptakistit ja kaks kaitsetakistit) võimaldab realistlikumates tingimustes mõõta toitevoolu sõltuvust edastuskiirusest. Joonisel 2 on näidatud MAX1483 ICC ja andmeedastuskiirus järgmistel tingimustel: standardsed 560 oomi, 120 oomi ja 560 oomi takistid, VCC = 5 V, DE = / RE \ = VCC ja 300 m kaabel.
Nagu näete jooniselt 2, tõuseb voolutarve isegi ülimadala edastuskiiruse korral ligikaudu 37 mA-ni; see on peamiselt põhjustatud lõpptakistite ja nihketakistite lisamisest. Väikese võimsusega rakenduste puhul peaks see näitama kasutatava läbirääkimisviisi tähtsust ja tõrketaluvuse saavutamise viisi. Rikketaluvust käsitletakse järgmises jaotises ja Täpsem kirjeldus leppimine on saadaval rubriigis "Leppimise kurjad naljad".
veataluvus
Kui RS-485 vastuvõtjate sisendite pinge on vahemikus -200 mV kuni + 200 mV, jääb väljundolek määramata. Teisisõnu, kui diferentsiaalpinge RS-485 poolel poolduplekskonfiguratsioonis on 0 V ja ükski transiiver ei juhi liini (või ühendus on katkenud), siis on väljundis loogiline üks ja loogiline null. sama tõenäoline. Sellistes tingimustes väljundis teatud oleku tagamiseks nõuavad enamik kaasaegseid RS-485 transiivereid eelpingestakistite paigaldamist: esialgne kõrgetasemeline (tõmbe) takisti ühel liinil (A) ja madal tase (pulldown) teisel ( B), nagu on näidatud joonisel 1. Ajalooliselt on enamiku vooluahelate eelpingestakistiteks määratud 560 oomi, kuid võimsuskadude vähendamiseks (kui see lõpeb ainult lingi ühes otsas) saab seda väärtust suurendada ligikaudu 1,1 kΩ-ni. Mõned arendajad paigaldavad mõlemasse otsa takistid, mille reiting on vahemikus 1,1 000 kuni 2,2 000. Siin tuleb leida kompromiss mürakindluse ja energiatarbimise vahel.
Joonis 1. Kolm välistakistit moodustavad selle RS-485 transiiveri lõpp- ja eelpingeskeemi.
Joonis 2. MAX1483 transiiveri toitevool vs. edastuskiirus.
Varem välistasid RS-485 transiiverite tootjad vajaduse väliste eelpingestakistite järele, pakkudes vastuvõtja sisenditele sisemisi positiivseid takisteid, kuid selline lähenemine oli tõhus ainult avatud vooluahela probleemi lahendamisel. Nendes pseudo-tõrkekindlates vastuvõtjates kasutatud positiivsed nihketakistid olid liiga nõrgad, et tasandada vastuvõtja väljundit sobitatud siinil. Muud katsed vältida välistakistite kasutamist, muutes vastuvõtja künniseid 0 V ja -0,5 V peale, rikkusid RS-485 spetsifikatsiooni.
Maximi MAX3080 ja MAX3471 transiiveriperekond lahendas mõlemad need probleemid, määrates täpse lävivahemiku -50 mV kuni -200 mV, kõrvaldades seega vajaduse eelpingetakistite järele, säilitades samal ajal täieliku vastavuse RS-485 standardile. Need IC-d tagavad, et 0 V sisend vastuvõtjasse põhjustab väljundi kõrge tõusu. Lisaks tagab see disain vastuvõtja teadaoleva väljundi oleku avatud ja suletud liini tingimustes.
Nagu on näidatud tabelis 2, erinevad transiiverid oma puhkevoolu väärtuste poolest suuresti. Seetõttu tuleks energia säästmise esimeseks sammuks valida väikese võimsusega seade, näiteks MAX3471 (2,8 μA, kui draiver on keelatud, kuni 64 Kbps). Kuna andmeedastuse ajal suureneb energiatarve märkimisväärselt, on teiseks eesmärgiks minimeerida draiveri tööaega, edastades lühikesi telegramme (andmeplokid, umbes per.), mille vahel on pikk ooteaeg. Tabelis 3 on näidatud tüüpilise jadatelegrammi struktuur.
Tabel 3. Jadatelegramm
RS-485-põhisel süsteemil, mis kasutab vastuvõtjaid ühes ühikukoormuses (kuni 32 adresseeritavat seadet), võivad olla näiteks järgmised bitid: 5 aadressibitti, 8 andmebitti, algusbitid (kõik kaadrid), stoppbitid (kõik kaadrid) , paarsusbitid (valikuline) ja CRC bitid (valikuline). Selle konfiguratsiooni minimaalne telegrammi pikkus on 20 bitti. Turvaliste edastuste jaoks peate saatma lisateavet, nagu andmete suurus, saatja aadress ja suund, mis suurendab telegrammi pikkust 255 baidini (2040 bitti).
See telegrammi pikkuse muutus, mille struktuur on määratletud selliste standarditega nagu X.25, tagab andmete usaldusväärsuse pikema siiniaja ja energiatarbimise arvelt. Näiteks 20 biti edastamine kiirusega 200 kbps võtaks 100 µs. Kasutades MAX1483 200Kbps andmete saatmiseks sekundis, on keskmine vool
(100 μs * 53 mA + (1 s - 100 μs) * 20 μA) / 1 s = 25,3 μA
Kui transiiver on ooterežiimis, tuleks selle draiver voolutarbimise minimeerimiseks keelata. Tabelis 4 on näidatud telegrammi pikkuse mõju ühe MAX1483 draiveri energiatarbimisele, mis töötab edastuste vahel teatud katkestustega. Väljalülitusrežiimi kasutamine võib veelgi vähendada energiatarbimist süsteemis, mis kasutab küsitlustehnoloogiat kindlate intervallidega või pikemate, deterministlike vahedega edastuste vahel.
Tabel 4. Telegrammi pikkuse ja voolutarbimise vaheline seos draiveri MAX1483 kasutamisel
Lisaks nendele tarkvaraga seotud kaalutlustele pakub riistvara võimsuse parandamiseks palju kohti. Joonisel 3 võrreldakse erinevate transiiverite tarbitavaid voolusid, kui edastatakse 300-meetrise kaabli kaudu aktiivsete draiverite ja vastuvõtjatega ruutlaine signaal. 75ALS176 ja MAX1483 kasutavad standardset 560 Ω / 120 Ω / 560 Ω lõppvõrku lingi mõlemas otsas, samas kui "tõeliselt tõrkekindlatel" seadmetel (MAX3088 ja MAX3471) on siini mõlemas otsas ainult 120 Ω lõpptakistid ... 20 Kbps juures on tõmbevoolud vahemikus 12,2 mA (MAX3471 koos VCC = 3,3 V) kuni 70 mA (75ALS176). Seega väheneb energiatarbimine koheselt, kui valite väikese võimsusega seadme, millel on "tõeline tõrkekindel" funktsioon, mis välistab ka vajaduse paigaldada eelpingetakistid (maandusse ja VCC-sse). Veenduge, et teie valitud RS-485 transiiveri vastuvõtja väljastab õigeid loogikatasemeid nii avatud kui ka suletud ahela tingimuste jaoks.
Joonis 3. Transiiveri mikroskeemid erinevad suuresti voolutarbimise sõltuvuse poolest andmeedastuskiirusest.
Halvad joondamise naljad
Nagu eespool märgitud, kõrvaldavad lõpptakistid impedantsi mittevastavusest põhjustatud peegeldused, kuid puuduseks on täiendav võimsuse hajumine. Nende mõju on näidatud tabelis 5, kus on näidatud erinevate transiiverite (aktiivse draiveriga) tarbimisvoolud takistiteta tingimustes, kasutades ainult lõpptakisteid ning ka otstakistite ja kaitsvate nihketakistite kombinatsiooni.
Tabel 5. Lõpptakistite ja biastakistite kasutamine suurendab voolutarbimist
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC (ilma RT-ta) | 60 μA | 517 μA | 74 μA | 22 μA |
| I VCC (RT = 120) | 24 μA | 22,5 μA | 19,5 μA | 48 μA |
| I VCC (RT = 560-120-560) | 42 μA | N/A | N/A | 70 μA |
Likvideerige läbirääkimised
Esimene võimalus energiatarbimist vähendada on lõpetada takistid täielikult. See valik on võimalik ainult lühikeste linkide ja madalate andmeedastuskiiruste korral, mis võimaldavad peegeldustel rahuneda isegi enne, kui vastuvõtja andmeid töötleb. Nagu praktika näitab, ei ole sobitamine vajalik, kui signaali tõusuaeg on vähemalt neli korda suurem kui ühesuunalise signaali kaabli kaudu levimise viivitusaeg. Järgmised sammud kasutavad seda reeglit sobimatu kaabli maksimaalse lubatud pikkuse arvutamiseks.
Seega suudab MAX3471 pakkuda korralikku signaali kvaliteeti 64Kbps üle 38m kaabli edastamisel ja vastuvõtmisel ilma takistiteta. Joonis 4 näitab MAX3471 tarbimise dramaatilist vähenemist, mis saavutatakse, kui 300 meetri kaabli ja 120 otstakisti asemel kasutatakse 30 meetrit kaablit ilma lõpptakistita.
Joonis 4. Lõpptakistid - peamine voolutarbija.
RC sobitamine
Esmapilgul on RC-terminali võime alalisvoolu blokeerida väga paljutõotav. Siiski leiate, et see tehnika seab teatud tingimused. Otsm koosneb järjestikusest RC võrgust paralleelselt diferentsiaalvastuvõtja sisenditega (A ja B), nagu on näidatud joonisel 5. Kuigi R on alati võrdne kaabli takistusega (Z 0), nõuab C valimine mõningast kaalumist. Suur väärtus C annab hea vaste, võimaldades mis tahes signaalil näha R-d, mis vastab Z0-le, kuid suur väärtus suurendab ka draiveri tippväljundvoolu. Kahjuks nõuavad pikemad kaablid kõrgemaid C väärtusi. Selle kompromissi saavutamiseks on C reitingu määramisele pühendatud terveid artikleid. Selle teema üksikasjalikud võrrandid leiate selle artikli lõpus lingitud õpetustest.
Joonis 5. RC sobitamine vähendab energiatarbimist, kuid nõuab C väärtuse hoolikat valimist.
Keskmine signaalipinge on teine oluline tegur, mida sageli tähelepanuta jäetakse. Välja arvatud juhul, kui signaali keskmine pinge on tasakaalus alalisvool DC-trepi astmeefekt põhjustab märkimisväärset värinat efekti tõttu, mida nimetatakse "sümbolitevaheliseks häireks". Lühidalt öeldes on RC-lõpetamine tõhus energiatarbimise vähendamisel, kuid see kipub halvendama signaali kvaliteeti. Kuna RC-läbirääkimised seavad selle kasutamisele nii palju piiranguid, on paljudel juhtudel parim alternatiiv läbirääkimiste puudumine.
Schottky dioodi sobitamine
Schottky dioodid pakuvad alternatiivset sobitusmeetodit, kui suur energiatarve on probleem. Erinevalt muudest otsmistüüpidest ei püüa Schottky dioodid sobitada siini impedantsi. Selle asemel suruvad nad lihtsalt maha peegelduste põhjustatud positiivsed ja negatiivsed piigid. Selle tulemusena on pinge muutused piiratud positiivse lävipingega ja nulliga.
Schottky sobitusahel raiskab vähe energiat, kuna need juhivad ainult positiivsete ja negatiivsete liigpingete olemasolul. Teisest küljest hajutab standardne takistuslik lõpetamine (biastakistitega või ilma) pidevalt võimsust. Joonis 6 illustreerib Schottky dioodide kasutamist peegelduste vastu võitlemiseks. Schottky dioodid ei taga tõrkeohutut tööd, kuid transiiverites MAX308X ja MAX3471 valitud lävipinge tasemed võimaldavad seda tüüpi otstega tõrkeohutut tööd.
Joonis 6. Vaatamata kõrgele hinnale on Schottky dioodi sobitusahelal palju eeliseid.
Schottky diood, parim saadaolev lähendus ideaalsele dioodile (null päripinge Vf, null sisselülitusaeg tON ja null tagurpidi taastumisaeg trr), pakub suurt huvi energianõudvate lõpptakistite asendajana. Selle sobitamise puuduseks RS-485 / RS-422 põhinevates süsteemides on see, et Schottky dioodid ei suuda kõiki peegeldusi summutada. Kui peegeldunud signaal langeb alla Schottky dioodi päripinge, ei mõjuta selle energiat sobivad dioodid ja see jääb püsima, kuni kaabel selle hajutab. See, kas see püsiv häire on oluline või mitte, sõltub vastuvõtja sisendite signaali suurusest.
Schottky terminaatori peamine puudus on selle maksumus. Üks lõpp-punkt nõuab kahte dioodi. Kuna RS-485 / RS-422 siinil on diferentsiaal, korrutatakse see arv uuesti kahega (joonis 6). Mitmemõõtmeliste Schottky terminaatorite kasutamine bussis pole haruldane.
Schottky dioodterminaatorid pakuvad RS-485 / RS-422 põhiste süsteemide jaoks palju eeliseid, millest peamine on energiasääst (joonis 7). Midagi pole vaja arvutada, kuna määratud kaabli pikkuse ja andmeedastuskiiruse piirangud saavutatakse enne Schottky terminaatori piiranguid. Teine eelis on see, et mitmed Schottky terminaatorid erinevates kraanides ja vastuvõtja sisendites parandavad signaali kvaliteeti ilma sidesiini koormamata.
Joonis 7. Voolutarve RS-485 süsteemides sõltub suuresti edastuskiirusest ja lõpetamise tüübist.
Kokkuvõtteid tehes
Kui andmeedastuskiirus on suur ja kaabel pikk, on RS-485 süsteemis keeruline tagada ülimadalat energiatarbimist (algse "kirbu võimsuse" korral - ca per.), kuna on vaja paigaldada sobivus. sideliini seadmed (terminaatorid). Sellisel juhul võivad vastuvõtja väljunditel müratruud transiiverid säästa energiat isegi terminaatoritega, välistades vajaduse eelpingestakistite järele. Tarkvarasuhtlus võib samuti aidata vähendada energiatarbimist, lülitades transiiveri väljalülitatud olekusse või keelates draiveri, kui seda ei kasutata.
Madalamate kiiruste ja lühemate kaablite puhul on erinevus energiatarbimises tohutu: andmete edastamiseks kiirusega 60 Kbps 30-meetrise kaabli kaudu, kasutades standardset SN75ALS176 transiiverit, millel on 120-oomised lõpptakistid, on vaja toitesüsteemilt 70 mA võimsust. Teisest küljest nõuaks MAX3471 kasutamine samadel tingimustel toiteallikast ainult 2,5 mA.
RS-485 on standard, mille võttis esmakordselt kasutusele Electronics Industries Association. Tänapäeval käsitleb see standard mitmesugustes tasakaalustatud digitaalsüsteemides kasutatavate igasuguste vastuvõtjate ja saatjate elektrilisi omadusi.
Spetsialistide seas on RS-485 üsna populaarse liidese nimi, mida kasutatakse aktiivselt erinevates tööstuslikes juhtimissüsteemides mitme kontrolleri, aga ka paljude muude seadmete omavaheliseks ühendamiseks. Peamine erinevus selle liidese ja mitte vähem levinud RS-232 vahel on see, et see võimaldab korraga kombineerida mitut tüüpi seadmeid.
RS-485 abil tagatakse üheainsa kaudu kiire infovahetus mitme seadme vahel kahejuhtmeline liin side pooldupleksrežiimis. Seda kasutatakse laialdaselt kaasaegses tööstuses protsessijuhtimissüsteemi moodustamise protsessis.
Selle standardi abil edastatakse teavet kiirusega kuni 10 Mbit / s, samas kui maksimaalne võimalik vahemik sõltub otseselt andmete edastamise kiirusest. Seega saab maksimaalse kiiruse tagamiseks andmeid edastada mitte kaugemale kui 120 meetrit, samas kui kiirusel 100 kbps levib info üle 1200 meetri.
Seadmete arv, mida RS-485 liides suudab kombineerida, sõltub otseselt sellest, milliseid transiivereid seadmes kasutatakse. Iga saatja on ette nähtud 32 standardvastuvõtja samaaegseks juhtimiseks, kuid peate mõistma, et on vastuvõtjaid, mille sisendtakistus on 50%, 25% või isegi vähem kui standard, ja kui selliseid seadmeid kasutatakse, suureneb seadmete koguarv. vastavalt.
RS-485 kaabel ei standardiseeri ühtki kindlat teaberaamide vormingut ega vahetusprotokolli. Valdav enamus juhtudel kasutatakse täpselt samu kaadreid, mida RS-232 ehk andmebitte, stopp- ja start bitte ning vajadusel ka paarsusbitti.
Vahetusprotokollide toimimine enamikus kaasaegsetes süsteemides toimub "ülem-alluv" põhimõttel, see tähendab, et mõni võrgu seade on ülem ja võtab initsiatiivi vahetada saatmispäringuid kõigi üksteisest erinevate alamseadmete vahel. loogiliste aadresside järgi. Tänapäeval on populaarseim protokoll Modbus RTU.
Väärib märkimist, et RS-485 kaablil pole ka kindlat tüüpi pistikuid ega juhtmeid, see tähendab, et seal võivad olla klemmipistikud, DB9 ja muud.
Kõige sagedamini on seda liidest kasutades kohalik võrk, mis ühendab korraga mitu transiiverit.
RS-485 ühenduse loomisel peate omavahel asjatundlikult ühendama signaaliahelad, mida tavaliselt nimetatakse A ja B. Sel juhul pole polaarsuse ümberpööramine nii kohutav, lihtsalt ühendatud seadmed ei tööta.
RS-485 liidese kasutamisel peaksite arvestama selle töö mitme funktsiooniga:
Klemmtakistite abil tagab standardne või USB RS-485 kaabli avatud otsa täieliku sobitamise järgneva liiniga, välistades täielikult signaali peegelduse võimaluse.
Takistite nimitakistus vastab kaabli iseloomulikule impedantsile ja keerdpaaril põhinevate kaablite puhul on see enamikul juhtudel ligikaudu 100-120 oomi. Näiteks tänapäeval üsna populaarsel UTP-5 kaablil, mida Etherneti paigaldamisel aktiivselt kasutatakse, on iseloomulik takistus 100 oomi. Teiste kaablivalikute puhul võib kasutada mõnda muud reitingut.
Takistid saab vajadusel jootma juba lõppseadmetes olevate kaablipistikute kontaktidele. Harva paigaldatakse seadmesse endasse takistid, mille tulemusena tuleb takisti ühendamiseks paigaldada džemprid. Sellisel juhul, kui seade on lahti ühendatud, on liin täiesti sobimatu. Ja selleks, et tagada ülejäänud süsteemi normaalne töö, peate ühendama sobiva pistiku.
RS-485 port kasutab tasakaalustatud andmeedastusskeemi, see tähendab, et signaaliahelate A ja B pingetasemed muutuvad antifaasis.
Andur peaks andma täiskoormusel signaali 1,5 V ja tühikäigul mitte rohkem kui 6 V. Pinge taset mõõdetakse erinevalt, iga signaalijuhe teise suhtes.
Vastuvõtja asukohas peab vastuvõetava signaali minimaalne tase igal juhul olema vähemalt 200 mV.
Kui signaaliahelates pole signaali, tekib väike nihe, mis kaitseb vastuvõtjat valehäirete eest.
Eksperdid soovitavad nihet veidi üle 200 mV, kuna see väärtus vastab standardile vastava sisendsignaali ebausaldusvööndile. Sel juhul tõmmatakse ahel A üles allika positiivse pooluse poole, samas kui ahel B tõmmatakse üles ühisele.
Arvutamine toimub vastavalt toiteallika nõutavale eelpingele ja pingele. Näiteks kui soovite saada 250 mV nihet klemmitakistite RT = 120 oomi kasutamisel, arvestades, et allika pinge on 12 V. Arvestades, et sel juhul on kaks takistit ühendatud paralleelselt, võtmata üldse arvesse vastuvõtja koormust, on eelpingevool 0,0042 A, samas kui eelpingeahela kogutakistus on 2857 oomi. R cm on sel juhul umbes 1400 oomi, seega peate valima lähima väärtuse.
Näitena kasutame 1,5k eelpingetakistit ja välist 12-voldist takistit. Lisaks on meie süsteemil isoleeritud väljund kontrolleri toiteallikast, mis on oma ahela segmendi juhtiv lüli.
Muidugi on kallutatuse rakendamiseks palju muid võimalusi, milles kasutatakse RS-485 muundurit ja muid elemente, kuid igal juhul peate eelpingeskeemide paigutamisel arvestama, et sõlm, mis seda pakub lülitub perioodiliselt välja või saab isegi lõpuks võrgust täielikult eemaldada.
Kui nihe on olemas, on ahela A täielik tühikäigu potentsiaal vooluahela B suhtes positiivne, mis on juhiseks, kui uus seade ühendatakse kaabliga ilma juhtmemärgisteta.
Ülaltoodud soovituste rakendamine võimaldab teil saavutada elektriliste signaalide normaalse edastamise võrgu erinevatesse punktidesse, kui aluseks on RS-485 protokoll. Kui vähemalt osa nõuetest ei ole täidetud, tekivad signaali moonutused. Kõige märgatavamad moonutused hakkavad ilmnema siis, kui andmevahetuskiirus ületab 1 Mbit / s, kuid tegelikult ei ole isegi väiksema kiiruse korral soovitatav neid soovitusi eirata, isegi kui võrk "töötab normaalselt".
Erinevate rakenduste programmeerimisel, mis töötavad RS-485 jaoturit kasutavate seadmetega ja muude selle liidesega seadmetega, tuleb meeles pidada mitmeid olulisi punkte. Loetleme need:
See liides annab võimaluse ühendada seadmeid "bussi" formaadis, kui kõik seadmed on ühendatud ühe juhtmepaari abil. Sel juhul tuleb sideliin sobitada kahe otsa rea lõputakistitega.
Sobivuse tagamiseks paigaldatakse sel juhul takistid takistusega 620 oomi. Need paigaldatakse alati esimesele ja viimasele liiniga ühendatud seadmele. Enamikus kaasaegsetes seadmetes on sisseehitatud ka sobitustakistus, mille saab vajadusel liini lisada, paigaldades seadmeplaadile spetsiaalse hüppaja.
Kuna džemprid paigaldatakse algselt tarneolekus, peate need esmalt eemaldama vastavalt kõikidest seadmetest, välja arvatud esimene ja viimane liiniga ühendatud seade. S2000-PI mudeli repiiteri muundurites iga üksiku väljundi jaoks lülitatakse sobitustakistus sisse lüliti abil, seadmeid S2000-KS ja S2000-K iseloomustab aga sisseehitatud sobitustakistus, mille tulemusena tekib sobitustakistus. selle ühendamiseks pole vaja hüppajat.
Pikema sideliini tagamiseks on soovitatav kasutada täisautomaatse ülekande suunavahetusega varustatud spetsialiseeritud repiitereid.
Kõik RS-485 liini kraanid on ebasoovitavad, kuna sellisel juhul on signaali moonutused üsna tugevad, kuid praktilisest küljest võib neid taluda, kui kraani pikkus on lühike. Sellisel juhul ei ole vaja eraldi harudele otstakisteid paigaldada.
RS-485 jaotussüsteemis, mida juhitakse konsoolist, kui viimane ja seadmed on ühendatud samale liinile, kuid toidetakse erinevatest allikatest, on vaja ühendada kõigi seadmete ja konsooli 0 V ahelad. et tagada nende potentsiaali võrdsustamine. Kui see nõue ei ole täidetud, võib kaugjuhtimispuldil olla seadmetega ebastabiilne ühendus. Kui kasutada mitme keerdpaariga kaablit, siis potentsiaaliühtlusahelaks saab vajadusel kasutada täiesti vaba paari. Muuhulgas on võimalik kasutada ka varjestatud keerdpaari, kui kilp ei ole maandatud.
Valdav enamus on potentsiaaliühtlusjuhtmest läbiv vool üsna väike, kuid kui 0 V seadmed või toiteallikad on ühendatud mitme kohaliku maandussiiniga, võib erinevate 0 V ahelate potentsiaalide erinevus olla mitu ühikut. , ja mõnel juhul isegi kümneid volte, samas kui potentsiaaliühtlusringi läbiv vool võib olla üsna märkimisväärne. See on tavaline põhjus, miks kaugjuhtimispuldi ja seadmete vahel on ebastabiilne ühendus, mille tagajärjel võivad need isegi ebaõnnestuda.
Sel põhjusel on vaja välistada 0 V vooluahela maandamise võimalus või maksimaalselt selle vooluahela maandamine teatud punktis. Samuti peate arvestama võimalusega ühendada 0 V pinge ja kaitsemaandusahela vahel, mis on häiresüsteemis kasutatavates seadmetes.
Objektidel, mida iseloomustab üsna karm elektromagnetiline keskkond, on võimalik seda võrku ühendada "varjestatud keerdpaar" kaabli kaudu. Sel juhul võib esineda lühem vahemik, kuna kaabli mahtuvus on suurem.
Tööstuslikeks rakendusteks, juhtmevaba andmeliinid ei saa kunagi täielikult asendada ühendatud... Viimaste hulgas on kõige levinum ja usaldusväärsem endiselt jadaliides
Rs
-485
... Ja välismõjude eest kõige paremini kaitstud ning tema jaoks erineva konfiguratsiooni ja integratsiooniastmega transiiverite tootja jääb omakorda ettevõtteks.Maxim
Integreeritud
.
Vaatamata traadita võrkude kasvavale populaarsusele pakuvad juhtmega võrgud kõige usaldusväärsemat ja stabiilsemat sidet, eriti karmides töötingimustes. Õigesti kavandatud juhtmega võrgud võimaldavad tõhusat sidet tööstuslikes rakendustes ja tööstuslikes juhtimissüsteemides, tagades samal ajal häirete, elektrostaatilise lahenduse ja liigpingekindluse. RS-485 liidese iseloomulikud omadused on toonud kaasa selle laialdase kasutuse tööstuses.
RS-485 transiiver on kõige levinum füüsilise kihi liides jadaandmevõrkude rakendamiseks karmides keskkondades tööstus- ja hoonehaldussüsteemides. See jadaliidese standard pakub kiiret sidet suhteliselt pika vahemaa jooksul ühe diferentsiaalliini (keerdpaar) kaudu. RS-485 kasutamise põhiprobleemiks tööstuses ja automatiseeritud hoonehaldussüsteemides on see, et induktiivkoormuste kiirest ümberlülitumisest tulenevad elektrilised siirded, elektrostaatilised lahendused, aga ka liigpinged, mis mõjutavad automaatjuhtimissüsteemide võrke, võivad moonutada edastatavat signaali. andmeid või viia nende ebaõnnestumiseni.
Praegu on mitut tüüpi andmeedastusliideseid, millest igaüks on mõeldud konkreetsete rakenduste jaoks, võttes arvesse vajalikku parameetrite kogumit ja protokolli struktuuri. Jadaliideste hulka kuuluvad CAN, RS-232, RS-485 / RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI ja SMBus, kuid RS-485 ja RS-422 on endiselt kõige töökindlamad, eriti rasketes tingimustes. tingimused.
RS-485 ja RS-422 liidesed on paljuski sarnased, kuid neil on mõned olulised erinevused, mida tuleb andmeedastussüsteemide projekteerimisel arvestada. Vastavalt standardile TIA / EIA-422 on RS-422 liides ette nähtud tööstuslikele rakendustele ühe andmesiini ülemseadmega, millega saab ühendada kuni 10 alamseadet (joonis 1). See tagab keerdpaarkaabli abil edastuse kiirusel kuni 10 Mbps, mis parandab mürakindlust ning saavutab suurima võimaliku andmeedastusulatuse ja kiiruse. RS-422 tüüpilised rakendused on tööstusprotsesside automatiseerimine (keemiatööstus, toiduainete töötlemine, paberivabrikud), integreeritud tootmisautomaatika (auto- ja metallitööstus), ventilatsiooni- ja kliimasüsteemid, turvasüsteemid, mootori juhtimine ja objektide liikumise juhtimine.
RS-485 pakub suuremat paindlikkust, lubades ühisele siinile mitu ülemseadet ja suurendades seadmete maksimaalset arvu siinil 10-lt 32-le. Vastavalt TIA / EIA-485 standardile on RS-485 laiem ühisrežiimi pinge. vahemik (-7 ... 12 V ± 7 V asemel) ja veidi väiksem diferentsiaalpinge vahemik (± 1,5 V ± 2 V asemel), mis tagab piisava vastuvõtja signaali taseme maksimaalse liinikoormuse korral. Multidrop-andmesiini täiustatud võimalusi kasutades saate luua ühega ühendatud seadmete võrke jadaport RS-485. Tänu oma kõrgele mürakindlusele ja multi-drop võimekusele on RS-485 parim jadaliides kasutamiseks tööstuslikes hajutatud süsteemides, mis on ühendatud programmeeritava loogikakontrolleri (PLC), graafikakontrolleri (HMI) või muude andmehõivekontrolleritega. Kuna RS-485 on RS-422 laiendatud versioon, saab kõiki RS-422 seadmeid ühendada siiniga, mida juhib RS-485 master. RS-485 tüüpilised rakendused on sarnased ülaltoodud RS-422 rakendustega, RS-485 kasutatakse selle täiustatud võimaluste tõttu sagedamini.
Standard TIA / EIA-485 lubab kasutada RS-485 kaugusel kuni 1200 m. Lühematel vahemaadel on andmeedastuskiirus üle 40 Mbps. Diferentsiaalsignaali kasutamine annab RS-485 liidesele pikema ulatuse, kuid edastuskiirus väheneb liini pikkuse kasvades. Boodikiirust mõjutab ka liinijuhtmete ristlõikepindala ja sellega ühendatud seadmete arv. Soovitatav on kasutada sisseehitatud kõrgsagedusparandusfunktsiooniga RS-485 transiivereid, näiteks MAX3291, kui teil on vaja saavutada nii pikamaa kui ka kõrge andmeedastuskiirus. RS-485 liidest saab kasutada pooldupleksrežiimis ühe keerdpaari abil või täisdupleksrežiimis andmete samaaegse edastamise ja vastuvõtmisega, mis tagatakse kahe keerdpaari (neli juhtme) abil. Multidrop konfiguratsioonis pooldupleksrežiimis on RS-485 võimeline toetama kuni 32 saatjat ja kuni 32 vastuvõtjat. Uue põlvkonna transiiveri IC-del on aga suurem sisendtakistus, mis võib vähendada vastuvõtja liini koormust 1/4-lt 1/8-ni standardväärtusest. Näiteks transiiveri MAX13448E abil saab RS-485 siiniga ühendatud vastuvõtjate arvu suurendada 256-ni. Täiustatud RS-485 multidrop liidesega saate võrku ühendada mitu sama jadaporti ühendatud seadet, nagu on näidatud joonisel. 2.
Vastuvõtja tundlikkus on ± 200 mV. Seetõttu peavad ühe andmebiti äratundmiseks signaali tasemed vastuvõtja ühenduspunktis olema nulli puhul suuremad kui +200 mV ja ühtsuse puhul alla -200 mV (joonis 3). Sel juhul summutab vastuvõtja häired, mille tase on vahemikus ± 200 mV. Diferentsiaaljoon tagab ka tõhusa ühisrežiimi tagasilükkamise. Vastuvõtja minimaalne sisendtakistus on 12 kOhm, saatja väljundpinge on vahemikus ± 1,5 ... ± 5 V.
Tööstussüsteemide projekteerijad seisavad silmitsi hirmuäratavate väljakutsetega tagada töökindlus elektromagnetilises keskkonnas, mis võib kahjustada seadmeid või häirida digitaalseid andmeedastussüsteeme. Üks näide sarnased süsteemid on automaatjuhtimine tehnoloogilised seadmed automatiseeritud tööstusettevõttes. Protsessi kontrolliv kontroller mõõdab selle parameetreid, aga ka keskkonnaparameetreid ning edastab käsud täitevseadmetele või genereerib hädaolukorra teateid. Tööstuslikud kontrollerid on reeglina mikroprotsessoripõhised seadmed, mille arhitektuur on optimeeritud antud tööstusettevõtte probleemide lahendamiseks. Selliste süsteemide punkt-punkti andmeliinid mõjutavad tugevalt keskkonnast tulenevaid elektromagnetilisi häireid.
Tööstuslikud alalis-/alalisvoolumuundurid töötavad kõrge sisendpingega ja pakuvad koormuse toiteks isoleeritud pingeid. Hajutatud süsteemi seadmete toiteks, millel pole oma toiteallikat, kasutatakse pingeid 24 või 48 V alalisvoolu. Klemmkoormus on varustatud 12 või 5 V pingega, mis saadakse sisendpinge teisendamisel. Süsteemid, mis suhtlevad kaugandurite või täiturmehhanismidega, vajavad kaitset transientide, elektromagnetiliste häirete ja maanduspotentsiaalide erinevuste eest.
Paljud ettevõtted, nagu Maxim Integrated, näevad vaeva, et tööstuslike rakenduste IC-d oleksid väga töökindlad ja vastupidavad karmile elektromagnetilisele keskkonnale. Maximi RS-485 transiiveritel on sisseehitatud kõrgepinge ESD ja liigpingekaitse ning need on kuumvahetustavad ilma andmekadudeta.
Elektrostaatiline lahendus (ESD) tekib siis, kui kaks vastandlikult laetud materjali puutuvad kokku, kandes seeläbi üle staatilisi laenguid ja moodustades sädelahenduse. ESD tekib sageli siis, kui inimesed puutuvad kokku ümbritsevaga. Pooljuhtseadmete hooletust käsitlemisest tekkivad sädelahendused võivad oluliselt halvendada nende omadusi või viia pooljuhtstruktuuri täieliku hävimiseni. ESD võib tekkida näiteks kaabli vahetamisel või lihtsalt I/O-pordi puudutamisel ja põhjustada pordi blokeerimise ühe või mitme liidese mikrolülituse rikke tõttu (joonis 4).
Sellised õnnetused võivad kaasa tuua märkimisväärseid kahjusid, kuna need suurendavad garantiiremondi kulusid ja tarbijad tajuvad neid selle tagajärjel. Madal kvaliteet toode. Tööstuslikus tootmises on ESD tõsine probleem, mis võib igal aastal põhjustada miljardeid dollareid kahju. Reaalsetes tingimustes võib ESD põhjustada üksikute komponentide ja mõnikord ka kogu süsteemi rikke. Andmeliideste kaitsmiseks saab kasutada väliseid dioode, kuid mõned liidese IC-d sisaldavad sisseehitatud ESD-kaitsekomponente ega vaja täiendavaid väliseid kaitselülitusi. Joonisel 5 on kujutatud tüüpilise sisseehitatud ESD kaitseahela lihtsustatud funktsionaalne diagramm. Signaaliliini impulsse piirab dioodkaitse toitepingel V CC ja maandus ning kaitseb seega ahela sisemust kahjustuste eest. Praegu toodetavad sisseehitatud ESD-kaitsega liidesekiibid ja analooglülitid vastavad üldiselt standardile IEC 61000-4-2.
Maxim Integrated on palju investeerinud usaldusväärse, sisseehitatud ESD-kaitsega kiipide arendamisse ja on praegu liider RS-232 kuni RS-485 transiiverite osas. Need seadmed taluvad IEC 61000-4-2 ja JEDEC JS-001 ESD testimpulsse otse I/O-portides. Maximi ESD-lahendused on töökindlad, taskukohased, neil ei ole täiendavaid väliseid komponente ja need on odavamad kui enamik analooge. Kõik selle ettevõtte toodetud liidese mikroskeemid sisaldavad sisseehitatud elemente, mis kaitsevad iga väljundit tootmise ja töötamise ajal tekkiva ESD eest. Transiiverite perekond MAX3483AE / MAX3485AE kaitseb saatja ja vastuvõtja väljundeid kuni ± 20 kV kõrgepingeimpulsside eest. Samal ajal säilib toodete normaalne töörežiim, ei ole vaja toite välja lülitada ja uuesti sisse lülitada. Lisaks pakuvad sisseehitatud ESD-kaitsed toite sisse/välja ja vähese energiatarbega ooterežiimi.
Tööstuslikes rakendustes on RS-485 draiverite sisendid ja väljundid liigpingest tingitud rikete suhtes kalduvad. Liigepinge parameetrid erinevad ESD-st – kui ESD kestus jääb tavaliselt vahemikku kuni 100 ns, siis liigpinge kestus võib olla 200 μs või rohkem. Ülepingeid võivad põhjustada juhtmestiku vead, halvad ühendused, kahjustatud või defektsed kaablid ja jootepiiskad, mis võivad moodustada juhtiva ühenduse toite- ja signaaliliinide vahel. trükkplaat või ühenduspesas. Kuna tööstuslikud toitesüsteemid kasutavad pinget üle 24 V, kahjustab standardsete RS-485 transiiverite, mis ei ole liigpingekaitsega, kokkupuude selliste pingetega neid minutite või isegi sekunditega. Ülepinge eest kaitsmiseks vajavad tavalised RS-485 liidese kiibid kalleid väliseid seadmeid, mis põhinevad diskreetsetel komponentidel. Sisseehitatud liigpingekaitsega transiiverid RS-485 taluvad kuni ± 40, ± 60 ja ± 80 V ühisrežiimi andmeliinimüra Maxim toodab RS-485 / RS-422 transiiverite rida MAX13442E… MAX13444E, mis taluvad alalisvoolu. sisendpinged ja väljundid kuni ± 80 V maanduse suhtes. Turvafunktsioonid toimivad olenemata kiibi praegusest olekust – kas see on sisse lülitatud, välja lülitatud või ooterežiimis – muutes need transiiverid tööstuses kõige usaldusväärsemaks ja ideaalseks tööstuslikeks rakendusteks. Maximi transiiverid taluvad ülepingeid, mis on põhjustatud lühistest toite- ja signaaliliinidest, juhtmestiku vigadest, ebaõigetest pistikuühendustest, vigasetest kaablitest ja väärkasutusest.
RS-485 liidese mikroskeemide oluline omadus on vastuvõtjate vastupidavus määratlemata liini olekutele, mis tagab kõrge loogikataseme seadmise vastuvõtja väljundis, kui sisendid on avatud või suletud, samuti kui kõik saatjad on ühendatud liin läheb passiivsesse režiimi (väljundite suure takistusega olek). Vastuvõtja suletud andmeliini signaalide õige tajumise probleem lahendatakse sisendsignaali lävede nihutamisega negatiivsetele pingetele -50 ja -200 mV. Kui vastuvõtja sisenddiferentsiaalpinge VA - V B on suurem või võrdne -50 mV, seatakse väljund R 0 kõrgele tasemele. Kui VA - V B on väiksem või võrdne -200 mV, seatakse väljund R 0 madalale tasemele. Kui kõik saatjad lähevad passiivsesse olekusse ja liinil on katkestus, on vastuvõtja diferentsiaalsisendpinge nullilähedane, mille tulemusena läheb vastuvõtja väljund kõrgeks. Sel juhul on sisendi mürakindluse piir 50 mV. Erinevalt eelmise põlvkonna transiiveritest vastavad -50 ja -200 mV läved EIA / TIA-485 standardiga kehtestatud ± 200 mV väärtustele.
