Nykytekniikassa tiedon vaihto eri laitteiden välillä on yhä tärkeämpää. Ja tätä varten dataa on siirrettävä sekä lyhyillä että merkittävillä etäisyyksillä, kilometrien luokkaa. Yksi tällaisista tiedonsiirtotyypeistä on laitteiden välinen viestintä RS-485-liitännän kautta.
Yksi yleisimmistä esimerkeistä tiedonsiirtolaitteiden käytöstä on. Yhteen verkkoon yhdistetyt sähkömittarit on hajallaan kaappeihin, kennoihin kytkinlaitteet ja jopa huomattavan etäisyyden päässä toisistaan sijaitsevat sähköasemat. Tässä tapauksessa liitäntää käytetään tietojen lähettämiseen yhdestä tai useammasta mittauslaitteesta.
Järjestelmää "yksi metri - yksi modeemi" otetaan aktiivisesti käyttöön tietojen siirtämiseksi energianmyyntiyritysten palveluihin yksityistalojen, pienyritysten mittauskeskuksista.
Toinen esimerkki: tiedon vastaanottaminen reaaliajassa mikroprosessorin suojauspäätteistä sekä keskitetty pääsy niihin muutosten tekemistä varten. Tätä varten päätelaitteet sidotaan samalla tavalla tietoliikennerajapinnan kautta, ja tiedot siitä siirtyvät lähettäjän asentamalle tietokoneelle. Suojauksen sattuessa käyttöhenkilöstöllä on mahdollisuus saada välittömästi tietoa toimintapaikasta ja tehopiirien vaurioiden luonteesta.
Mutta vaikein viestintärajapintojen ratkaisema tehtävä on monimutkaisten tuotantoprosessien keskitetty ohjausjärjestelmä - APCS. Teollisuuslaitoksen operaattorilla on pöydällä tietokone, jonka näytöltä hän näkee prosessin tämänhetkisen tilan: lämpötilat, tuottavuuden, yksiköt päälle ja pois päältä, niiden toimintatavan. Ja sillä on kyky hallita kaikkea tätä kevyellä hiiren napsautuksella.
Tietokone puolestaan vaihtaa tietoja ohjaimien kanssa - laitteiden, jotka muuntavat antureiden komennot koneen ymmärtämälle kielelle, ja käänteinen muunnos: koneen kielestä ohjauskomennoiksi. Tietoliikenne ohjaimen kanssa sekä eri ohjaimien välillä tapahtuu tiedonsiirtorajapintojen kautta.
RS-232-liitäntä on RS 485:n pikkuveli.Ei voi ainakaan lyhyesti mainita RS-232-liitäntää, jota kutsutaan myös sarjaportiksi. Joissakin kannettavissa tietokoneissa on liitin vastaavaa porttia varten, ja jotkin digitaaliset laitteet (samat releen suojausliittimet) on varustettu lähdöillä RS-232-kommunikaatiota varten.
Jotta voit vaihtaa tietoja, sinun on pystyttävä lähettämään ja vastaanottamaan sitä. Tätä varten meillä on lähetin ja signaalivastaanotin. Ne sisältyvät jokaiseen laitteeseen. Lisäksi yhden laitteen lähettimen (TX) lähtö on kytketty toisen laitteen vastaanottimen (RX) tuloon. Ja vastaavasti signaali liikkuu vastakkaiseen suuntaan toista johtimia pitkin samalla tavalla.
Tämä tarjoaa half-duplex-viestintätilan, eli vastaanotin ja lähetin voivat toimia samanaikaisesti. RS-232-kaapelin tiedot voivat liikkua yhteen ja toiseen suuntaan samanaikaisesti.
Tämän liitännän haittana on sen alhainen melunsieto. Tämä johtuu siitä, että signaali liitäntäkaapelille sekä vastaanottoa että lähetystä varten muodostetaan suhteessa yhteiseen johtoon - maahan. Kaikki häiriöt, jopa suojatussa kaapelissa, voivat johtaa tiedonsiirtohäiriöihin tai yksittäisten informaatiobittien katoamiseen. Ja tätä ei voida hyväksyä monimutkaisten ja kalliiden mekanismien hallinnassa, joissa mikä tahansa virhe on onnettomuus ja yhteyden katkeaminen on pitkä seisokki.
Siksi sitä käytetään pääasiassa pieniin tilapäisiin kytkentöihin kannettavasta tietokoneesta digitaaliseen laitteeseen, esimerkiksi alkukokoonpanon määrittämiseen tai virheiden korjaamiseen.
RS-485-liitännän organisaatio.Suurin ero RS-458:n ja RS-232:n välillä on, että kaikki vastaanottimet ja lähettimet toimivat yhdellä johtoparilla, joka on tietoliikennelinja. Tässä tapauksessa maadoitusjohtoa ei käytetä, ja signaali johdossa muodostetaan differentiaalimenetelmällä. Se lähetetään samanaikaisesti kahdella johdolla ("A" ja "B") käänteisessä muodossa.
Jos lähettimen lähtö on looginen "0", johtimelle "A" annetaan nollapotentiaali. "B"-johtimessa generoidaan "ei 0" -signaali, eli - "1". Jos lähetin lähettää "1", on päinvastoin.
Tuloksena saadaan muutos signaalijännitteeseen kahden johtimen välillä, jotka ovat kierretty pari. Kaikki kaapeliin tulevat häiriöt muuttavat jännitettä suhteessa maahan tasaisesti parin molemmissa johtimissa. Mutta hyödyllisen signaalin jännite muodostuu johtimien väliin, eikä siksi kärsi lainkaan niiden potentiaalista.
Kaikissa RS-485-liitännän kautta kytketyissä laitteissa on vain kaksi liitintä: "A" ja "B". Yhteiseen verkkoon liittämistä varten nämä liittimet on kytketty rinnakkaispiiriin. Tätä varten kaapeliketju vedetään laitteesta toiseen.
Tässä tapauksessa on tarpeen virtaviivaistaa tietojen vaihtoa laitteiden välillä, asettamalla lähetys- ja vastaanottojärjestys sekä lähetettyjen tietojen muoto. Tämä tehdään erityisellä ohjeella, jota kutsutaan protokollaksi.
RS-485-tiedonsiirtoprotokollia on monia, joista yleisin on Modbas. Pohditaanpa lyhyesti, kuinka yksinkertaisin protokolla toimii ja mitä muita ongelmia sen avulla on ratkaistava.
Tarkastellaan esimerkiksi verkkoa, jossa yksi laite kerää tietoja useista tietolähteistä. Se voi olla modeemi ja ryhmä sähkömittareita. Jokaiselle lähetin-vastaanottimelle annetaan numero, joka on yksilöllinen tietylle verkolle, jotta tiedetään, mistä laskurista tiedot tulevat. Numero määrätään myös modeemin lähetin-vastaanottimelle.
Kun on aika kerätä tietoja virrankulutuksesta, modeemi luo pyynnön. Ensin lähetetään aloituspulssi, jonka mukaan kaikki laitteet ymmärtävät, että nyt tulee koodisana - viesti nollien ja ykkösten sarjasta. Siinä ensimmäiset bitit vastaavat tilaajan numeroa verkossa, loput ovat dataa, esimerkiksi käskyä lähettää tarvittava tieto.
Kaikki laitteet vastaanottavat viestin ja vertaavat soitettua tilaajanumeroa omaansa. Jos ne täsmäävät, osana pyyntöä lähetetty komento suoritetaan. Jos ei, laite jättää tekstin huomioimatta eikä tee mitään.
Samanaikaisesti monissa protokollissa lähetetään takaisin vahvistus siitä, että komento on hyväksytty suoritettavaksi tai suoritettu. Jos vastausta ei ole, lähettävä laite voi toistaa pyynnön tietyn määrän kertoja. Jos ei reagoida, syntyy tieto virheestä, joka liittyy viestintäkanavan toimintahäiriöön hiljaisen tilaajan kanssa.
Vastausta ei välttämättä seuraa, ei vain vikatilanteessa. Jos viestintäkanavassa on voimakasta häiriötä, joka kuitenkin tunkeutuu sinne, joukkueet eivät välttämättä saavuta määränpäätään. Ne ovat myös vääristyneitä, eikä niitä tunnisteta oikein.
Komennon virheellistä suorittamista ei voida sallia, joten näihin paketeihin lisätään tarkoituksellisesti ylimääräistä tietoa - tarkistussumma. Se lasketaan lähettävän puolen protokollassa määrätyn lain mukaan. Vastaanotossa tarkistussumma lasketaan samalla periaatteella ja sitä verrataan lähetettyyn. Jos ne täsmäävät, vastaanotto katsotaan onnistuneeksi ja komento suoritetaan. Jos ei, laite lähettää virheilmoituksen lähettäjälle.
Kierrettyjä parikaapeleita käytetään laitteiden liittämiseen RS-485-liitännällä. Vaikka yksi johtopari riittää näiden tietojen välittämiseen, varauksen muodostamiseen käytetään yleensä kaapeleita, joissa on vähintään kaksi.
Paremman suojan häiriöitä vastaan kaapelit on suojattu, jolloin koko linjan suojukset liitetään toisiinsa. Tätä tarkoitusta varten yhdistettävissä laitteissa on “A”- ja “B”-nastan lisäksi “COM”-liitin. Linja on maadoitettu vain yhdessä pisteessä, yleensä ohjaimen, modeemin tai tietokoneen sijainnissa. Tämä on kiellettyä kahdessa kohdassa, jotta vältetään häiriöt, jotka väistämättä menevät koko näytön poikki maadoituspisteiden potentiaalieron vuoksi.
Kaapelit kytketään vain sarjaan keskenään, haaroja ei voi tehdä. Linjan sovittamiseksi sen päähän on kytketty 120 ohmin vastus (tämä on kaapelin ominaisimpedanssi).
Yleisesti ottaen liitäntäkaapelilinjojen asennus on yksinkertainen tehtävä. Laitteiden konfigurointi on paljon vaikeampaa, mikä vaatii erityisosaajia.
Jotta ymmärrät paremmin RS-485-liitännän toiminnan, suosittelemme katsomaan seuraavan videon:
RS-485 on standardi, jonka Electronics Industries Association hyväksyi ensimmäisenä. Nykyään tämä standardi käsittelee kaikenlaisten vastaanottimien ja lähettimien sähköisiä ominaisuuksia, joita käytetään erilaisissa balansoiduissa digitaalisissa järjestelmissä.
Asiantuntijoiden keskuudessa RS-485 on melko suositun käyttöliittymän nimi, jota käytetään aktiivisesti erilaisissa teollisuuden ohjausjärjestelmissä useiden ohjainten ja monien muiden laitteiden yhdistämiseen toisiinsa. Suurin ero tämän liitännän ja yhtä yleisen RS-232:n välillä on, että se mahdollistaa useiden laitteiden yhdistämisen samanaikaisesti.
RS-485:n avulla saadaan aikaan nopea tiedonvaihto useiden laitteiden välillä yhden laitteen kautta kaksijohtiminen linja tiedonsiirto half-duplex-tilassa. Sitä käytetään laajasti nykyaikaisessa teollisuudessa prosessinohjausjärjestelmän muodostamisessa.
Tämän standardin avulla tiedot lähetetään jopa 10 Mbit / s nopeudella, kun taas suurin mahdollinen kantama riippuu suoraan tiedonsiirtonopeudesta. Näin ollen maksiminopeuden varmistamiseksi dataa voidaan siirtää enintään 120 metrin päähän, kun taas 100 kbps:n nopeudella tietoa lähetetään 1200 metrin päähän.
RS-485-liitännän yhdistämien laitteiden määrä riippuu suoraan siitä, mitä lähetin-vastaanottimia laitteessa käytetään. Jokainen lähetin on suunniteltu ohjaamaan samanaikaisesti 32 standardivastaanotinta, mutta sinun on ymmärrettävä, että on vastaanottimia, joiden tuloimpedanssi on 50%, 25% tai jopa vähemmän kuin standardi, ja jos tällaisia laitteita käytetään, laitteiden kokonaismäärä kasvaa. asianmukaisesti.
RS-485-kaapeli ei standardoi mitään tiettyä tietokehysten tai vaihtoprotokollan muotoa. Suurimmassa osassa tapauksista käytetään täsmälleen samoja kehyksiä, joita RS-232 käyttää, eli databittejä, lopetus- ja aloitusbittejä sekä tarvittaessa pariteettibittiä.
Vaihtoprotokollien toiminta useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä tapahtuu "isäntä-orja" -periaatteen mukaisesti, eli jokin verkon laite on isäntä ja ottaa aloitteen lähetyspyyntöjen vaihtamiseen kaikkien toisistaan eroavien orjalaitteiden välillä. loogisten osoitteiden perusteella. Nykyään suosituin protokolla on Modbus RTU.
On syytä huomata, että RS-485-kaapelissa ei myöskään ole tietyntyyppisiä liittimiä tai johdotuksia, eli siellä voi olla liittimiä, DB9 ja muita.
Useimmiten tätä käyttöliittymää käyttämällä on paikallinen verkko, joka yhdistää useita lähetin-vastaanottimia samanaikaisesti.
Kun muodostat RS-485-yhteyden, sinun on yhdistettävä pätevästi signaalipiirit keskenään, joita yleensä kutsutaan nimellä A ja B. Tässä tapauksessa napaisuuden vaihto ei ole niin kauheaa, vain kytketyt laitteet eivät toimi.
Kun käytät RS-485-liitäntää, sinun tulee ottaa huomioon useita sen toiminnan ominaisuuksia:
Terminaalivastuksia käyttämällä standardi tai USB RS-485 tarjoaa täydellisen kaapelin avoimen pään ja seuraavan linjan yhteensopivuuden eliminoiden signaalin heijastumisen mahdollisuuden.
Vastusten nimellisresistanssi vastaa kaapelin ominaisimpedanssia ja niille kaapeleille, jotka perustuvat kierrettyyn pariin, se on useimmiten noin 100-120 ohmia. Esimerkiksi UTP-5-kaapelilla, joka on nykyään melko suosittu ja jota käytetään aktiivisesti Ethernetin asettamiseen, on ominaisimpedanssi 100 ohmia. Muissa kaapelivaihtoehdoissa voidaan käyttää jotakin muuta arvoa.
Tarvittaessa vastukset voidaan juottaa kaapeliliittimien koskettimiin jo valmiissa laitteissa. Harvoin itse laitteeseen asennetaan vastukset, minkä seurauksena vastuksen kytkemiseksi on asennettava hyppyjohtimet. Tässä tapauksessa, jos laite on irrotettu, linja on täysin epäsopiva. Ja varmistaaksesi muun järjestelmän normaalin toiminnan, sinun on kytkettävä vastaava pistoke.
RS-485-portti käyttää balansoitua tiedonsiirtomallia, eli signaalipiirien A ja B jännitetasot muuttuvat vastavaiheisesti.
Anturin tulee tarjota signaalitaso 1,5 V täydellä kuormalla ja enintään 6 V, jos laite on tyhjäkäynnillä. Jännitetaso mitataan differentiaalisesti, kukin signaalijohdin suhteessa toiseen.
Siellä missä vastaanotin sijaitsee, vastaanotetun signaalin minimitason tulee joka tapauksessa olla vähintään 200 mV.
Jos signaalipiireissä ei ole signaalia, tapahtuu pieni poikkeama, joka suojaa vastaanotinta vääriltä hälytyksiltä.
Asiantuntijat suosittelevat hieman yli 200 mV:n poikkeamaa, koska tämä arvo vastaa standardin mukaista tulosignaalin epäluotettavuusaluetta. Tässä tapauksessa piiri A vedetään ylös lähteen positiiviseen napaan, kun taas piiri B vedetään ylös yhteiseen.
Teholähteen vaaditun biasin ja jännitteen mukaisesti laskenta suoritetaan. Jos esimerkiksi halutaan saada 250 mV offset käytettäessä liitinvastuksia RT = 120 ohm, kun lähteen jännite on 12 V. Ottaen huomioon, että tässä tapauksessa kaksi vastusta on kytketty rinnakkain ottamatta lainkaan huomioon vastaanottimen kuormaa, bias-virta on 0,0042 A, kun taas bias-piirin kokonaisresistanssi on 2857 ohmia. R cm on tässä tapauksessa noin 1400 ohmia, joten sinun on valittava jokin lähin arvo.
Esimerkkinä käytämme 1,5k bias-vastusta ja ulkoista 12 voltin vastusta. Lisäksi järjestelmässämme on eristetty lähtö ohjaimen virtalähteestä, joka on johtava linkki piirin segmentissään.
Tietysti biasin toteuttamiseen on monia muita vaihtoehtoja, joissa käytetään RS-485-muunninta ja muita elementtejä, mutta joka tapauksessa bias-piirejä asetettaessa on otettava huomioon, että sen tarjoava solmu sammuu ajoittain tai jopa voidaan lopulta poistaa kokonaan verkosta.
Jos esijännitettä esiintyy, piirin A täysin tyhjäkäyntipotentiaali on positiivinen suhteessa piiriin B, mikä on ohjenuora, jos uusi laite liitetään kaapeliin, jossa ei ole johdinmerkintöjä.
Yllä olevien suositusten toteuttaminen mahdollistaa normaalin sähköisten signaalien siirron verkon eri kohtiin, jos RS-485-protokollaa käytetään perustana. Jos ainakin osa vaatimuksista ei täyty, esiintyy signaalin vääristymiä. Merkittävimmät vääristymät alkavat ilmaantua, kun tiedonsiirtonopeus ylittää 1 Mbit / s, mutta itse asiassa, jopa alhaisemmilla nopeuksilla, on erittäin mahdotonta jättää huomioimatta näitä suosituksia, vaikka verkko "toimiisi normaalisti".
On useita tärkeitä seikkoja, jotka on pidettävä mielessä ohjelmoitaessa erilaisia sovelluksia, jotka toimivat RS-485-jakajaa käyttävien laitteiden ja muiden tätä liitäntää käyttävien laitteiden kanssa. Listataan ne:
Tämä liitäntä tarjoaa mahdollisuuden yhdistää laitteita "väylä"-muodossa, kun kaikki laitteet on kytketty yhdellä johtoparilla. Tässä tapauksessa tiedonsiirtolinjan on sovitettava molempien päiden linjan loppuvastukset.
Sopivuuden varmistamiseksi tässä tapauksessa asennetaan vastukset, joiden resistanssi on 620 ohmia. Ne asennetaan aina ensimmäiseen ja viimeiseen linjaan kytkettyyn laitteeseen. Useimmissa nykyaikaisissa laitteissa on myös sisäänrakennettu sovitusvastus, joka voidaan tarvittaessa sisällyttää linjaan asentamalla laitekorttiin erityinen jumpperi.
Koska jumpperit asennetaan alun perin toimitustilassa, sinun on ensin poistettava ne kaikista laitteista, lukuun ottamatta ensimmäistä ja viimeistä linjaan kytkettyä laitetta. S2000-PI-mallin toistinmuuntimissa kullekin yksittäiselle lähdölle sovitusvastus kytketään päälle kytkimellä, kun taas S2000-KS- ja S2000-K-laitteille on ominaista sisäänrakennettu sovitusvastus, jonka seurauksena on sen kytkemiseen ei tarvita jumpperia.
Pitemmän tiedonsiirtolinjan tarjoamiseksi on suositeltavaa käyttää täysin varustettuja toistin-toistimia automaattinen vaihto lähetyssuunnat.
RS-485-linjan väliotokset eivät ole toivottavia, koska tässä tapauksessa signaalin vääristymä on melko voimakas, mutta käytännön näkökulmasta ne voidaan sietää, jos välioton pituus on lyhyt. Tässä tapauksessa päätevastuksia ei tarvitse asentaa erillisiin haaroihin.
RS-485-jakelujärjestelmässä, jota ohjataan konsolista, jos jälkimmäinen ja laitteet on kytketty samaan linjaan, mutta saavat virran eri lähteistä, on tarpeen yhdistää kaikkien laitteiden ja konsolin 0 V piirit varmistaakseen niiden potentiaalin tasaamisen. Jos tämä vaatimus ei täyty, kaukosäätimellä voi olla epävakaa yhteys laitteiden kanssa. Jos käytetään kaapelia, jossa on useita kierrettyjä johdinpareja, niin potentiaalintasauspiiriin voidaan tarvittaessa käyttää täysin vapaata paria. Muun muassa on mahdollista käyttää myös suojattua kierrettyä paria, jos suojusta ei ole maadoitettu.
Valtaosassa potentiaalintasausjohtimen läpi kulkeva virta on melko pieni, mutta jos 0 V laitteita tai itse teholähteet on kytketty useisiin paikallisiin maadoitusväyliin, potentiaaliero eri 0 V piirien välillä voi olla useita yksiköitä. , ja joissain tapauksissa jopa kymmeniä voltteja, kun taas potentiaalintasauspiirin läpi kulkeva virta voi olla varsin merkittävä. Tämä on yleinen syy siihen, että kaukosäätimen ja laitteiden välillä on epävakaa yhteys, minkä seurauksena ne voivat jopa epäonnistua.
Tästä syystä on välttämätöntä sulkea pois mahdollisuus maadoittaa 0 V piiri tai korkeintaan maadoittaa tämä piiri tietyssä kohdassa. Sinun on myös harkittava 0 V:n ja suojamaadoituspiirin välistä yhteenkytkentää, joka on hälytysjärjestelmässä käytetyssä laitteessa.
Kohteissa, joille on ominaista melko ankara sähkömagneettinen ympäristö, on mahdollista yhdistää tämä verkko "suojatun kierretyn parikaapelin" kautta. Tässä tapauksessa lyhyempi alue voi olla läsnä, koska kaapelin kapasitanssi on suurempi.
Verkkoviestintä on johdotettu viidennen luokan kierretyllä parikaapelilla. Ohjaimet on kytketty toisiinsa väylätopologian mukaan, ts. peräkkäin yksi toisensa jälkeen.
Oikea verkon toiminta (erityisesti pitkiä kaapeleita käytettäessä) on mahdollista vain, jos kaikkien lähetin-vastaanotinlaitteiden välillä on yksi linja ("väylätopologia").
Linja voi sisältää enintään 32 laitetta (tavallinen kuormayksikkö tai enemmän - ¼ kuorma), jotka sijaitsevat halutulla tavalla koko pituudeltaan. Laitteet tulee kytkeä linjaan hyvin lyhyillä kaapeleilla (enintään 30 cm), jotta vältetään Y-jako.
Käytännössä tämä pituus voidaan kuitenkin kasvattaa useisiin metreihin. Useimmissa tapauksissa monimutkaiset konfigurointiongelmat voidaan ratkaista käyttämällä rajapintatoistimia.
Signaalilinjojen tulee olla vähintään 50 cm:n etäisyydellä virransyöttökaapeleista, erityisesti kuormakaapeleista. Lisäksi niitä ei saa laittaa samaan punokseen näiden kaapeleiden tai kaapeleiden kanssa, joiden läpi kulkevat suuret virrat, koska tämä voi johtaa tunkeutumiseen ja virheisiin.
Voimalinjojen leikkauspisteen tulee olla 90 asteen kulmassa. Kierrettyjen parien liittäminen ja "kierteiden" käyttö on kielletty. Kaapeloinnissa on suositeltavaa käyttää kaapeleita, joissa on kaksi tai neljä kierrettyä paria, jotta:
RS485-standardi varmistaa laitteiden toiminnan jopa 1,2 km pitkällä linjalla. Tämä arvo on suurin. Käytännössä kuitenkin suositellaan käytettäväksi enintään 500 m:n pituisia linjoja. Pitkiä johtoja rakennettaessa tulee olla erityisen huolellinen valittaessa kaapelia, jonka poikkileikkauksen tulee olla sopiva.
Käytettävän kaapelin on kestettävä vähintään 0,2 V 120 ohmin etäpäätteessä, kun lähettimen lähtöjännite on 2 V. Alle 22 AWG:n kaapeleiden käyttöä ei suositella.
Henkilökohtaisia tietokoneita käytetään nykyään laajalti esineiden kauko-ohjaukseen tai anturien parametrien valvontaan ohjauskeskuksesta. Teollisuudessa näihin tarkoituksiin käytetään RS485-liitäntää, joka mahdollistaa jopa 32 lähetin-vastaanottimen kytkemisen kierretyn parin kautta 1200 metrin etäisyydelle nopeudella 10 Mbit / s. Voit lukea lisää tästä käyttöliittymästä kohdasta Kaikki on hyvin, mutta tietokoneissa ei ole tällaisia liitäntöjä. RS232-liitäntä ja nykyaikaisten tietokoneiden liitäntä löytyy melko harvoin. Mutta USB-portti on saatavana melkein missä tahansa.
Kirjoittaja antaa käytännön kaavion virtuaalisovittimesta USB-portti RS485:lle. Ja myös RS485 tuumaa sarjaportti USART, joka löytyy PIC18F8720:sta ja monista muista mikro-ohjaimista. Kuva 1. Virtuaalisen USB-portin kauneus on se ohjelmisto tietokoneessa voit kirjoittaa kuten RS232-porttiin. Tämä tarkoittaa, että voit hallita porttia ohjauksella, kuten MSComm. Tässä artikkelissa ei käsitellä tietokoneen ohjausohjelmaa, joten lähetämme tietoja tietokoneelta COMPump-päätteen avulla. Yksityiskohtainen kuvaus tämän päätteen kanssa työskentelyä käsiteltiin artikkelissa Virtual USB / RS-232-portti, ajurien asennusta käsiteltiin myös artikkelissa. Ohjelmiston näkökulmasta se ei eroa USB / RS485:stä, vaikka RS232 on kaksisuuntainen lähetin-vastaanotin ja RS485 on puolidupleksi.
Joten USB / RS485 -ohjain eroaa USB / RS232:sta korvaamalla DD2 fig1 -sirun ADM213EARS -artikkelissa tämän artikkelin SN75176 fig1 -tyypin D103-sirulla. Tämä mikropiiri on täydellinen half-duplex RS485 lähetin-vastaanotin, lähtöohjain on suunniteltu + -60mA virralle. Mikropiirissä on sisäänrakennettu ylikuumenemissuoja 150g C:n tasolla. Minimituloimpedanssi 12kΩ, tuloherkkyys 200mV. ja tulohystereesi 50 mV. Vastaanottimen ja lähettimen toiminta-algoritmi on esitetty taulukoissa 1, 2. D101-virtuaaliohjaimen mikropiirin (FT232BM) avulla voit liittää SN75176-mikropiirin muuttamatta ohjelmistoliitäntää ja työskennellä RS485-portin kanssa half-duplex-tilassa. Ainoa vivahde, joka tulee ottaa huomioon kehitettäessä ohjelmaa tietokoneella, on se, että tavun siirron aikana rajapinnan kautta saat lähetetyn tavun vastaanottimessa, ns. kaiun. RS485-liitäntä on suunniteltu kytkemään lähetin-vastaanottimia käyttämällä kierrettyä parikaapelia jopa 1200 metrin etäisyydeltä, mutta voimakkaiden häiriöiden olosuhteissa johto tulee sijoittaa suojavaippaan.
Pöytä 1. lähetin
| D | DE | A | B |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
Taulukko 2. vastaanotin
| A-B | Inv.RE | R |
| Vid> = 0,2V | 0 | 1 |
-0,2v | 0
|
?
|
|
| Vid<=-0,2в | 0 | 0 |
| X | 1 | Z |
| Avata | 0 | ? |
KUVIO 1
Ohjauslaitteen tilalle on myös tarpeen asentaa D3-lähetin-vastaanottimen mikropiiri (SN75176). Koska kirjoitamme itse mikro-ohjaimen ajurin, siirrymme vastaanotosta lähetykseen PORTJ4-portin haaralla 39. Kuvan 1 kaaviossa D2-mikropiiri toimii 10-bittisenä analogia-digitaalimuuntimena. Ohjelma HEX-muodossa näkyy taulukossa 3.
Sen työskentelyn algoritmi on seuraava. Ohjelma 21 μs välein. lukee tietoja ADC-tulosta ja kirjoittaa sisäiseen puskuriin, joka koostuu 79 tavusta. Noin 1,7 ms jälkeen. Puskuri täyttyy kokonaan ja prosessi toistuu. Tässä tapauksessa tämän puskurin lukemiseksi tietokoneesta on lähetettävä tämän laitteen osoite. Meidän tapauksessamme tämä on 0x0A. Vastaanotettuaan osoitteen mikrokontrolleri siirtää 79 tavua tietokoneelle. Osoite on tarpeen, jos useampi kuin yksi ohjausobjekti liitetään RS485-linjaan.
Koko laite tehtiin leipälevylle, paitsi mikro-ohjain. Sitä varten sinun on tehtävä piirilevy, jotta voit juottaa johdot siihen. Koska tässä mikro-ohjaimessa on 12x12mm TQFP80-paketti ja siinä on 80 nastaa. Kuvassa 2 näkyvä piirilevy on valmistettu yksipuolisesta lasikuidusta, jonka paksuus on 0,5 mm ja mitat 35x35 mm. Tämä mikropiiri on toivottavaa juottaa ilmajuottoasemalla.
RS-485-standardin hyväksyi ensimmäisenä Electronics Industry Association. Tänään hän tarkastelee erilaisten balansoiduissa digitaalisissa järjestelmissä käytettävien vastaanottimien ja lähettimien sähköisiä ominaisuuksia.
Mikä tämä standardi on?
RS-485 on tunnetun rajapinnan nimi, jota käytetään aktiivisesti kaikenlaisissa teollisuuden ohjausjärjestelmissä tiettyjen ohjainten ja monien muiden laitteiden yhdistämiseen toisiinsa. Suurin ero tämän liitännän ja RS-232:n välillä on, että se sisältää useiden erityyppisten laitteiden yhdistämisen samanaikaisesti. Käytettäessä RS-485:tä nopea tiedonsiirto useiden laitteiden välillä taataan käyttämällä yhtä kaksijohtimista tiedonsiirtolinjaa half-duplex-tilassa. Hän on mukana modernissa teollisuudessa prosessinohjausjärjestelmien luomisessa.
Kantama ja nopeus
Esitellyn standardin avulla on mahdollista saavuttaa tiedonsiirto jopa 10 Mbit/s nopeudella. On huomattava, että tässä tapauksessa suurin mahdollinen alue riippuu suoraan tiedonsiirron nopeudesta. On huomioitava, että maksiminopeuden varmistamiseksi tietoa voidaan siirtää enintään 120 metrin päähän. Samaan aikaan 100 kbps nopeudella dataa siirretään 1200 metrin päähän.
Yhdistettyjen laitteiden määrä
Se, kuinka monta laitetta RS-485-liitäntä voi itsessään yhdistää, riippuu suoraan siitä, mitä lähetin-vastaanottimia niissä on mukana. Jokainen lähetin mahdollistaa 32 vakiovastaanottimen erityisohjauksen. On totta, että on olemassa vastaanottimia, joiden tuloimpedanssi poikkeaa standardista 50 %, 25 % tai vähemmän. Jos käytät tätä laitetta, laitteiden kokonaismäärä kasvaa vastaavasti.
Liittimet ja protokollat
RS-485-johto ei pysty standardoimaan mitään tiettyä datakehysmuotoa tai tiedonsiirtoprotokollaa. Yleisesti lähetyksessä käytetään samoja kehyksiä, joita RS-232 käyttää. Toisin sanoen databitit, lopetus- ja aloitusbitit sekä pariteettibitti tarvittaessa. Mitä tulee vaihtoprotokollien toimintaan, useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä se suoritetaan "isäntä-orja" -periaatteen mukaisesti. Tämä tarkoittaa, että verkon tietty laite toimii isäntänä ja käynnistää lähetyspyyntöjen vaihdon orjalaitteiden välillä, jotka eroavat keskenään loogisten osoitteiden perusteella. Tunnetuin protokolla tällä hetkellä on Modbus RTU. On huomattava, että RS-485-kaapelissa ei ole tietyntyyppistä liitintä tai johtoa. Toisin sanoen, on terminaaliliittimet, DB9 ja muut.
Yhteys
Usein esitettyä käyttöliittymää käyttämällä törmäämme paikalliseen verkkoon, joka yhdistää samanaikaisesti useita lähetin-vastaanottimia. RS-485-liitäntää tehtäessä signaalipiirit on kytkettävä oikein. Pääsääntöisesti niitä kutsutaan nimellä A ja B. Näin ollen napaisuuden vaihto ei ole iso juttu, vain kytketyt laitteet lakkaavat toimimasta.
RS-485-liitäntää käytettäessä on otettava huomioon tietyt sen toiminnan ominaisuudet. Suositukset ovat siis seuraavat:
1. Optimaalinen väline signaalin siirtoon on kierretty parikaapeli.
2. Johdon päät on päätettävä erityisillä liitinvastuksilla.
3. Verkko, jossa käytetään standardia tai USB RS-485:tä, on sijoitettava ilman haaroja väylätopologian mukaan.
4. Laitteet tulee liittää kaapeliin mahdollisimman lyhyellä kaapelipituudella.
sopimus
Päätevastusten avulla standardi tai USB RS-485 takaa täydellisen johdon avoimen pään ja seuraavan linjan yhteensopivuuden. Tämä eliminoi täysin signaalin heijastumisen mahdollisuuden. Kierretyn parikaapelin ja johtojen ominaisimpedanssiin liittyvä vastusten nimellisimpedanssi on tyypillisesti noin 100-120 ohmia. Esimerkiksi tällä hetkellä tunnetulla UTP-5-kaapelilla, jota käytetään usein Ethernetin asennuksessa, on ominaisimpedanssi 100 ohmia.
Muille kaapelivaihtoehdoille voidaan soveltaa muita luokituksia. Päätylaitteiden kaapeliliittimien nastoihin voidaan tarvittaessa juottaa vastukset. Itse laitteistoon ei useinkaan asenneta vastuksia, minkä seurauksena vastuksen kytkemiseen on asennettava hyppyjohtimet. Tässä tapauksessa, kun laite on kytketty, linja ei täsmää. Varmistaaksesi muun järjestelmän normaalin toiminnan, sinun on kytkettävä päätepistoke.
Signaalitasot
RS-485-portti käyttää tasapainotettua tiedonsiirtojärjestelmää. Toisin sanoen signaalipiirien A ja B jännitetasot muuttuvat vastavaiheessa. Anturi antaa 1,5 V:n signaalitason kuormitusrajan huomioon ottaen. Lisäksi laite on joutokäynnillä enintään 6 V. Jännitteen taso mitataan differentiaalisesti. Vastaanottimen sijainnissa vastaanotetun signaalin minimitason tulee olla vähintään 200 mV.
Puolueellisuus
Kun signaalipiireissä ei ole signaalia, käytetään pientä siirtymää. Se suojaa vastaanotinta väärän hälytyksen sattuessa. Asiantuntijat neuvovat tekemään hieman yli 200 mV:n offsetin, koska tämän arvon katsotaan vastaavan standardin mukaista tulosignaalin virheellistä vyöhykettä. Tällaisessa tilanteessa piiri A lähestyy lähteen positiivista napaa ja piiri B vedetään ylös yhteiseen napaan.
Esimerkki
Vastusten arvot lasketaan vaaditun biasin ja tehonsyöttöjännitteen perusteella. Jos esimerkiksi haluat saada 250 mV:n offsetin liitinvastuksilla, RT = 120 ohmia. On syytä huomata, että lähteen jännite on 12 V. Kun otetaan huomioon, että tässä tapauksessa kaksi vastusta on kytketty rinnakkain eivätkä ota lainkaan huomioon vastaanottimen kuormaa, bias-virta saavuttaa 0,0042. Samanaikaisesti kokonaisbiasresistanssi on 2857 ohmia. Tässä tapauksessa Rcm on noin 1400 ohmia. Siksi sinun on valittava lähin nimellisarvo. Esimerkkinä voisi olla 1,5 kΩ vastus. Se vaaditaan offsetille. Lisäksi käytetään ulkoista 12 voltin vastusta.
On myös huomioitava, että järjestelmässä on eristetty lähtö ohjaimen virtalähteestä, joka on päälinkki omassa piirisegmentissään. On totta, että biasin suorittamiseen on muitakin vaihtoehtoja, joissa RS-485-muunnin ja muut elementit ovat mukana, mutta sinun tulee silti ottaa huomioon, että biasin tarjoava solmu joskus poistetaan käytöstä tai lopulta poistetaan kokonaan verkosta. Kun esijännite on olemassa, piirin A täysin tyhjäkäyntipotentiaalia pidetään positiivisena suhteessa piiriin B. Tämä toimii ohjeena, kun kaapeliin kytketään uusia laitteita käyttämättä johdinmerkkejä.
Väärät johdotukset ja vääristymät
Edellä esitettyjen suositusten toteuttaminen mahdollistaa oikean sähköisten signaalien siirron verkon eri kohtiin, kun RS-485-protokollaa käytetään perustana. Jos vähintään yksi vaatimuksista ei täyty, signaali vääristyy. Huomattavimmat vääristymät ilmenevät, kun tiedonsiirtonopeus on yli 1 Mbps. Totta, jopa pienemmillä nopeuksilla ei ole suositeltavaa laiminlyödä näitä vinkkejä. Tämä sääntö pätee myös normaalin verkkotoiminnan aikana.
Kuinka ohjelmoida?
Ohjelmoitaessa erilaisia sovelluksia, jotka toimivat RS-485-jaottimen käyttämien laitteiden ja muiden esitetyllä rajapinnalla varustettujen laitteiden kanssa, tulee ottaa huomioon useita tärkeitä kohtia.
Lähetin on ehdottomasti aktivoitava ennen lähetyksen alkamista. On syytä huomata, että joidenkin lähteiden mukaan liikkeeseenlasku voidaan suorittaa heti aktivoinnin jälkeen. Tästä huolimatta jotkut asiantuntijat neuvovat ensin pitämään tauon, joka on yhtä suuri kuin yhden kehyksen lähetysnopeus. Tässä tapauksessa oikea vastaanotto-ohjelma pystyy täysin tunnistamaan transienttiprosessin virheet, joka pystyy suorittamaan normalisoinnin ja valmistautumaan seuraavaan tiedon vastaanottoon.
Kun viimeinen datatavu on annettu, sinun on myös keskeytettävä ennen RS-485-laitteen irrottamista. Tämä johtuu jossain mielessä siitä, että sarjaportin ohjaimessa on usein kaksi rekisteriä samanaikaisesti. Ensimmäinen on rinnakkaistulo, se on suunniteltu vastaanottamaan tietoa. Toista pidetään vaihtolähtönä, sitä käytetään sarjalähtöön.
Kun ohjain siirtää tietoja, mahdolliset keskeytykset syntyvät, kun tulorekisteri on tyhjä. Tämä tapahtuu, kun tiedot on jo toimitettu vuororekisteriin, mutta niitä ei ole vielä annettu. Tämä on myös syy siihen, että lähetyksen päätyttyä on tarpeen pitää tietty tauko ennen lähettimen sammuttamista. Sen pitäisi olla noin 0,5 bittiä kehystä pidempi ajallisesti. Tarkempia laskelmia suoritettaessa on suositeltavaa perehtyä tarkemmin käytetyn sarjaporttiohjaimen teknisiin dokumentaatioihin.
On mahdollista, että RS-485-lähetin, vastaanotin ja muunnin on kytketty yhteiseen linjaan. Näin ollen myös oma vastaanotin alkaa havaita oman lähettimen tekemää lähetystä. Usein käy niin, että kun järjestelmissä, joille on ominaista satunnainen pääsy linjaan, tätä ominaisuutta käytetään tarkistamaan, ettei kahden lähettimen välillä ole törmäystä.
Väylämuodon konfigurointi
Esitetyllä rajapinnalla on kyky yhdistää laitteita "väylä"-muotoon, kun kaikki laitteet on kytketty yhdellä johtoparilla. Tämä edellyttää, että tiedonsiirtolinjan on sovitettava molempien päiden linjan loppuvastukset. Tämän varmistamiseksi on tarpeen asentaa vastukset, joiden resistanssi on 620 ohmia. Ne asennetaan aina ensimmäiseen ja viimeiseen linjaan kytkettyyn laitteeseen.
Nykyaikaisissa laitteissa on pääsääntöisesti sisäänrakennettu yhteensopiva vastus. Tarvittaessa se voidaan liittää linjaan asentamalla laitekorttiin erityinen jumpperi. On syytä huomata, että jumpperien toimitustila asennetaan ensin, joten sinun on poistettava ne kaikista laitteista paitsi ensimmäistä ja viimeistä. On myös huomioitava, että S2000-PI-mallin toistinmuuntimissa erilliselle ulostulolle sovitusvastus aktivoidaan kytkimellä. Mitä tulee S2000-KS- ja S2000-K-laitteisiin, joille on ominaista sisäänrakennettu sovitusvastus, niiden kytkemiseen ei tarvita hyppyjohdinta. Pitkän tiedonsiirtolinjan aikaansaamiseksi on suositeltavaa käyttää erikoistuneita toistintoistimia, jotka on valmiiksi varustettu täysin automaattisilla voimansiirron suuntakytkimillä.
Tähtikokoonpano
Kaikki RS-485-linjan kosketukset katsotaan ei-toivotuiksi, koska tämä johtaisi liialliseen signaalin vääristymiseen. Vaikka käytännön näkökulmasta tämä on mahdollista myöntää, kun haaraa on vähän. Tässä tapauksessa päätevastuksia ei tarvitse asentaa erillisiin haaroihin.
RS-485-järjestelmässä, jossa ohjaus tapahtuu kaukosäätimellä, kun vastukset ja laitteet on kytketty samaan linjaan, mutta saavat virran eri lähteistä, on tarpeen yhdistää kaikkien laitteiden ja kaukosäätimen 0 V piirit saavuttaakseen niiden potentiaalin tasauksen. Kun tämä vaatimus ei täyty, kaukosäädin pystyy ajoittain kommunikoimaan laitteiden kanssa. Käytettäessä johtoja, joissa on useita kierrettyjä pareja, potentiaalintasauspiiriin voidaan tarvittaessa käyttää täysin vapaata paria. Lisäksi on mahdollista käyttää suojattua kierrettyä paria, jos suojusta ei ole maadoitettu.
Mitä pitäisi ottaa huomioon?
Useimmissa tapauksissa potentiaalintasauslangan läpi kulkevaa virtaa pidetään melko pienenä. Jos 0 V laitteet tai itse teholähteet on kytketty useisiin paikallisiin maadoitusväyliin, niin eri 0 V piirien välinen potentiaaliero voi olla useita yksiköitä. Joskus tämä arvo on noin kymmenien volttien luokkaa, ja potentiaalintasauspiirin läpi kulkeva virta on varsin merkittävä. Tämä on usein syy siihen, miksi kaukosäätimen ja laitteiden välillä on epävakaa yhteys. Tämän seurauksena he voivat jopa epäonnistua.
Siksi on välttämätöntä sulkea pois mahdollisuus maadoittaa 0 V piiri tai maadoittaa tämä piiri tietyssä kohdassa. Lisäksi tulee ottaa huomioon mahdollisuus 0 V:n ja hälytysjärjestelmässä käytetyn laitteiston suojamaadoituspiirin välille. On huomattava, että paikoissa, joissa on ominaista suhteellisen ankara sähkömagneettinen ympäristö, on mahdollista muodostaa yhteys tähän verkkoon käyttämällä "suojattua kierrettyä parikaapelia". On vielä korostettava, että tässä tilanteessa voi olla lyhyempi rajoitusalue, koska langan kapasitanssin katsotaan olevan suurempi.
