RS-485 (suositeltu standardi 485 tai EIA/TIA-485-A) on suositeltu standardi tiedonsiirtoon kaksijohtimis-, half-duplex-, monipiste-, sarja-, symmetrisen tietoliikennelinkin kautta. Yhteiset kehitysyhdistykset: Electronic Industries Alliance (EIA) ja Telecommunications Industry Association (TIA). Standardi kuvaa vain signaloinnin fyysisiä kerroksia (eli vain OSI:n avointen järjestelmien yhteenliittämismallin 1. kerrosta). Standardi ei kuvaa vaihto-ohjelman mallia ja vaihtoprotokollia. RS-485 luotiin laajentamaan RS232-liitännän fyysisiä ominaisuuksia binaaridatan siirtoon.
Nimi: Suositeltu standardi 485
Tasapainotetuissa monipistejärjestelmissä käytettävien generaattorien ja vastaanottimien sähköiset ominaisuudet
Generaattorien ja vastaanottimien sähköiset ominaisuudet käytettäväksi tasapainotetuissa monipistejärjestelmissä.
Kehittäjä: Electronics Industries Association (EIA). Teollisuuselektroniikkaliitto.
Standardin versiot:
RS-485A (suositeltu Standard 485 Edition: A) julkaisuvuosi 1983.
YVA 485-A julkaisuvuosi 1986.
TIA /EIA 485-A julkaisuvuosi 1998.
TIA /EIA 485-A tarkistusvuosi 2003.
ISO/IEC 8482 (1993 näyttelijä)
Kustantaja: ISO, IEC
Nimi: Tietotekniikka - Tietoliikenne ja tiedonvaihto järjestelmien välillä - Kierretty pari -monipisteliitännät.
Vanhat versiot:
ISO 8284 (1987 ei aktiivinen)
ITU-T v.11 (1996 näyttelijä)
Kustantaja: INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION
Nimi: Sähköiset ominaisuudet balansoiduille kaksoisvirtakytkentäpiireille, jotka toimivat datasignalointinopeuksilla jopa 10 Mbit/s.
Vanhat versiot:
ITU-T v.11 (1993 ei aktiivinen)
CCITT v.11 (1988 ei aktiivinen)
ANSI/TIA-485-A (1998 näyttelijä)
Kustantaja: American National Standards Institute, ANSI
Nimi: Tasapainotetuissa digitaalisissa monipistejärjestelmissä käytettävien generaattorien ja vastaanottimien sähköiset ominaisuudet.
Kaksisuuntainen half-duplex tiedonsiirto. Sarjadatavirtaa lähetetään samanaikaisesti vain yhteen suuntaan, tiedonsiirto toiseen suuntaan edellyttää lähetin-vastaanottimen kytkemistä. Lähetin-vastaanottimia kutsutaan yleensä "ajureiksi" (ohjain), tämä on laite tai sähköpiiri, joka tuottaa fyysisen signaalin lähettimen puolella.
Symmetrinen viestintäkanava. Tietojen vastaanottamiseen/lähettämiseen käytetään kahta vastaavaa signaalijohtoa. Johdot on merkitty latinalaisilla kirjaimilla "A" ja "B". Nämä kaksi johtoa kuljettavat sarjamuotoista tiedonvaihtoa molempiin suuntiin (vuorotellen). Kierrettyä paria käytettäessä balansoitu kanava lisää merkittävästi signaalin vastustuskykyä yhteismoodihäiriöille ja vaimentaa hyvin hyödyllisen signaalin synnyttämää sähkömagneettista säteilyä.
Differentiaali (tasapainoinen tiedonsiirtomenetelmä). Tällä tiedonsiirtomenetelmällä potentiaaliero muuttuu lähetin-vastaanottimen lähdössä, kun "1" lähetetään, potentiaaliero AB:n välillä on positiivinen, kun "0" lähetetään, potentiaaliero AB:n välillä on negatiivinen. Eli koskettimien A ja B välinen virta, kun lähetetään "0" ja "1", virtaa (tasapainottaa) vastakkaisiin suuntiin.
Monipiste. Mahdollistaa useiden vastaanottimien ja lähetin-vastaanottimien kytkemisen yhteen viestintälinjaan. Tässä tapauksessa linjaan saa kytkeä vain yksi lähetin kerrallaan ja monta vastaanotinta, jäljellä olevien lähettimien on odotettava tiedonsiirtolinjan vapautumista tiedonsiirtoa varten.
Matalaimpedanssinen lähettimen lähtö. Lähettimen puskurivahvistimessa on matalaimpedanssinen lähtö, joka mahdollistaa signaalin välittämisen useisiin vastaanottimiin. Lähettimen vakiokuormituskapasiteetti on 32 vastaanotinta lähetintä kohti. Lisäksi virtasignaalia käytetään "kierretyn parin" ohjaamiseen (mitä suurempi "kierretyn parin" käyttövirta on, sitä enemmän se vaimentaa yhteismoodin häiriöitä tietoliikennelinjalla).
Kuollut alue. Jos erosignaalin taso AB-koskettimien välillä ei ylitä ±200 mV, katsotaan, että johdossa ei ole signaalia. Tämä lisää tiedonsiirron häiriönkestävyyttä.
Lähetin-vastaanottimien (ohjaimien) sallittu määrä 32
Linkin enimmäispituus 1200m (4000ft)
Suurin siirtonopeus 10 Mbps
Ohjaimen minimilähtö ±1,5 V
Ohjaimen maksimilähtö ±5 V
Kuljettajan suurin oikosulkuvirta 250 mA
Ohjaimen lähtöimpedanssi 54 ohm
Ohjaimen tuloimpedanssi 12 kΩ
Sallittu kokonaistuloimpedanssi 375 ohmia
Signaalin kuollut alue ±200 mV
Logiikkayksikön taso (Uab) >+200 mV
Looginen nollataso (Uab) ←200 mV
Joidenkin vastaanottimien tuloimpedanssi voi olla yli 12 kΩ (yksi kuormitus). Esimerkiksi 48 kOhm (1/4 yhdestä kuormasta) tai 96 kOhm (1/8), mikä mahdollistaa vastaanottimien määrän lisäämisen 128:aan tai 256:een. Vastaanottimien eri tuloimpedansseilla on välttämätöntä, että kokonaistuloimpedanssi on vähintään 375 ohmia.
Koska RS-485-standardi kuvaa vain tiedonsiirtoproseduurin fyysistä kerrosta, kaikki vaihdon, synkronoinnin ja kättelyn ongelmat on kohdistettu korkeampaan vaihtoprotokollaan. Kuten sanoimme, useimmiten tämä on RS-232-standardi tai muita ylempiä protokollia (ModBus, DCON jne.).
RS-485 itse tekee vain seuraavat:
Muuntaa saapuvan sekvenssin "1" ja "0" differentiaalisignaaliksi.
Lähettää differentiaalisen signaalin balansoituun tiedonsiirtolinjaan.
Ottaa käyttöön tai poistaa käytöstä kuljettajan lähettimen korkeamman protokollan signaalilla.
Vastaanottaa differentiaalisen signaalin tietoliikennelinjasta.
Jos liität oskilloskoopin yhteystiedot A-B(RS-485) ja GND-TDx(RS-232) koskettimia, et näe eroa tietoliikennelinjoissa lähetettävien signaalien muodossa. Itse asiassa RS-485-aaltomuoto toistaa täysin RS-232-aaltomuodon, lukuun ottamatta inversiota (RS-232:ssa looginen yksikkö lähetetään -12 V:n jännitteellä ja RS-485:ssä +5 V).
Kuva 1 RS-232- ja RS-485-signaalien muoto lähetettäessä kahta merkkiä "0" ja "0".
Kuten kuviosta 1 voidaan nähdä, on olemassa yksinkertainen signaalitasojen muunnos jännitteen mukaan.
Vaikka signaalien muoto on sama yllä oleville standardeille, mutta tapa, jolla ne muodostetaan, ja signaalien teho ovat erilaisia.
Kuva 2 RS-485- ja RS-232-signaalien muodostus
Signaalitasojen muuntaminen ja uusi tapa muodostaa niitä mahdollisti joukon ongelmia, joita ei otettu huomioon RS-232-standardia luotaessa.
RS-485 fyysisen signaalin edut RS-232 signaaliin verrattuna
Käytössä on unipolaarinen +5V virtalähde, jota käytetään useimpien elektronisten laitteiden ja mikropiirien virtalähteenä. Tämä yksinkertaistaa suunnittelua ja helpottaa laitteiden yhteensovittamista.
RS-485-lähettimen signaalinvoimakkuus on 10 kertaa suurempi kuin RS-232-lähettimen signaalinvoimakkuus. Näin voit liittää jopa 32 vastaanotinta yhteen RS-485-lähettimeen ja lähettää siten dataa.
Symmetristen signaalien käyttö, jossa on galvaaninen eristys ilman syöttöverkon potentiaalia. Seurauksena on, että nollavirtajohto ei aiheuta häiriöitä (kuten RS-232:ssa). Ottaen huomioon lähettimen mahdollisuuden työskennellä alhaisen impedanssin kuormalla, on mahdollista käyttää yhteismuotoisen häiriön vaimennusvaikutusta käyttämällä "kierretyn parin" ominaisuuksia. Tämä lisää merkittävästi viestintäaluetta. Lisäksi on mahdollista "kuuma" kytkeä laite tietoliikennelinjaan (vaikka tämä ei ole RS-485-standardin mukaan). Huomaa, että RS-232:ssa laitteen "kuuma" liitäntä johtaa yleensä tietokoneen COM-portin epäonnistumiseen.
Jokainen RS-485-lähetin-vastaanotin (ohjain) voi olla jossakin kahdesta tilasta: lähettää tietoja tai vastaanottaa tietoja. RS-485-ohjaimen vaihto tapahtuu erityisen signaalin avulla. Esimerkiksi kuva 3 esittää tiedonvaihdon Oinas-yhtiön AC3-muuntimella. Anturin toimintatilaa vaihtaa RTS-signaali. Jos RTS=1 (True), AC3 lähettää sille tulevat tiedot COM-portista RS-485-verkkoon. Tässä tapauksessa kaikkien muiden ohjainten on oltava vastaanottotilassa (RTS=0). Pohjimmiltaan RS-485 on kaksisuuntainen puskurimultipleksoitu vahvistin RS-232-signaaleille.
Kuva 3 Esimerkki Aries AC3 -muuntimen käytöstä.
Tilanne, jossa useampi kuin yksi RS-485-ohjain toimii lähetintilassa samanaikaisesti, johtaa tietojen katoamiseen. Tätä tilannetta kutsutaan "törmäykseksi". Tiedonvaihtokanavien törmäysten välttämiseksi on käytettävä korkeampia protokollia (OSI). Kuten MODBUS, DCON, DH485 jne. Tai ohjelmat, jotka toimivat suoraan RS-232:n kanssa ja ratkaisevat törmäysongelmia. Näitä protokollia kutsutaan yleisesti 485-protokollaksi. Vaikka itse asiassa kaikkien näiden protokollien laitteistopohja on tietysti RS-232. Se tarjoaa koko tietovirran laitteistokäsittelyn. Tietovirran ohjelmistokäsittely ja törmäysongelmien ratkaiseminen hoidetaan ylemmän tason protokollilla (Modbus jne.) ja ohjelmistoilla.
Katsotaanpa nopeasti näitä protokollia, vaikka ne eivät liity RS-485-standardiin. Tyypillisesti ylemmän kerroksen protokolla sisältää keskuksen paketin, kehyksen tai kehysorganisaation. Toisin sanoen tieto välitetään loogisesti täytetyissä osissa. Jokainen kehys on välttämättä merkitty, ts. sen alku ja loppu on merkitty erikoismerkeillä. Jokainen kehys sisältää laiteosoitteen, komennon, tiedot, tarkistussumman, jotka ovat välttämättömiä monipistevaihdon järjestämiseksi. Törmäysten välttämiseksi käytetään yleensä "johtava" (isäntä) - "orja" (orja) -mallia. "Isännällä" on oikeus vaihtaa itsenäisesti RS-485-ajurinsa lähetystilaan, loput RS-485-ohjaimet toimivat vastaanottotilassa ja niitä kutsutaan "orjaksi". Jotta "orja" voisi alkaa lähettää tietoja viestintälinjaan, "isäntä" lähettää hänelle erityisen komennon, joka antaa määritetyllä osoitteella varustetulle laitteelle oikeuden vaihtaa ajurinsa lähetystilaan tietyksi ajaksi.
Lähetettyään käyttöönottokomennon "orjalle", "isäntä" sammuttaa lähettimen ja odottaa vastausta "orjalta" ajanjakson, jota kutsutaan "aikakatkaisuksi". Jos aikakatkaisun aikana vastausta "orjalta" ei saada, "johtaja" ottaa jälleen tietoliikennelinjan. "Johtaja" on yleensä tietokoneeseen asennettu ohjelma. Pakettiprotokollat ovat myös monimutkaisempia, minkä ansiosta voit syklisesti pettää "isännön" roolin laitteesta toiseen. Yleensä tällaisia laitteita kutsutaan "johtajiksi" tai sanotaan, että laitteet lähettävät "merkkiä". "Markerin" hallussapito tekee laitteesta "johtavan", mutta sen on siirrettävä se toiseen verkkolaitteeseen tietyn algoritmin mukaisesti. Pohjimmiltaan yllä olevat protokollat eroavat näissä algoritmeissa.
Kuten näemme, ylemmillä protokollilla on pakettiorganisaatio ja ne suoritetaan ohjelmistotasolla, ne mahdollistavat tiedon "törmäysten" ja tiedonvaihdon monipisteorganisaation ratkaisemisen.
Monet yritykset valmistavat RS485-lähetin-vastaanottimia. Niitä kutsutaan yleensä RS232-RS485-muuntimiksi tai RS232-RS485-muuntimiksi. Näiden laitteiden toteuttamiseksi valmistetaan erityisiä mikropiirejä. Näiden mikropiirien rooli rajoittuu RS232C-signaalien tasojen muuntamiseen RS485 (TTL / CMOS) signaalien tasolle ja päinvastoin sekä half-duplex-toiminnan tarjoamiseen.
Lähetystilaan siirtymismenetelmän mukaan laitteet erotetaan:
Vaihto erillisellä signaalilla. Siirtyäksesi lähetystilaan, sinun on asetettava aktiivinen signaali erilliseen tuloon. Yleensä tämä on RST (COM-portti) -signaali. Nämä lähetin-vastaanottimet ovat nykyään harvinaisia. Mutta kuitenkin, ne eivät joskus ole vaihdettavissa keskenään. Oletetaan, että sinun täytyy kuunnella tietojen vaihtoa teollisuuslaitteiden ohjaimien välillä. Samanaikaisesti lähetin-vastaanottimesi ei saa mennä lähetystilaan, jotta se ei aiheuta törmäystä tässä verkossa. Lähetin-vastaanottimen käyttäminen automaattinen vaihto ei ole sallittua täällä. Esimerkki tällaisesta muuntimesta on Aries AC3.
Automaattisella vaihdolla ja ilman linjan tilan tarkistamista. Yleisimmät muuntimet, jotka kytkeytyvät automaattisesti, kun niiden sisääntuloon ilmestyy informaatiosignaali. Ne eivät kuitenkaan hallitse viestintälinjan kiirettä. Nämä muuntimet vaativat huolellista käyttöä suuren törmäysvaaran vuoksi. Esimerkki Aries AC3M -muuntimesta.
Automaattinen kytkentä ja linjan tilan tarkistus. Edistyksellisimmät muuntimet, jotka voivat siirtää dataa verkkoon vain, jos verkko ei ole varattu muiden lähetin-vastaanottimien kanssa ja sisääntulossa on informaatiosignaali.
Kuva 4 Kaaviokaavio AC3 Ariesista.
Kuva 4 esittää kaaviota muuntimesta AC3 Aries. Tässä muuntimessa on erillinen signaali tiedonsiirtotilan mahdollistamiseksi. Ohjaussignaalina käytetään COM-portin RST lähtösignaalia. Jos RST=1 (+12V) muunnin lähettää dataa TD(COM-portista) RS485-verkkoon, jos RST=0 (-12V), niin data vastaanotetaan RS-485-verkosta RD(COM-portti)-tuloon. Muuntaja toimii teollisesta vaihtovirtaverkosta, jonka jännite on 220 volttia. Muuntimen virtalähde on valmistettu TOR232N (DA1) -mikropiiriin perustuvan pulssipiirin mukaan. Virtalähde tarjoaa kaksi itsenäistä +5V jännitettä. MAX232N (DD1) -sirua käytetään polarisoitujen RS232-signaalien (±12V) vastaanottamiseen ja muuntamiseen unipolaariseksi TTL/CMOS-signaaliksi (+5V). Tämä mikropiiri on mielenkiintoinen siinä mielessä, että se saa virtansa +5 V:n unipolaarisella jännitteellä ja siinä on sisäänrakennetut jännitelähteet, jotka ovat välttämättömiä toimiakseen ±12 V:n polaarisilla signaaleilla. Sisäänrakennettujen jännitelähteiden oikean toiminnan varmistamiseksi ulkoinen kondensaattorit C14, C15, C17, C18 on kytketty MAX232N-siruun. Lisäksi mikropiirissä on kaksi signaalitason muuntajaa RS-232C TTL / CMOS molempiin suuntiin.
Signaalien tarkoitus:
RST - muuttaa muuntimen lähetys-/vastaanottotilaan
TD - tiedonsiirto RS232:lta RS485:lle
RD - tiedon vastaanotto RS232:ssa RS485:stä
Lisäksi TTL/CMOS-tasolle muunnetut RS232-signaalit syötetään 6N137-optoerottimiin, jotka tarjoavat galvaanisen eristyksen RS232- ja RS485-signaaleille. Datan lähettämiseen/vastaanottamiseen RS485-liitännän puolella käytetään DS75176-sirua (RS485-monipistelähetin-vastaanotin). Tämä mikropiiri saa virtansa erillisestä +5 V -lähteestä Mikropiiri on TTL / COMOS-tason signaalivahvistin siirtosuunnan vaihdolla. DS75176:n lähdöt on kytketty nastoihin A ja B 100 ohmin vastusten kautta, mikä tarjoaa A-B oikosulkuvirran 250 mA. RS485-signaalin teho on noin 10 kertaa RS232-signaalien teho. Tämä mikropiiri vahvistaa signaalin haluttuun tehoon ja tarjoaa half-duplex-toiminnan.
RS-485-verkko on rakennettu sarjaväylän (bus) mallille, eli verkon laitteet on kytketty sarjaan symmetrisillä kaapeleilla. Tässä tapauksessa tietoliikennelinjojen päihin on ladattava päätevastukset - "päätevastukset", joiden arvon on oltava yhtä suuri kuin viestintäkaapelin aaltoresistanssi.
Terminaattorit suorittavat seuraavat toiminnot:
Vähennä signaalin heijastusta tietoliikennelinjan päästä.
Anna riittävästi virtaa koko tietoliikennelinjan läpi yhteistilan melun vaimentamiseksi kierretyllä parikaapelilla.
Jos verkkosegmentin etäisyys ylittää 1200 m tai ohjaimien määrä segmentissä on yli 32, sinun on käytettävä toistinta seuraavan verkkosegmentin luomiseen. Tässä tapauksessa jokainen verkkosegmentti on liitettävä terminaattoreihin. Tässä tapauksessa verkkosegmenttinä pidetään reunalaitteen ja toistimen tai kahden toistimen välistä kaapelia.
RS-485-standardi ei määrittele, minkä tyyppistä balansoitua kaapelia tulisi käyttää, vaan käytetään de facto kierrettyä parikaapelia, jonka ominaisimpedanssi on 120 ohmia.
Kuva 6 Belden 3106A teollisuuskaapeli RS485-verkkoihin
On suositeltavaa käyttää Belden3106A teollisuuskaapelia RS485-verkkojen asennukseen. Tämän kaapelin ominaisimpedanssi on 120 ohmia ja kaksinkertainen kierretty parisuojus. Belden3106A-kaapeli sisältää 4 johtoa. Oranssit ja valkoiset johdot ovat symmetrisiä suojattuja kierrettyjä pareja. Kaapelin sinistä johtoa käytetään laitteiden nollapotentiaalin teholähteiden kytkemiseen verkkoon ja sitä kutsutaan "yhteiseksi" (Common). Johtoa ilman eristystä käytetään maadoittamaan kaapelin vaippa ja sitä kutsutaan "tyhjennyksi" (Drain). Verkkosegmentissä tyhjennysjohto on maadoitettu laitteen rungon resistanssin kautta segmentin yhdestä päästä, jotta estetään hajavirtojen virtaus kaapelin vaipan läpi eri maapotentiaaliin etäpisteissä.
Tyypillisesti pääte- ja suojamaadoitusvastus sijaitsevat laitteen sisällä. Sinun on kytkettävä ne oikein jumpperien tai kytkimien avulla. Katso näiden liitäntöjen kuvaus laitteen valmistajan teknisistä asiakirjoista.
Kuva 7 Kytkentäkaavio 1747-AIC (Allen Bradley)
Kuvassa 7 on esitetty kaapeliliitännät verkkosegmentin välilaitteisiin. Ensimmäistä DH-485-verkkosegmentin instrumenttia varten sinun on asennettava hyppyjohdin 5-6 (tämä yhdistää 120 ohmin päätteen, joka on 1747-AIC-instrumentin sisällä) ja hyppyjohdin 1-2 (liittää tyhjennysjohdon instrumentin runkoon sisäinen vastus). Verkkosegmentin viimeiseen laitteeseen tarvitsee asentaa vain hyppyjohdin 5-6 (kytke pääte)
Muita balansoituja kaapeleita käytettäessä, varsinkin kun niiden ominaisimpedanssia ei tunneta, päätteiden koko valitaan empiirisesti. Tätä varten sinun on asennettava oskilloskooppi verkkosegmentin keskelle. Ohjaamalla yhden ohjaimen lähettämien suorakaiteen muotoisten pulssien muotoa voimme päätellä, että terminaattorin vastusarvoa on säädettävä.
RS-485-liitännästä on tullut teollisuuden tietoverkkojen tärkein fyysinen rajapinta. Protokollat, kuten ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485, toimivat RS-485-fyysisellä kerroksella.
Teolliset tiedonsiirtoprotokollat luokittelevat usein valmistajat. Tietystä viestintäprotokollasta on kerättävä tietoja bitti kerrallaan.
Teollisuuden verkkojen parissa työskentelevä asiantuntija tarvitsee ohjelman lukeakseen kaiken tietoverkoissa välitetyn tiedon. Teollisten protokollien avainsalaisuudet voidaan löytää vain lähetetyn ja vastaanotetun tiedon kattavalla analyysillä. ComRead v.2.0 -ohjelma on suunniteltu tallentamaan ja näyttämään tietoja ja palvelusignaaleja, jotka lähetetään tietoverkoissa, jotka toimivat RS-232, RS-485, Bell-202 jne. mukaisesti. Ohjelma ei ainoastaan tallenna kaikkea tietoa, vaan myös luo data- ja palvelusignaalien aikapohja. ComRead v.2.0 -ohjelma skannaa tietokanavaa vaikuttamatta sen toimintaan, eli se toimii fyysisen siirtovälineen kuuntelutilassa. Lisäksi ohjelma voi toimia data- ja palvelusignaalin kääntäjänä. Samalla siitä tulee suora osa tietoliikennekanavaa. Tarkemmat tiedot ohjelmasta löydät täältä.
Lähetyskyky.
Monipisteyhteys.
RS485:n haitat
Suuri energiankulutus.
Palvelusignaalien puute.
Törmäysten mahdollisuus.
RS-485-standardin hyväksyi ensimmäisenä Electronic Industries 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 teollisissa prosessinohjausjärjestelmissä tiettyjen ohjainten ja monien muiden laitteiden yhdistämiseksi toisiinsa. Suurin ero tämän liitännän ja RS-232:n välillä on, että siinä yhdistetään useita laitteita samanaikaisesti. Käytettäessä RS-485:tä nopea tiedonsiirto useiden laitteiden välillä taataan käyttämällä yhtä kaksijohtimista tietoliikennelinjaa half-duplex-tilassa. Se on mukana modernissa teollisuudessa prosessinohjausjärjestelmien luomisessa.
Kantama ja nopeus
Esitellyn standardin avulla on mahdollista saavuttaa tiedonsiirto jopa 10 Mbps:n nopeuksilla. 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 lähetetään yli 1200 metrin päähän.
Kytkettyjen laitteiden määrä
RS-485-liitännän yhdistämien laitteiden määrä riippuu suoraan siitä, mitä lähetin-vastaanottimia niihin liittyy. Jokainen lähetin ohjaa 32 vakiovastaanotinta. On totta, että on olemassa vastaanottimia, joiden tuloimpedanssi on 50 %, 25 % tai vähemmän kuin standardi. Jos käytät tätä laitetta, laitteiden kokonaismäärä kasvaa vastaavasti.
Liittimet ja protokollat
RS-485-kaapeli ei pysty standardoimaan mitään tiettyä tietokehysmuotoa tai tietoliikenneprotokollaa. Käännöksissä käytetään pääsääntöisesti samanlaisia kehyksiä kuin RS-232. 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 käynnistäjänä lähetyspyyntöjen vaihdossa orjalaitteiden välillä, jotka eroavat toisistaan loogisilla osoitteilla. Tällä hetkellä tunnetuin protokolla on Modbus RTU. On huomattava, että RS-485-kaapelissa ei ole tietyntyyppistä liitintä tai liitintä. Toisin sanoen, on terminaaliliittimet, DB9 ja muut.
Yhteys
Usein esitettyä käyttöliittymää käyttäen törmäämme paikalliseen verkkoon, joka yhdistää samanaikaisesti useita lähetin-vastaanottimia. RS-485-liitäntää tehtäessä signaalipiirit on yhdistettävä oikein toisiinsa. Niitä kutsutaan yleensä A:ksi ja B:ksi. Napaisuuden vaihto ei siis aiheuta huolta, vain kytketyt laitteet lakkaavat toimimasta.
RS-485-liitäntää käytettäessä on otettava huomioon tietyt sen toiminnan ominaisuudet. Suositukset ovat siis seuraavat:
1. Optimaalinen väline signaalin lähettämiseen on kaapeli, joka perustuu kierrettyyn pariin.
2. Johdon päät tulee vaimentaa erityisillä liitinvastuksilla.
3. Normaalia tai USB RS-485 -liitäntää käyttävä verkko tulee asentaa ilman väylätopologian johtoja.
4. Laitteet tulee liittää kaapeliin mahdollisimman lyhyin pituisilla kaapeleilla.
Koordinaatio
Päätevastusten avulla standardi tai USB RS-485 takaa täydellisen johdon avoimen pään ja seuraavan linjan yhteensopivuuden. Tämä eliminoi täysin signaalin heijastumisen mahdollisuuden. Kierrettyyn pariin perustuvan kaapelin ja johtimien ominaisimpedanssiin liittyvien vastusten nimellisresistanssi on yleensä noin 100-120 ohmia. Esimerkiksi tällä hetkellä tunnetun UTP-5-kaapelin, jota käytetään usein Ethernet-asennusprosessissa, ominaisimpedanssi on 100 ohmia.
Kuten muissa kaapelivaihtoehdoissa, voidaan soveltaa eri luokitusta. Vastukset voidaan juottaa tarvittaessa päätylaitteiden kaapeliliittimen nastoihin. Harvoin vastukset asennetaan itse laitteistoon, minkä seurauksena vastuksen kytkemiseksi on asennettava hyppyjohtimet. Tässä tapauksessa, kun laite on kytketty, linja ei täsmää. Varmistaaksesi muun järjestelmän normaalin toiminnan, sinun on kytkettävä vastaava pistoke.
Signaalitasot
RS-485-portti ottaa käyttöön tasapainotetun tiedonsiirtojärjestelmän. Toisin sanoen signaalipiirien A ja B jännitetasot muuttuvat vastavaiheessa. Anturin avulla saadaan signaalitaso 1,5 V, ottaen huomioon maksimikuormitus. Lisäksi, kun laite on joutokäynnillä, jännite on enintään 6 V. Jännitteen taso mitataan differentiaalisesti. Vastaanottimen sijainnissa vastaanotetun signaalin minimitason tulee olla vähintään 200 mV.
Puolueellisuus
Kun signaalipiireissä ei havaita signaalia, käytetään pientä esijännitettä. Se suojaa vastaanotinta väärän hälytyksen sattuessa. Asiantuntijat neuvovat siirtämään hieman yli 200 mV, koska tämän arvon katsotaan vastaavan standardin mukaista tulosignaalin epävarmuusvyöhykettä. Tällaisessa tilanteessa piiri A lähestyy lähteen positiivista napaa ja piiri B vedetään ylös yhteiseen napaan.
Esimerkki
Vaaditun biasin ja tehonsyöttöjännitteen perusteella vastusarvot lasketaan. Jos esimerkiksi haluat saada 250 mV:n offsetin päätevastuksilla, RT = 120 ohmia. On syytä huomata, että lähteen jännite on 12 V. Ottaen huomioon, että tässä tapauksessa kaksi vastusta on kytketty rinnakkain eivätkä ota lainkaan huomioon vastaanottimen kuormaa, bias-virta saavuttaa 0,0042. Samanaikaisesti esijännitepiirin kokonaisresistanssi on 2857 ohmia. Rcm on tässä tapauksessa noin 1400 ohmia. Siksi sinun on valittava lähin nimellisarvo. Esimerkki on 1,5 kΩ vastus. Se on välttämätön siirtymiseen. Lisäksi käytetään ulkoista 12 voltin vastusta.
On myös huomioitava, että järjestelmässä on eristetty ohjaimen virtalähteen lähtö, joka on päälinkki omassa piirisegmentissään. On totta, että offsetin suorittamiseen on muitakin vaihtoehtoja, joissa on mukana RS-485-muunnin ja muut elementit, mutta silti tulee ottaa huomioon, että offsetin antava solmu sammuu joskus tai poistuu lopulta kokonaan verkosta. . Kun poikkeama on olemassa, piirin A potentiaalin täydellä joutokäynnillä oletetaan olevan positiivinen suhteessa piiriin B. Tämä toimii ohjeena, kun kaapeliin kytketään uusi laite ilman johdinmerkintöjä.
Virheellinen kytkentä ja vääristymä
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 tiedonvaihtonopeus 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-jaotinta käyttävien laitteiden ja muiden laitteiden kanssa, joissa on esitetty käyttöliittymä, 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 pitämään ensin tauon, joka on yhtä suuri kuin yhden kehyksen lähetysnopeus. Tässä tapauksessa oikealla vastaanotto-ohjelmalla voi olla aikaa täysin tunnistaa transienttiprosessin virheet, joka pystyy suorittamaan normalisoinnin ja valmistautumaan seuraavaan tiedon vastaanottoon.
Kun viimeinen tavu dataa on lähetetty, sinun on myös keskeytettävä ennen RS-485-laitteen sammuttamista. Tämä johtuu tietyssä mielessä siitä, että sarjaportin ohjaimessa on usein kaksi rekisteriä samanaikaisesti. Ensimmäinen on rinnakkaistulo, se on suunniteltu vastaanottamaan tietoa. Toista pidetään siirtolähtönä, sitä käytetään peräkkäiseen ulostuloon.
Kun ohjain lähettää dataa, 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 tehtäessä on suositeltavaa perehtyä tarkemmin käytössä olevan sarjaporttiohjaimen teknisiin dokumentaatioihin.
On mahdollista, että lähetin, vastaanotin ja RS-485-muunnin on kytketty yhteiseen linjaan. Näin ollen myös oma vastaanotin alkaa havaita oman lähettimen suorittamaa lähetystä. Usein käy niin, että kun järjestelmissä, joille on ominaista satunnainen pääsy linjaan, tätä ominaisuutta käytetään tarkistettaessa, 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 tiedonsiirtolinja on välttämättä sovitettava molempien päiden päätevastuksilla. 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 päätevastus. Tarvittaessa se voidaan liittää linjaan asentamalla laitekorttiin erityinen jumpperi. On syytä huomata, että jumpperit asennetaan ensin toimitustilassa, joten sinun on poistettava ne kaikista laitteista paitsi ensimmäinen ja viimeinen. On myös huomattava, että S2000-PI-mallin toistinmuuntimissa erilliselle ulostulolle sovitusvastus aktivoidaan kytkimellä. Mitä tulee S2000-KS- ja S2000-K-laitteisiin, joille on ominaista sisäänrakennettu päätevastus, niiden kytkemiseen ei tarvita hyppyjohdinta. Pitkän linkin aikaansaamiseksi on toivottavaa käyttää erikoistuneita toistimia-toistimia, jotka on valmiiksi varustettu täysautomaattisella vaihteiston suunnanvaihdolla.
Tähtikokoonpano
Kaikkia RS-485-linjan kantoja pidetään ei-toivottuina, koska tämä johtaisi liialliseen signaalin vääristymiseen. Vaikka käytännössä tämä on mahdollista sallia, kun haaran pituus on pieni. Tämä ei vaadi päätevastusten asentamista yksittäisiin haaroihin.
RS-485-järjestelmässä, jossa ohjaus tapahtuu konsolin avulla, kun vastukset ja laitteet on kytketty samaan linjaan, mutta ne saavat virran eri lähteistä, on tarpeen yhdistää kaikkien laitteiden ja konsolin 0 V piirit, jotta tasoittaa potentiaalinsa. Jos tämä vaatimus ei täyty, kaukosäätimellä voi olla ajoittaista yhteyttä laitteiden kanssa. Käytettäessä lankaa, jossa on useita kierrettyjä pareja, potentiaalintasauspiiriin voidaan tarvittaessa käyttää täysin vapaata paria. Lisäksi on mahdollista käyttää suojattua kierrettyä parikaapelia, jos suojamaadoitusta ei ole.
Mitä pitäisi ottaa huomioon?
Useimmissa tapauksissa potentiaalintasausjohtimen 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 kymmeniä voltteja, ja potentiaalintasauspiirin läpi kulkeva virta on melko merkittävä. Usein tämä johtuu siitä, että 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 0 V:n ja suojamaadoituspiirin välinen suhde, joka on olemassa hälytysjärjestelmässä käytetyissä laitteissa. On huomioitava, että tiloissa, joissa on tyypillistä suhteellisen vaikea sähkömagneettinen ympäristö, on mahdollista muodostaa yhteys tähän verkkoon suojatulla kierretyllä parikaapelilla. On vielä korostettava, että tässä tilanteessa voi olla pienempi raja-alue, koska langan kapasitanssin katsotaan olevan suurempi.
RS-485-kuvioiden tekeminen ohuiksi on helppoa, jos ymmärrät kuinka ylläpitää hyvää viestintälaatua samanaikaisesti. Tämä artikkeli kattaa tosiasiat, myytit ja huonot vitsit, jotka sinun on oltava tietoisia tämän tavoitteen saavuttamiseksi.
Teollisuusautomaatiossa ja rakennusautomaatiojärjestelmissä useita etälaitteet tiedonkeruu, joka lähettää ja vastaanottaa tietoa keskusmoduulin kautta, joka tarjoaa käyttäjille ja muille prosessoreille pääsyn tietoihin. Dataloggerit ja -lukijat ovat tyypillisiä tällaisille sovelluksille. Lähes ihanteellinen datalinja tähän tarkoitukseen on määritelty RS-485-standardilla, joka yhdistää tiedonkeruulaitteet kierretyllä parikaapelilla.
Koska monet RS-485 DAQ:t ovat pienikokoisia, itsenäisiä, akkukäyttöisiä laitteita, tarvitaan toimenpiteitä niiden virrankulutuksen vähentämiseksi niiden lämmön haihtumisen hallitsemiseksi ja akun käyttöiän pidentämiseksi. Samoin energiansäästö on tärkeää puettaville laitteille ja muille sovelluksille, jotka käyttävät RS-485-liitäntää tietojen lataamiseen prosessoriin.
Seuraava osio on tarkoitettu ensisijaisesti niille, jotka eivät tunne RS-485:tä.
RS-485: historia ja kuvaus
RS-485-standardin ovat kehittäneet yhdessä kaksi valmistajajärjestöä: Electronics Industries Association (EIA) ja Telecommunications Industry Association (TIA). YVA merkitsi kerran kaikki standardinsa etuliitteellä "RS" (suositeltu standardi). Monet insinöörit käyttävät edelleen tätä nimitystä, mutta EIA/TIA on virallisesti korvannut "RS":n sanalla "EIA/TIA", jotta standardien alkuperän tunnistaminen olisi helpompaa. Nykyään RS-485-standardin erilaiset laajennukset kattavat monenlaisia sovelluksia.
RS-485- ja RS-422-standardeilla on paljon yhteistä, ja siksi ne sekoitetaan usein. Taulukko 1 vertaa niitä. RS-485, joka määrittelee kaksisuuntaisen half-duplex-viestinnän, on ainoa EIA/TIA-standardi, joka sallii useita vastaanottimia ja ohjaimia väyläkokoonpanoissa. EIA/TIA-422 puolestaan määrittelee yhden yksisuuntaisen ohjaimen, jossa on useita vastaanottimia. RS-485-elementit ovat taaksepäin yhteensopivia ja vaihdettavissa RS-422-vastineidensa kanssa, mutta RS-422-ajureita ei tule käyttää RS-485-pohjaisissa järjestelmissä, koska ne eivät voi luopua väylän ohjauksesta.
Taulukko 1. RS-485- ja RS-422-standardit
| RS-422 | RS-485 | |
| Työtila | Ero | Ero |
| Sallittu määrä Tx ja Rx | 1 Tx, 10 Rx | 32 Tx, 32 Rx |
| Kaapelin enimmäispituus | 1200 m | 1200 m |
| Suurin tiedonsiirtonopeus | 10 Mbps | 10 Mbps |
| Ohjaimen minimitehoalue | ±2V | ± 1,5 V |
| Ohjaimen suurin tehoalue | ±5V | ±5V |
| Kuljettajan suurin oikosulkuvirta | 150 mA | 250 mA |
| Kuormituskestävyys Tx | 100 ohmia | 54 ohmia |
| Rx-tulon herkkyys | ± 200 mV | ± 200 mV |
| Suurin tuloimpedanssi Rx | 4 kOhm | 12 kOhm |
| Rx-tulojännitealue | ±7V | -7 V - +12 V |
| Logiikka yhden tason Rx | > 200 mV | > 200 mV |
| Looginen nollataso Rx | < 200 мВ | < 200 мВ |
ESD-suojaus
Differentiaalisignalointi RS-485- ja RS-422-järjestelmissä mahdollistaa luotettavan tiedonsiirron kohinan läsnä ollessa, ja niiden vastaanottimien differentiaalitulot voivat myös torjua merkittäviä yhteismuotoisia jännitteitä. On kuitenkin ryhdyttävä lisätoimenpiteisiin suojatakseen sähköstaattiseen purkaukseen (ESD) yleisesti liittyviä huomattavasti korkeampia jännitetasoja.
Ihmiskehon varatun kapasitanssin ansiosta ihminen voi tuhota integroidun piirin yksinkertaisesti koskettamalla sitä. Tällainen kosketus voi helposti tapahtua liitäntäkaapelia vedettäessä ja kytkettäessä. Suojatakseen tällaisilta haitallisilta vaikutuksilta MAXIM-liitäntäsirut sisältävät "ESD-rakenteita". Nämä rakenteet suojaavat RS-485-lähetin-vastaanottimien lähetinlähtöjä ja vastaanotintuloja ESD-tasoilta ±15 kV asti.
Väitetyn ESD-suojauksen varmistamiseksi Maxim testaa positiiviset ja negatiiviset tehojohdot useita kertoja 200 V portain varmistaakseen tason yhdenmukaisuuden ±15 kV asti. Tämän luokan laitteet (jotka täyttävät Human Body Model tai IEC 1000-4-2 -vaatimukset) on merkitty ylimääräisellä "E"-liiteellä tuotenimessä.
RS-485/RS-422-ohjaimen kuormituskyky ilmaistaan yksikkökuormana, joka puolestaan määritellään yhden standardin RS-485-vastaanottimen (12 kΩ) tuloimpedanssiksi. Näin ollen tavallinen RS-485-ohjain voi ajaa 32 yksikkökuormaa (32 rinnakkaista 12 kΩ:n kuormaa). Joidenkin RS-485-vastaanottimien tuloimpedanssi on kuitenkin suurempi - 48 kΩ (1/4 yksikkökuorma) tai jopa 96 kΩ (1/8 yksikkökuorma) - ja vastaavasti 128 tai 256 tällaista vastaanotinta voidaan kytkeä yhteen bussi kerralla.. Voit liittää minkä tahansa vastaanotintyyppien yhdistelmän, kunhan niiden rinnakkaisimpedanssi ei ylitä 32 yksikkökuormaa (eli kokonaisimpedanssi vähintään 375 ohmia).
Suurten nopeuksien seuraukset
Nopeammat siirrot vaativat korkeampia siirtonopeuksia ajurin lähdössä, ja nämä puolestaan tuottavat korkeampia sähkömagneettisia häiriöitä (EMI). Jotkut RS-485-lähetin-vastaanottimet minimoivat EMI:n rajoittamalla niiden muutosnopeuksia. Hitaammat siirtonopeudet auttavat myös hallitsemaan nopeiden transientien, korkeiden tiedonsiirtonopeuksien tai pitkien linkkien aiheuttamia heijastuksia. Avain heijastusten minimoimiseen on käyttää päätevastuksia, joiden arvot vastaavat kaapelin ominaisimpedanssia. Tavallisissa RS-485-kaapeleissa (kierretty pari 24AWG) tämä tarkoittaa 120 ohmin vastusten sijoittamista linkin molempiin päihin.
Mihin kaikki voima katoaa?
Ilmeinen tehohäviön lähde on lähetin-vastaanottimen lepovirta (IQ), joka on huomattavasti pienempi nykyaikaisissa laitteissa. Taulukossa 2 verrataan pienitehoisten CMOS-lähetin-vastaanottimien lepovirtoja alan standardiin 75176.
Taulukko 2. Vuotovirtojen vertailu eri RS-485-lähetin-vastaanottimille
Toinen RS-485-lähetin-vastaanottimien virrankulutusominaisuus ilmenee, kun kuormaa ei ole, ohjaimen lähtö on käytössä ja jaksollinen tulosignaali on läsnä. Koska avoimia linjoja RS-485:ssä tulee välttää aina, ajurit "vasaroivat" lähtörakenteitaan joka kerta, kun lähtö vaihdetaan. Tämä molempien lähtötransistorien lyhyt päällekytkentä aiheuttaa välittömästi tehopiikin. Riittävän suuri tulokondensaattori tasoittaa näitä ylijännitepiikkejä tuottaen RMS-virran, joka nousee datanopeuden mukana maksimiarvoonsa. MAX1483-lähetin-vastaanottimissa tämä maksimi on noin 15 mA.
Normaalin RS-485 lähetin-vastaanottimen kytkeminen minimikuormaan (yksi lähetinvastaanotin lisää, kaksi päätevastusta ja kaksi suojavastusta) mahdollistaa syöttövirran riippuvuuden mittaamisen tiedonsiirtonopeudesta realistisemmissa olosuhteissa. Kuvassa 2 on esitetty MAX1483:n ICC vs. baudinopeus seuraavissa olosuhteissa: vakiovastukset 560 ohm, 120 ohm ja 560 ohm, VCC = 5V, DE = /RE\ = VCC ja 300 m kaapelia.
Kuten näet kuvasta 2, virranotto nousee noin 37 mA jopa erittäin alhaisilla tiedonsiirtonopeuksilla; tämä johtuu ensisijaisesti päätevastusten ja suojavastusten lisäämisestä. Pienitehoisissa sovelluksissa tämän pitäisi osoittaa käytetyn neuvottelutyypin tärkeys sekä se, kuinka vikasietoisuus saavutetaan. Viansietokykyä käsitellään seuraavassa osiossa ja Yksityiskohtainen kuvaus sopimus löytyy osiosta "Sopimuksen pahat vitsit".
vikasietoisuus
Kun RS-485-vastaanottimien tulojen jännitteet ovat -200 mV - +200 mV, lähtötila jää määrittelemättömäksi. Toisin sanoen, jos differentiaalinen jännite RS-485-puolella half-duplex-konfiguraatiossa on 0V ja kumpikaan lähetin-vastaanotin ei ole linjassa (tai yhteys on poikki), niin looginen yksi ja looginen nolla ovat yhtäläisiä. todennäköisesti. Tietyn lähtötilan tarjoamiseksi tällaisissa olosuhteissa useimmat nykyaikaiset RS-485-lähetin-vastaanottimet vaativat suojaavien bias-vastusten asennuksen: vastus, joka asettaa alkutason korkean tason (pullup) toisella linjalla (A) ja matalan tason (pulldown) toisella. (B), kuten kuvassa 1 on esitetty. Historiallisesti turvabiasvastukset useimmissa piireissä on määritelty arvoksi 560 ohmia, mutta tehohäviön vähentämiseksi (kun pääte tehdään vain linkin toisessa päässä), tämä arvo voidaan nostaa noin 1,1 kΩ:iin. Jotkut kehittäjät asentavat vastukset, joiden arvot ovat 1,1 kΩ - 2,2 kΩ molemmissa päissä. Tässä meidän on löydettävä kompromissi melunsietokyvyn ja virrankulutuksen välillä.
Kuva 1. Kolme ulkoista vastusta muodostavat pääte- ja suojaesijännitepiirin tälle RS-485-lähetin-vastaanottimelle.
Kuva 2. MAX1483-lähetin-vastaanottimen syöttövirta vs. tiedonsiirtonopeus.
RS-485-lähetin-vastaanottimien valmistajat ovat aiemmin poistaneet ulkoisten esijännitysvastusten tarpeen tarjoamalla sisäisiä positiivisia esivastuksia vastaanottimen tuloihin, mutta tämä lähestymistapa on ollut tehokas vain avoimen piirin ongelman ratkaisemisessa. Näissä näennäisvikaturvallisissa vastaanottimissa käytetyt positiiviset biasvastukset olivat liian heikkoja asettamaan vastaanottimen lähtötasoa sovitetulle väylälle. Muut yritykset välttää ulkoisten vastusten käyttöä muuttamalla vastaanottimen kynnysarvoiksi 0V ja -0,5V rikkoivat RS-485-spesifikaatiota.
Maximin MAX3080- ja MAX3471-lähetin-vastaanottimet ratkaisivat molemmat nämä ongelmat tarjoamalla tarkan kynnysherkkyysalueen -50 mV - -200 mV, mikä eliminoi turvabias-vastusten tarpeen säilyttäen samalla täydellisen RS-485-standardin noudattamisen. Nämä IC:t varmistavat, että 0 V vastaanottimen sisääntulossa saa lähdön nousemaan korkealle. Lisäksi tämä rakenne takaa vastaanottimen ulostulon tunnetun tilan sekä suljetuissa että katkoviivaolosuhteissa.
Kuten taulukosta 2 näkyy, lähetin-vastaanottimien lepovirta-arvot vaihtelevat suuresti. Joten ensimmäinen askel virransäästössä on valita vähän virtaa käyttävä laite, kuten MAX3471 (2,8 uA ajurin ollessa pois käytöstä, jopa 64 Kbps). Koska virrankulutus kasvaa merkittävästi tiedonsiirron aikana, tavoitteena on myös minimoida kuljettajien toiminta-aika lähettämällä lyhyitä sähkeitä (datalohkoja, n. Lane) pitkiä odotusaikoja välillä. Taulukko 3 esittää tyypillisen sarjalähetyssähkeen rakenteen.
Taulukko 3. Sarjasähkö
RS-485-pohjaisessa järjestelmässä, joka käyttää vastaanottimia yksikkökuormitusta kohti (enintään 32 osoitettavaa laitetta), voi olla esimerkiksi seuraavat bitit: 5 osoitebittiä, 8 databittiä, aloitusbittiä (kaikki kehykset), lopetusbitit (kaikki kehykset), pariteettibitit (valinnainen) ja CRC-bitit (valinnainen). Tämän kokoonpanon sähkeen vähimmäispituus on 20 bittiä. Turvallisia lähetyksiä varten sinun on lähetettävä lisätietoja, kuten tiedon koko, lähettäjän osoite ja suunta, mikä kasvattaa sähkeen pituuden 255 tavuun (2040 bittiin).
Tämä sähkeen pituuden muutos, jonka rakenne on määritelty standardeissa, kuten X.25, varmistaa tiedon luotettavuuden lisäämällä väyläaikaa ja virrankulutusta. Esimerkiksi 20 bitin lähettäminen nopeudella 200 kbps vaatisi 100 µs. Kun MAX1483:a käytetään tietojen lähettämiseen joka sekunti nopeudella 200 Kbps, keskimääräinen virta olisi
(100 µs * 53 mA + (1 s - 100 µs) * 20 µA) / 1 s = 25,3 µA
Kun lähetin-vastaanotin on lepotilassa, sen ohjain tulee poistaa käytöstä virrankulutuksen minimoimiseksi. Taulukko 4 näyttää sähkeen pituuden vaikutuksen yksittäisen lähetysten väliajoin toimivan MAX1483-ohjaimen virrankulutukseen. Sammutustilan käyttö voi edelleen vähentää virrankulutusta järjestelmässä, joka käyttää kyselytekniikkaa kiintein väliajoin tai pidempiä deterministisiä väliä lähetysten välillä.
Taulukko 4. Sanoman pituuden ja virrankulutuksen välinen korrelaatio käytettäessä MAX1483-ohjainta
Näiden ohjelmistonäkökohtien lisäksi laitteisto tarjoaa runsaasti parantamisen varaa virrankulutuksen suhteen. Kuvassa 3 verrataan eri lähetin-vastaanottimien ottamista virtaa lähetettäessä neliöaaltosignaalia 300 metrin kaapelilla aktiivisten ajureiden ja vastaanottimien kanssa. 75ALS176 ja MAX1483 käyttävät standardinmukaista 560 Ω/120 Ω/560 Ω päätettä linkin molemmissa päissä, kun taas "todellisissa vikaturvallisissa" laitteissa (MAX3088 ja MAX3471) on vain 120 Ω päätevastukset väylän molemmissa päissä. 20 Kbps:n virrankulutus vaihtelee välillä 12,2 mA (MAX3471, VCC = 3,3 V) - 70 mA (75ALS176). Näin ollen kulutus vähenee merkittävästi heti, kun valitset pienitehoisen laitteen, jolla on "tosi vikaturvallinen" ominaisuus, mikä lisäksi eliminoi suojabias-vastusten tarpeen (maahan ja VCC-virtalinjaan). ). Varmista, että valitsemasi RS-485-lähetin-vastaanottimen vastaanotin tuottaa oikeat logiikkatasot sekä suljetun että avoimen piirin olosuhteissa.
Kuva 3. Lähetin-vastaanottimen sirut eroavat suuresti virrankulutuksen riippuvuudesta datanopeudesta.
Sopimuksen pahat vitsit
Kuten edellä mainittiin, päätevastukset eliminoivat impedanssien epäsovituksista aiheutuvat heijastukset, mutta niiden haittana on ylimääräinen tehohäviö. Niiden vaikutus on esitetty taulukossa 5, jossa luetellaan virrankulutus eri lähetin-vastaanottimissa (jossa ohjain on aktiivinen) ilman vastuksia, vain päätevastuksia ja pääte- ja turvabias-vastusten yhdistelmää.
Taulukko 5. Pääte- ja esivastus lisäävät virranottoa
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC (ei RT:tä) | 60 uA | 517 uA | 74 uA | 22 uA |
| I VCC (RT=120) | 24 uA | 22,5 uA | 19,5 uA | 48 uA |
| I VCC (RT = 560-120-560) | 42 uA | Ei käytössä | Ei käytössä | 70 uA |
Neuvottelupoikkeus
Ensimmäinen tapa vähentää virrankulutusta on poistaa päätevastukset kokonaan. Tämä vaihtoehto on mahdollista vain lyhyillä linkeillä ja alhaisilla tiedonsiirtonopeuksilla, jolloin heijastukset asettuvat ennen kuin vastaanotin käsittelee tiedot. Kuten käytäntö osoittaa, sovitusta ei tarvita, jos signaalin nousuaika on vähintään neljä kertaa kaapelin läpi kulkevan yksisuuntaisen signaalin viive. Seuraavat vaiheet käyttävät tätä sääntöä yhteensopimattoman kaapelin suurimman sallitun pituuden laskemiseen:
Siten MAX3471 voi tarjota kunnollisen signaalin laadun lähetettäessä ja vastaanotettaessa 64 kbps nopeudella 38 metrin kaapelilla ilman päätevastuksia. Kuvassa 4 esitetään MAX3471:llä saavutetut dramaattiset virransäästöt, kun käytetään 30 metriä kaapelia ilman päätevastuksia 300 metrin kaapelin ja 120 päätevastuksen sijaan.
Kuva 4. Päätevastukset - pääasiallinen virrankuluttaja.
RC-sovitus
Ensi silmäyksellä RC-päätteen kyky estää DC on erittäin lupaava. Huomaat kuitenkin, että tämä tekniikka asettaa tiettyjä ehtoja. Pääte koostuu sarjasta RC-merkkijono rinnakkain differentiaalisen vastaanottimen tulojen (A ja B) kanssa, kuten kuvassa 5 on esitetty. Vaikka R on aina yhtä suuri kuin kaapelin ominaisimpedanssi (Z 0), C:n valinta vaatii harkintaa. Suuri C:n arvo tarjoaa hyvän sovituksen, jolloin mikä tahansa signaali näkee R:n, joka vastaa Z0:ta, mutta suuret arvot lisäävät myös kuljettajan huippulähtövirtaa. Valitettavasti pidemmät kaapelit vaativat korkeampia C-arvoja. Kokonaisia artikkeleita on omistettu C-luokituksen määrittämiseen tämän kompromissin saavuttamiseksi. Löydät tästä aiheesta yksityiskohtaiset yhtälöt tämän artikkelin lopussa olevista oppaista.
Kuva 5. RC-sovitus vähentää kulutusta, mutta vaatii huolellista C-arvon valintaa.
Keskimääräinen signaalin jännite on toinen tärkeä tekijä, joka usein jätetään huomiotta. Ellei signaalin keskimääräistä jännitettä ole tasapainotettu tasavirta, DC-portaiden askelvaikutus aiheuttaa merkittävää värinää johtuen "symbolien välisenä häiriönä" tunnetusta vaikutuksesta. Lyhyesti sanottuna RC-pääte vähentää tehokkaasti virrankulutusta, mutta se on taipuvainen heikentämään signaalin laatua. Koska RC-sovitus asettaa niin monia rajoituksia sen käytölle, paras vaihtoehto monissa tapauksissa ei ole täsmäämistä ollenkaan.
Sovitus Schottky-diodeihin
Schottky-diodit tarjoavat vaihtoehtoisen lopetustavan, kun suuri virrankulutus on huolenaihe. Toisin kuin muut sovitustyypit, Schottky-diodit eivät yritä sovittaa väylän ominaisimpedanssia. Sen sijaan ne yksinkertaisesti tukahduttavat heijastuksen aiheuttamat piikit ja piikit pulssin reunoilla. Tämän seurauksena jännitteen muutokset rajoittuvat positiiviseen kynnysjännitteeseen ja nollaan.
Schottky-diodit tuhlaavat vähän energiaa, koska ne johtavat vain positiivisten ja negatiivisten piikien esiintyessä. Toisaalta standardi resistiivinen pääte (turvabias-vastuksen kanssa tai ilman) haihduttaa jatkuvasti tehoa. Kuva 6 havainnollistaa Schottky-diodien käyttöä heijastusten torjumiseksi. Schottky-diodit eivät tarjoa vikasietoista toimintaa, mutta MAX308X- ja MAX3471-lähetin-vastaanottimissa valitut kynnysjännitetasot mahdollistavat vikasietoisen toiminnan toteuttamisen tämän tyyppisellä sovituksella.
Kuva 6. Korkeasta hinnasta huolimatta Schottky-diodisovituspiirillä on monia etuja.
Schottky-diodi, paras saatavilla oleva ideaalisen diodin approksimaatio (nolla myötäjännite Vf, nolla käynnistysaika tON ja nolla paluupalautusaika trr), on erittäin kiinnostava korvaamaan tehoa kuluttavat päätevastukset. Tämän sovituksen haittana RS-485/RS-422-järjestelmissä on se, että Schottky-diodit eivät voi vaimentaa kaikkia heijastuksia. Kun heijastunut signaali vaimenee Schottky-diodin myötäsuuntaisen jännitteen alapuolelle, päätediodit eivät vaikuta sen energiaan, ja se säilyy, kunnes kaapeli hajottaa sen. Se, onko tämä pitkittynyt häiriö merkittävä vai ei, riippuu vastaanottimen tulojen signaalin suuruudesta.
Schottky-terminaattorin suurin haitta on sen hinta. Yksi päätepiste vaatii kaksi diodia. Koska RS-485/RS-422-väylä on differentiaalinen, tämä luku kerrotaan jälleen kahdella (kuva 6). Useiden Schottky-terminaattorien käyttö bussissa ei ole epätavallista.
Schottky-diodipäätteet tarjoavat monia etuja RS-485/RS-422-pohjaisille järjestelmille, ja energiansäästö on tärkein (kuva 7). Mitään ei tarvitse laskea, sillä määritetyt kaapelin pituuden ja tiedonsiirtonopeuden rajat saavutetaan ennen Schottky-pääterajoja. Toinen etu on se, että useat Schottky-päätteet eri tapeissa ja vastaanotintuloissa parantavat signaalin laatua kuormittamatta tietoliikenneväylää.
Kuva 7. Virrankulutus RS-485-järjestelmissä riippuu suuresti tiedonsiirtonopeudesta ja päätteen tyypistä.
Yhteenveto
Kun tiedonsiirtonopeus on suuri ja kaapeli pitkä, on RS-485-järjestelmässä vaikea saavuttaa erittäin pientä kulutusta (alkuperäisessä "flea power" - "flea power", - Approx. Lane), koska siitä tulee tarvitaan vastaavien laitteiden asentamiseen viestintälinjaan (päättimet). Tässä tapauksessa "todellisen kohinansietokyvyn" lähetin-vastaanottimet vastaanottimen lähdöissä voivat säästää tehoa jopa käytettäessä päätteitä, mikä eliminoi turvabias-vastusten tarpeen. Ohjelmistoviestintä vähentää myös virrankulutusta asettamalla lähetin-vastaanottimen pois käytöstä tai poistamalla ohjaimen käytöstä, kun sitä ei käytetä.
Pienemmillä nopeuksilla ja lyhyemmillä kaapeleilla ero virrankulutuksessa on valtava: Tiedon siirtäminen nopeudella 60 kbps 30 metrin kaapelilla käyttämällä standardia SN75ALS176 lähetin-vastaanotinta, jossa on 120 ohmin päätevastukset, vaatii 70 mA virtaa virtalähteestä. Toisaalta MAX3471:n käyttäminen samoissa olosuhteissa vaatisi vain 2,5 mA virtalähteestä.
RS-485 on standardi, jonka Electronic Industries Association hyväksyi ensimmäisenä. Tähän mennessä tämä standardi ottaa huomioon eri balansoiduissa digitaalisissa järjestelmissä käytettyjen eri vastaanottimien ja lähettimien sähköiset ominaisuudet.
Asiantuntijoiden keskuudessa RS-485 on melko suositun käyttöliittymän nimi, jota käytetään aktiivisesti erilaisissa teollisissa prosessinohjausjärjestelmissä useiden ohjainten ja monien muiden laitteiden yhdistämiseen toisiinsa. Suurin ero tämän liitännän ja yhtä yleisen RS-232:n välillä on, että se mahdollistaa useiden erityyppisten laitteiden yhdistämisen samanaikaisesti.
RS-485:n avulla nopea tiedonvaihto useiden laitteiden välillä yhden laitteen kautta kaksijohtiminen linja tiedonsiirto half-duplex-tilassa. Sitä käytetään laajasti nykyaikaisessa teollisuudessa prosessinohjausjärjestelmien muodostusprosessissa.
Tämän standardin avulla tietoa siirretään jopa 10 Mbps:n 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 yli 1200 metrin päähän.
RS-485-liitännän yhdistämien laitteiden määrä riippuu suoraan siitä, mitä lähetin-vastaanottimia laitteessa käytetään. Jokainen lähetin on suunniteltu ohjaamaan samanaikaisesti 32 vakiovastaanotinta, mutta on ymmärrettävä, että on vastaanottimia, joiden tuloimpedanssi on 50%, 25% tai jopa pienempi kuin standardi, ja jos tällaisia laitteita käytetään, laitteiden kokonaismäärä kasvaa vastaavasti.
RS-485-kaapeli ei standardoi mitään tiettyä tietokehysmuotoa tai vaihtoprotokollaa. Suurimmassa osassa tapauksista käytetään täsmälleen samoja kehyksiä, joita RS-232 käyttää, eli databittejä, lopetus- ja aloitusbittejä sekä tarvittaessa pariteettibittiä.
Vaihtoprotokollien toiminta useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä suoritetaan "master-slave" -periaatteen mukaisesti, eli jokin verkon laite on isäntä ja tekee aloitteen pyyntöjen lähettämisestä kaikkien orjalaitteiden välillä, jotka eroavat loogisista osoitteista. Nykyään suosituin protokolla on Modbus RTU.
On syytä huomata, että RS-485-kaapelissa ei myöskään ole tietyn tyyppisiä liittimiä tai juotteenpoistoa, eli siellä voi olla pääteliittimiä, DB9 ja muita.
Useimmiten tätä käyttöliittymää käyttämällä on paikallinen verkko, joka yhdistää useita lähetin-vastaanottimia samanaikaisesti.
Kun kytket RS-485:n, sinun on yhdistettävä oikein signaalipiirit, 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:
Päätevastuksia käyttämällä standardi tai USB RS-485 tarjoaa täydellisen kaapelin avoimen pään ja seuraavan linjan yhteensopivuuden eliminoiden signaalin heijastumisen mahdollisuuden.
Vastusten nimellisresistanssi vastaa kaapelin aaltoimpedanssia ja kierretyille kaapeleille se on useimmiten noin 100-120 ohmia. Esimerkiksi nykyään melko suositulla UTP-5-kaapelilla, 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 sammutettu, linja ei täsmää täysin. 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.
Kun vastaanotin sijaitsee, vastaanotetun signaalin minimitason tulee joka tapauksessa olla vähintään 200 mV.
Jos signaalipiireissä ei ole signaalia, tapahtuu pieni poikkeama, joka suojaa vastaanotinta virheellisiltä toiminnoilta.
Asiantuntijat suosittelevat hieman yli 200 mV:n poikkeamaa, koska tämä arvo vastaa standardin mukaista tulosignaalin epävarmuusvyöhykettä. Tässä tapauksessa piiri A vedetään lähteen positiiviseen napaan, kun taas piiri B vedetään yhteiseen.
Laskenta suoritetaan vaaditun poikkeaman ja tehonsyöttöjännitteen mukaan, jos esimerkiksi haluat saada 250 mV offsetin käytettäessä liitinvastuksia RT = 120 ohm, kun lähteen jännite on 12 V. että tässä tapauksessa kaksi vastusta on kytketty rinnakkain ja täysin ottamatta huomioon vastaanottimen puolen kuormitusta, bias-virta on 0,0042 A, kun taas bias-piirin kokonaisvastus on 2857 ohmia. R cm on tässä tapauksessa noin 1400 ohmia, joten sinun on valittava jokin lähin arvo.
Esimerkkinä käytetään 1,5 kΩ bias-vastusta sekä ulkoista 12 voltin vastusta. Lisäksi järjestelmässämme on eristetty ulostulo ohjaimen virtalähteestä, joka on piirisegmenttinsä johtava linkki.
Tietysti on monia muita vaihtoehtoja RS-485-muunninta ja muita elementtejä käyttävän biasin toteuttamiseen, mutta joka tapauksessa bias-piirejä asetettaessa on otettava huomioon, että sen tarjoava solmu sammuu ajoittain tai jopa lopulta voidaan poistaa kokonaan verkosta.
Jos esijännite on olemassa, piirin A potentiaali täydellä tyhjäkäynnillä on positiivinen suhteessa piiriin B, mikä on ohje, jos uusi laite kytketään kaapeliin, jossa ei ole johdinmerkintöjä.
Yllä olevien suositusten toteuttaminen mahdollistaa normaalin sähköisten signaalien siirron verkon eri kohtiin, jos RS-485-protokollaa käytetään perustana. Jos vähintään yksi vaatimuksista ei täyty, signaali vääristyy. Merkittävimmät vääristymät alkavat ilmaantua, jos tiedonsiirtonopeus ylittää 1 Mbps, mutta itse asiassa, jopa pienemmillä nopeuksilla, on erittäin suositeltavaa olla laiminlyömättä ilmoitettuja suosituksia, vaikka verkko "toimiisi jo normaalisti".
Kun ohjelmoit erilaisia sovelluksia, jotka toimivat RS-485-jakajaa käyttävien laitteiden ja muiden tällä liitännällä varustettujen laitteiden kanssa, on otettava huomioon useita tärkeitä kohtia. Listataan ne:
Tämä liitäntä tarjoaa mahdollisuuden yhdistää laitteita "väylä"-muodossa, kun kaikki laitteet yhdistetään yhdellä johtoparilla. Tässä tapauksessa tiedonsiirtolinja on välttämättä sovitettava molempien päiden päätevastuksilla.
Vastaavuuden varmistamiseksi tässä tapauksessa asennetaan vastukset, joiden resistanssi on 620 ohmia. Ne asennetaan aina ensimmäiseen ja viimeiseen linjaan kytkettyyn laitteeseen. Valtaosassa nykyaikaisia laitteita on myös sisäänrakennettu päätevastus, joka voidaan tarvittaessa kytkeä linjaan asentamalla laitekorttiin erityinen hyppyjohdin.
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 päätevastus kytketään päälle kytkimellä, kun taas S2000-KS- ja S2000-K-laitteille on ominaista sisäänrakennettu päätevastus, jonka seurauksena sen kytkemiseen ei tarvita jumpperia.
Pitemmän tiedonsiirtolinjan aikaansaamiseksi on suositeltavaa käyttää erikoistuneita toistimia-toistimia, jotka on varustettu täysin automaattisella lähetyssuunnan vaihdolla.
RS-485-linjan väliotokset eivät ole toivottavia, koska tässä tapauksessa signaalin vääristymä on melko voimakas, mutta käytännön näkökulmasta ne voidaan sietää, jos väliottoa on vähän. Tässä tapauksessa päätevastusten asentamista yksittäisiin haaroihin ei vaadita.
Kaukosäätimellä ohjatussa RS-485-jakelujärjestelmässä, jos jälkimmäinen ja laitteet on kytketty samaan linjaan, mutta saavat virran eri lähteistä, on kaikkien laitteiden ja kaukosäätimen 0 V piirit yhdistettävä. varmistaakseen niiden potentiaalin tasaamisen. Jos tämä vaatimus ei täyty, kaukosäätimellä voi tässä tapauksessa olla epävakaa yhteys laitteisiin. Jos käytetään kaapelia, jossa on useita kierrettyjä johdinpareja, niin potentiaalintasauspiiriin voidaan tarvittaessa käyttää täysin vapaata paria. Muun muassa suojattua kierrettyä paria voidaan käyttää myös siinä tapauksessa, ettei suojamaadoitusta ole.
Valtaosassa potentiaalintasausjohtimen läpi kulkeva virta on melko pieni, mutta jos 0 V laitteet 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 juuri 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 enintään maadoittaa tämä piiri tietyssä kohdassa. On myös otettava huomioon 0 V:n ja hälytysjärjestelmässä käytetyn laitteiston suojamaadoituspiirin välinen suhde.
Tiloissa, joille on ominaista melko vaikea sähkömagneettinen ympäristö, tämä verkko on mahdollista yhdistää suojatulla kierretyllä parikaapelilla. Tässä tapauksessa etäisyysraja voi olla lyhyempi, koska kaapelin kapasitanssi on suurempi.
Teollisissa sovelluksissa langaton datalinjat ei voi koskaan korvata kokonaan langallinen. Jälkimmäisten joukossa yleisin ja luotettavin on edelleen sarjaliitäntä
RS
-485
. Ja ulkoisilta vaikutuksilta suojatuimpien ja eri kokoonpanoissa ja integraatioasteissa olevien lähetin-vastaanottimien valmistaja puolestaan jää yritykseksi.Maxim
integroitu
.
Suosion kasvusta huolimatta langattomat nettiyhteydet, luotettavimman ja vakaimman yhteyden, erityisesti vaikeissa käyttöolosuhteissa, tarjoavat langalliset. Oikein suunnitellut langalliset verkot mahdollistavat tehokkaan viestinnän teollisissa sovelluksissa ja teollisissa prosessinohjausjärjestelmissä ja suojaavat häiriöitä, ESD:tä ja ylijännitteitä vastaan. RS-485-liitännän erityispiirteet ovat johtaneet sen laajaan käyttöön teollisuudessa.
RS-485 lähetin-vastaanotin on yleisin fyysisen kerroksen liitäntä sarjatietoverkkojen toteuttamiseen vaativiin ympäristöihin teollisuus- ja rakennusautomaatiosovelluksia varten. Tämä sarjaliitäntästandardi tarjoaa nopean tiedonsiirron suhteellisen pitkiä matkoja yhden differentiaalilinjan (kierretyn parin) kautta. Suurin ongelma RS-485:n käytössä teollisuudessa ja rakennusautomaatiojärjestelmissä on se, että induktiivisten kuormien, sähköstaattisten purkausten ja aaltojännitteiden nopean kytkennän aikana tapahtuvat sähköiset transientit, jotka vaikuttavat automatisoitujen ohjausjärjestelmien verkkoihin, voivat vääristää siirrettyä dataa. tai saada ne epäonnistumaan.
Tällä hetkellä tiedonsiirtoliittymiä on useita tyyppejä, joista jokainen on suunniteltu tiettyihin sovelluksiin ottaen huomioon vaaditut parametrit ja protokollarakenteen. Sarjaliitäntöihin kuuluvat CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI ja SMBus, mutta RS-485 ja RS-422 ovat edelleen luotettavimpia, varsinkin vaikeissa käyttöolosuhteissa. .
RS-485- ja RS-422-liitännät ovat monessa suhteessa samanlaisia, mutta niissä on joitakin merkittäviä eroja, jotka on otettava huomioon tiedonsiirtojärjestelmiä suunniteltaessa. TIA/EIA-422-standardin mukaan RS-422-liitäntä on määritelty teollisuussovelluksiin, joissa on yksi dataväyläisäntä, johon voidaan kytkeä jopa 10 orjaa (kuva 1). Se tarjoaa tiedonsiirron jopa 10 Mbps:n nopeudella käyttämällä kierrettyä paria, mikä parantaa melunsietokykyä ja saavuttaa suurimman mahdollisen kantaman ja tiedonsiirtonopeuden. Tyypillisiä RS-422:n sovelluksia ovat prosessiautomaatio (kemikaalit, elintarviketeollisuus, paperitehtaat), integroitu tehdasautomaatio (auto- ja metalliteollisuus), ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmät, turvajärjestelmät, moottorin ohjaus ja esineiden liikkeenohjaus.
RS-485 tarjoaa enemmän joustavuutta sallimalla useita isäntiä yhteisellä väylällä ja lisäämällä laitteiden enimmäismäärää väylällä 10:stä 32:een. TIA/EIA-485-standardin mukaan RS-485:ssä on enemmän kuin RS-422:ssa. laaja yhteismuotoinen jännitealue (-7…12 V ±7V sijasta) ja hieman pienempi erojännitealue (±1,5 V ±2 V sijasta), mikä tarjoaa riittävän vastaanottimen signaalitason maksimilinjakuormalla. Multidrop-dataväylän kehittyneiden ominaisuuksien avulla voit luoda verkkoja laitteista, jotka on kytketty samaan sarjaportti RS-485. Korkean kohinansietokykynsä ja monipudotuskykynsä ansiosta RS-485 on paras sarjaliitäntä käytettäväksi teollisissa hajautetuissa järjestelmissä, jotka on liitetty ohjelmoitavaan logiikkaohjaimeen (PLC), grafiikkaohjaimeen (HMI) tai muihin tiedonkeruuohjaimiin. Koska RS-485 on RS-422:n laajennus, kaikki RS-422-laitteet voivat kytkeytyä RS-485-isäntälaitteen ohjaamaan väylään. Tyypilliset RS-485:n sovellukset ovat samanlaisia kuin yllä luetellut RS-422:n sovellukset, ja RS-485:tä käytetään useammin sen parannettujen ominaisuuksien vuoksi.
TIA/EIA-485-standardi sallii RS-485:n käytön jopa 1200 m:n etäisyyksillä. Lyhyemmillä etäisyyksillä tiedonsiirtonopeus on yli 40 Mbps. Differentiaalisignaalin käyttö antaa RS-485-liitännälle pidemmän kantaman, mutta tiedonsiirtonopeus pienenee linjan pituuden kasvaessa. Tiedonsiirtonopeuteen vaikuttavat myös linjan johtojen poikkileikkauspinta-ala ja siihen kytkettyjen laitteiden määrä. Jos haluat saavuttaa sekä pitkän kantaman että suuren tiedonsiirtonopeuden, on suositeltavaa käyttää RS-485-lähetin-vastaanottimia, joissa on sisäänrakennettu korkeataajuinen taajuuskorjaustoiminto, kuten MAX3291. RS-485-liitäntää voidaan käyttää half-duplex-tilassa käyttämällä yhtä kierrettyä johtoparia tai full-duplex-tilassa, jolloin dataa lähetetään ja vastaanotetaan samanaikaisesti, mikä varmistetaan käyttämällä kahta kierrettyä paria (neljä johtoa). Multidrop half-duplex -kokoonpanossa RS-485 pystyy tukemaan jopa 32 lähetintä ja jopa 32 vastaanotinta. Uuden sukupolven lähetin-vastaanottimen IC:illä on kuitenkin suurempi tuloimpedanssi, mikä vähentää vastaanotinlinjan kuormitusta 1/4:sta 1/8:aan standardiarvosta. Esimerkiksi MAX13448E lähetin-vastaanotinta käyttämällä RS-485-väylään kytkettyjen vastaanottimien lukumäärä voidaan kasvattaa 256:een. Edistyneen RS-485-multidrop-liitännän avulla on mahdollista verkottaa useita yhteen sarjaporttiin kytkettyjä laitteita kuvan mukaisesti. kuvassa 2.
Vastaanottimen herkkyys on ±200 mV. Siksi yhden databitin tunnistamiseksi signaalitasojen vastaanottimen liitäntäpisteessä on oltava suurempi kuin +200 mV nollalla ja alle -200 mV yhdellä (kuva 3). Tässä tapauksessa vastaanotin vaimentaa häiriöt, joiden taso on alueella ± 200 mV. Differentiaalilinja mahdollistaa myös tehokkaan yhteismoodin hylkäyksen. Vastaanottimen pienin tuloimpedanssi on 12 kOhm, lähettimen lähtöjännite on alueella ± 1,5 ... ± 5 V.
Teollisten järjestelmien suunnittelijoiden haasteena on varmistaa niiden luotettava toiminta sähkömagneettisissa ympäristöissä, jotka voivat tuhota laitteita tai häiritä digitaalisia viestintäjärjestelmiä. Yksi esimerkki vastaavia järjestelmiä on automaattinen ohjaus teknisiä laitteita automatisoidussa teollisuuslaitoksessa. Prosessia ohjaava säädin mittaa sen parametreja sekä ympäristöparametreja ja välittää komentoja toimilaitteille tai tuottaa hätähälytyksiä. Teolliset ohjaimet ovat pääsääntöisesti mikroprosessorilaitteita, joiden arkkitehtuuri on optimoitu tietyn teollisuusyrityksen ongelmien ratkaisemiseksi. Tällaisten järjestelmien pisteestä pisteeseen -tietolinkit ovat alttiina ympäristön voimakkaille sähkömagneettisille häiriöille.
Teollisissa sovelluksissa käytetyt DC/DC-muuntimet toimivat korkeilla tulojännitteillä ja antavat tulosta eristettyjä jännitteitä kuorman syöttämiseksi. Hajautetut järjestelmälaitteet, joissa ei ole omaa verkkovirtalähdettä, saavat virran 24 tai 48 V DC:stä. Pääte saa 12 tai 5 V jännitteen, joka saadaan muuntamalla tulojännite. Järjestelmät, jotka kommunikoivat etäantureiden tai toimilaitteiden kanssa, vaativat transientti-, EMI- ja maapotentiaalisuojauksen.
Monet yritykset, kuten Maxim Integrated, tekevät kaikkensa varmistaakseen, että teollisuussovellusten integroidut piirit ovat erittäin luotettavia ja kestäviä ankaria sähkömagneettisia ympäristöjä vastaan. Maximin RS-485-lähetin-vastaanottimet sisältävät sisäänrakennetut korkeajännitteiset ESD- ja ylijännitesuojapiirit, ja ne ovat hot-swap-vaihtokelpoisia ilman tiedonhäviötä linjalla.
Sähköstaattinen purkaus (ESD) syntyy, kun kaksi vastakkaisesti varautunutta materiaalia joutuvat kosketuksiin, mikä johtaa staattisten varausten siirtymiseen ja kipinäpurkauksen muodostumiseen. ESD esiintyy usein, kun ihmiset joutuvat kosketuksiin ympärillään olevien esineiden kanssa. Kipinäpurkaukset, jotka syntyvät puolijohdelaitteiden huolimattoman käsittelyn aikana, voivat merkittävästi heikentää niiden suorituskykyä tai johtaa puolijohderakenteen täydelliseen tuhoutumiseen. ESD voi tapahtua esimerkiksi kaapelia vaihdettaessa tai yksinkertaisesti kosketettaessa I/O-porttia ja aiheuttaa portin sammumisen yhden tai useamman liitäntäsirun vian vuoksi (kuva 4).
Tällaiset onnettomuudet voivat johtaa merkittäviin tappioihin, koska ne lisäävät takuukorjausten kustannuksia ja kuluttajat pitävät niitä seurauksena Heikkolaatuinen tuote. Teollisessa tuotannossa ESD on vakava ongelma, joka voi aiheuttaa miljardeja dollareita tappioita vuosittain. Todellisissa käyttöolosuhteissa ESD voi johtaa yksittäisten komponenttien ja joskus koko järjestelmän vikaantumiseen. Ulkoisia diodeja voidaan käyttää tietoliitäntöjen suojaamiseen, mutta jotkin rajapinta-IC:t sisältävät sisäänrakennettuja ESD-suojakomponentteja eivätkä vaadi ylimääräisiä ulkoisia suojapiirejä. Kuvassa 5 on yksinkertaistettu toimintakaavio tyypillisestä sisäänrakennetusta ESD-suojapiiristä. Signaalijohdon transientteja rajoittaa diodisuojapiiri syöttöjännitetasoilla V CC ja maadoitus, mikä suojaa piirin sisäosaa vaurioilta. Tällä hetkellä valmistetut liitäntäsirut ja analogiset kytkimet, joissa on sisäänrakennettu ESD-suojaus, ovat pääosin IEC 61000-4-2 -standardin mukaisia.
Maxim Integrated on investoinut voimakkaasti IC:ihin, joissa on vahva sisäänrakennettu ESD-suoja, ja on nyt johtava RS-232–RS-485-lähetin-vastaanottimissa. Nämä laitteet kestävät IEC (IEC) 61000-4-2- ja JEDEC JS-001 -yhteensopivia ESD-testipulsseja, jotka syötetään suoraan I/O-portteihin. Maximin ESD-ratkaisut ovat luotettavia, edullisia, ilman ulkoisia lisäkomponentteja ja halvempia kuin useimmat muut vastaavat. Kaikki tämän yrityksen valmistamat liitäntäpiirit sisältävät sisäänrakennettuja elementtejä, jotka suojaavat jokaista lähtöä tuotannon ja käytön aikana tapahtuvalta ESD:ltä. MAX3483AE / MAX3485AE lähetin-vastaanottimet suojaavat lähettimien lähtöjä ja vastaanotintuloja korkeilta jännitepiikkeiltä aina ±20 kV asti. Samanaikaisesti tuotteiden normaali toimintatapa säilyy, virtaa ei tarvitse sammuttaa ja kytkeä uudelleen päälle. Lisäksi sisäänrakennetut ESD-suojaominaisuudet varmistavat virran kytkemisen, virrankatkaisun ja vähän virtaa käyttävän valmiustilan.
Teollisissa sovelluksissa RS-485-ajureiden tulot ja lähdöt ovat alttiita häiriöille ylijännitteiden vuoksi. Ylijänniteparametrit eroavat ESD:stä – kun ESD:n kesto on tyypillisesti 100 ns:iin asti, ylijännitejännitteet voivat olla 200 µs tai enemmän. Ylijännitejännitteet voivat johtua johdotusvirheistä, huonoista liitännöistä, vaurioituneista tai viallisista kaapeleista ja juotospisaroista, jotka voivat muodostaa johtavan yhteyden virta- ja signaalilinjojen välille painettu piirilevy tai kolossa. Koska teollisuuden sähköjärjestelmät käyttävät yli 24 V jännitteitä, altistuminen tällaisille jännitteille tavallisissa RS-485-lähetin-vastaanottimissa, joissa ei ole ylijännitesuojaa, saa ne epäonnistumaan minuuteissa tai jopa sekunnissa. Suojautuakseen ylijännitteiltä perinteiset RS-485-liitäntäsirut vaativat kalliita ulkoisia laitteita, jotka on valmistettu erillisistä komponenteista. Sisäänrakennetulla ylijännitesuojalla varustetut RS-485-lähetin-vastaanottimet kestävät jopa ±40, ±60 ja ±80 V yhteismuotoista kohinaa datalinjalla ja antavat jopa ±80 V maadoitukseen nähden. Suojaelementit toimivat riippumatta sirun nykyisestä tilasta - onko se päällä, pois päältä tai valmiustilassa - joten nämä lähetin-vastaanottimet ovat alan luotettavimpia ja ihanteellisia teollisuussovelluksiin. Maximin lähetin-vastaanottimet selviävät oikosuluista virta- ja signaalilinjoista, johdotusvirheistä, väärin kytketyistä liittimistä, viallisista kaapeleista ja väärinkäytöksistä johtuvista jännitteistä.
Tärkeä RS-485-liitäntäsirujen ominaisuus on vastaanottimien sietokyky määrittelemättömiä linjatiloja vastaan, mikä takaa korkean logiikkatason asettamisen vastaanottimen lähdössä, kun tulot ovat auki tai kiinni, sekä kun kaikki lähettimet ovat kytkettyinä linja siirtyy inaktiiviseen tilaan (lähtöjen korkea impedanssi). Vastaanottimen suljetun datalinjan signaalien oikean havaitsemisen ongelma ratkaistaan siirtämällä tulosignaalin kynnykset negatiivisiin jännitteisiin -50 ja -200 mV. Jos vastaanottimen tuloerojännite VA - V B on suurempi tai yhtä suuri kuin -50 mV, lähtö R 0 asetetaan korkealle tasolle. Jos VA - V B on pienempi tai yhtä suuri kuin -200 mV - lähtö R 0 asetetaan alhaiseksi. Kun kaikki lähettimet menevät lepotilaan ja linja katkeaa, vastaanottimen differentiaalinen tulojännite on lähellä nollaa, minkä seurauksena vastaanottimen lähtö nousee korkeaksi. Tässä tapauksessa kohinansietomarginaali tulossa on 50 mV. Toisin kuin edellisen sukupolven lähetin-vastaanottimissa, -50 ja -200 mV kynnysarvot vastaavat EIA/TIA-485 standardin määrittämiä ±200 mV arvoja.
.jpg)
