A modern technológiában egyre fontosabbá válik a különféle eszközök közötti információcsere. Ehhez pedig rövid és nagy távolságokon is adatokat kell továbbítani, kilométeres nagyságrendben. Az egyik ilyen típusú adatátvitel az eszközök közötti kommunikáció az RS-485 interfészen keresztül.
Az adatcserére szolgáló eszközök használatának egyik leggyakoribb példája az. Az egyetlen hálózatba egyesített elektromos fogyasztásmérők szekrényekben, cellákban vannak szétszórva kapcsolóberendezések sőt egymástól jelentős távolságra elhelyezkedő alállomások is. Ebben az esetben az interfész adatküldésre szolgál egy vagy több mérőeszközről.
Az "egy méter - egy modem" rendszert aktívan alkalmazzák, hogy adatokat továbbítsanak az energiaértékesítő cégek szolgáltatásaihoz a magánházak és kisvállalkozások mérőállomásairól.
Egy másik példa: adatok fogadása a mikroprocesszoros relévédelmi terminálokról valós időben, valamint központi hozzáférés azokhoz a változtatások végrehajtása érdekében. Miért vannak a terminálok ugyanúgy a kommunikációs interfészen keresztül kötve, és az onnan származó adatok a diszpécsernél telepített számítógépre kerülnek. Védelmi kioldás esetén a kezelőszemélyzetnek lehetősége van azonnal információt szerezni a cselekvés helyéről és az áramkörök károsodásának természetéről.
De a kommunikációs interfészek által megoldott legnehezebb feladat a komplex gyártási folyamatok központi vezérlőrendszere - az automatizált folyamatvezérlő rendszerek. Egy ipari üzem kezelőjének asztalán van egy számítógép, melynek kijelzőjén a folyamat aktuális állását látja: hőmérsékletek, termelékenység, be- és kikapcsolt egységek, működési módjuk. És képes mindezt egy enyhe egérkattintással kezelni.
A számítógép viszont vezérlőkkel kommunikál – olyan eszközökkel, amelyek az érzékelőktől kapott parancsokat a gép számára érthető nyelvre alakítják át, és a fordított átalakítást: a gép nyelvéből vezérlőparancsokká. A kommunikáció a vezérlővel, valamint a különböző vezérlők között kommunikációs interfészeken keresztül történik.
Az RS-232 interfész az RS 485 kistestvére.Lehetetlen legalább röviden megemlíteni az RS-232 interfészt, amelyet sorosnak is neveznek. Néhány laptop rendelkezik csatlakozóval a megfelelő porthoz, és néhány digitális eszköz (ugyanazok a relévédelmi terminálok) RS-232-n keresztüli kommunikációt biztosító kimenetekkel van felszerelve.
Az információcseréhez képesnek kell lennie arra, hogy továbbítsa és fogadja azokat. Ehhez van adónk és vevőnk. Minden készülékben jelen vannak. Ezenkívül az egyik eszköz adójának (TX) kimenete egy másik eszköz (RX) vevőjének bemenetéhez csatlakozik. És ennek megfelelően a jel ugyanúgy az ellenkező irányba mozog a másik vezető mentén.
Ez egy félduplex kommunikációs módot biztosít, vagyis a vevő és az adó egyidejűleg működhet. Az RS-232 kábelen lévő adatok egyszerre mozoghatnak az egyik és a másik irányba.
Ennek az interfésznek a hátránya az alacsony zajvédelem. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a jel a csatlakozó kábelben mind a vételhez, mind az átvitelhez egy közös vezetékhez - földhöz képest - van kialakítva. Bármilyen interferencia, amely még az árnyékolt kábelben is fennáll, kommunikációs hibához, egyes információbitek elvesztéséhez vezethet. Ez pedig elfogadhatatlan bonyolult és költséges mechanizmusok kezelésekor, ahol minden hiba baleset, a kommunikáció elvesztése pedig hosszú állásidőt jelent.
Ezért főként egy laptop és egy digitális eszköz kis ideiglenes csatlakoztatására használják, például a kezdeti konfiguráció beállítására vagy a hibák javítására.
Az RS-485 interfész felépítése.A fő különbség az RS-458 és az RS-232 között az, hogy minden vevő és adó egy pár vezetéken működik, amely egy kommunikációs vonal. A földelő vezetéket ebben az esetben nem használják, és a vonalban lévő jelet differenciális módszerrel alakítják ki. Egyidejűleg két vezetéken ("A" és "B") inverz formában továbbítják.
Ha az adó kimenete logikai "0", akkor az "A" vezető nulla potenciált kap. A "B" vezetőn "nem 0" jel keletkezik, azaz "1". Ha az adó „1”-et sugároz, az ellenkezője igaz.
Ennek eredményeként a jelfeszültség változását kapjuk két, sodrott érpárú vezeték között. Bármilyen hangszedő, amely a kábelbe kerül, ugyanúgy megváltoztatja a feszültséget a földhöz képest a pár mindkét vezetékén. De a hasznos jel feszültsége a vezetékek között képződik, ezért egyáltalán nem szenved a rajtuk lévő potenciáloktól.
Az RS-485 interfészen keresztül csatlakoztatott összes eszköznek csak két csatlakozója van: "A" és "B". A közös hálózathoz való csatlakozáshoz ezeket a terminálokat párhuzamos áramkörbe kell csatlakoztatni. Ehhez kábelláncot kell lefektetni egyik eszközről a másikra.
Ebben az esetben szükségessé válik az eszközök közötti adatcsere racionalizálása az adás-vétel sorrendjének, valamint a küldendő adatok formátumának beállításával. Ehhez egy speciális, protokollnak nevezett utasítást használnak.
Az RS-485 interfészen keresztüli adatcserére számos protokoll létezik, a leggyakrabban használt a Modbas. Nézzük meg röviden, hogyan működik a legegyszerűbb protokoll, és milyen egyéb problémákat kell még megoldani segítségével.
Vegyünk például egy olyan hálózatot, amelyben egy eszköz több adatforrásból gyűjt adatokat. Ez lehet egy modem és egy csoport villanyóra. Annak érdekében, hogy megtudjuk, melyik mérőről származnak az adatok, minden adó-vevőhöz hozzárendelnek egy számot, amely egyedi az adott hálózathoz. A szám a modem adó-vevőhöz is hozzá van rendelve.
Amikor elérkezik az energiafogyasztási adatok gyűjtésének ideje, a modem kérést generál. Először egy indító impulzus kerül továbbításra, amely szerint minden eszköz megérti, hogy most jön egy kódszó - egy csomag nullák és egyesek sorozatából. Ebben az első bitek a hálózatban lévő előfizetői számnak felelnek meg, a többi adat lesz, például egy parancs a szükséges információk továbbítására.
Minden eszköz megkapja az üzenetet, és összehasonlítja a hívott előfizető számát a sajátjával. Ha megegyeznek, a kérés részeként átadott parancs végrehajtásra kerül. Ha nem, az eszköz figyelmen kívül hagyja a szövegét, és nem csinál semmit.
Ebben az esetben sok protokollban visszaigazolást küldenek a parancs végrehajtásának elfogadásáról vagy befejezéséről. Ha nem érkezik válasz, a továbbító eszköz bizonyos számú alkalommal megismételheti a kérést. Ha a reakció nem következik be, hibainformáció generálódik a néma előfizetővel való kommunikációs csatorna meghibásodásával kapcsolatban.
A válasz nem biztos, hogy következik, nem csak meghibásodás esetén. Ha erős interferencia van a kommunikációs csatornában, amely még mindig ott hatol, előfordulhat, hogy a parancsok nem érik el a célt. Ezenkívül eltorzulnak, és nem ismerik fel megfelelően.
A parancs hibás végrehajtása nem engedhető meg, ezért tudatosan redundáns információ kerül a csomag adataiba - az ellenőrző összeg. Kiszámítása egy bizonyos, a protokollban előírt törvény szerint történik az adó oldalon. A recepciós számol csekk összeg ugyanazon az elven, és összehasonlítják a továbbítottval. Ha megegyeznek, a vétel sikeresnek minősül, és a parancs végrehajtásra kerül. Ha nem, a készülék hibaüzenetet küld a küldő oldalnak.
Sodrott érpárú kábelek az RS-485 interfésszel rendelkező eszközök csatlakoztatására szolgálnak. Bár egy pár vezeték elegendő az adatátvitelhez, általában legalább kettővel rendelkező kábeleket használnak, így tartalékot fektetnek le.
Az interferencia elleni jobb védelem érdekében a kábelek árnyékoltak, az árnyékolások a teljes vonal mentén egymáshoz vannak kötve. Ehhez az "A" és "B" következtetések mellett "COM" terminál található a kombinálandó készülékeken. A vonal csak egy ponton van földelve, általában a vezérlő, a modem vagy a számítógép helyén. Két ponton tilos ezt megtenni, hogy elkerüljük azokat a hangszedőket, amelyek a talajpontok potenciálkülönbsége miatt elkerülhetetlenül végigmennek a képernyőn.
A kábelek csak sorba vannak kötve egymással, nem lehet leágazni. A vonalhoz egy 120 ohm ellenállású ellenállást kell csatlakoztatni a végére (ez a kábel jellemző impedanciája).
Általánosságban elmondható, hogy az interfészkábel-vezetékek telepítése egyszerű feladat. Sokkal nehezebb lesz a felszerelést felállítani, amihez speciális tudással rendelkező emberekre lesz szükség.
Az RS-485 interfész működésének jobb megértéséhez javasoljuk, hogy nézze meg a következő videót:
Az RS-485 egy olyan szabvány, amelyet először az Electronic Industries Association fogadott el. A mai napig ez a szabvány figyelembe veszi a különféle szimmetrikus digitális rendszerekben használt különféle vevők és adók elektromos jellemzőit.
A szakemberek körében az RS-485 egy meglehetősen népszerű interfész neve, amelyet aktívan használnak különböző ipari folyamatvezérlő rendszerekben több vezérlő, valamint sok más eszköz egymáshoz csatlakoztatására. A fő különbség ezen interfész és az ugyanilyen gyakori RS-232 között az, hogy több típusú berendezés egyidejű kombinációját teszi lehetővé.
Az RS-485 segítségével nagy sebességű információcsere több eszköz között egyetlen eszközön keresztül kétvezetékes vezeték kommunikáció félduplex módban. A modern iparban széles körben használják a folyamatvezérlő rendszerek kialakítása során.
A szabvány segítségével az információ továbbítása akár 10 Mbps sebességgel történik, míg a maximális lehetséges hatótávolság közvetlenül függ az adatátvitel sebességétől. Így a maximális sebesség biztosítása érdekében legfeljebb 120 méterről továbbíthatók az adatok, míg 100 kbps sebességgel több mint 1200 méteren keresztül sugározható az információ.
Az RS-485 interfész által kombinálható eszközök száma közvetlenül függ attól, hogy az eszközben milyen adó-vevőket használnak. Mindegyik adó 32 szabványos vevő egyidejű vezérlésére készült, azonban meg kell érteni, hogy vannak olyan vevők, amelyek bemeneti impedanciája 50%, 25% vagy még kisebb, mint a szabványos, és ha ilyen berendezést használnak, akkor az összes eszköz száma ennek megfelelően növelni.
Az RS-485 kábel nem szabványosítja az információs keretek vagy csereprotokollok egyetlen formátumát sem. Az esetek túlnyomó többségében pontosan ugyanazokat a kereteket használják, mint az RS-232, azaz adatbiteket, stop- és startbiteket, valamint szükség esetén paritásbiteket.
A legtöbb esetben a csereprotokollok munkája modern rendszerek a „master-slave” elv szerint történik, vagyis a hálózaton lévő egyes eszközök a mesterek, és kezdeményezik a küldési kérések cseréjét az összes, logikai címükben eltérő szolgaeszköz között. Ma a legnépszerűbb protokoll a Modbus RTU.
Érdemes megjegyezni, hogy az RS-485-ös kábelnek nincs konkrét típusú csatlakozója vagy kiforrasztása, vagyis lehetnek terminálcsatlakozók, DB9 és mások.
Ennek a felületnek a legáltalánosabb használata az a helyi hálózat, amely egyszerre több adó-vevőt is kombinál.
Az RS-485 csatlakoztatásakor helyesen kell kombinálni a jeláramköröket, amelyeket általában A-nak és B-nek hívnak. Ebben az esetben a polaritásváltás nem olyan szörnyű, csak a csatlakoztatott eszközök nem működnek.
Az RS-485 interfész használatakor figyelembe kell venni a működésének számos jellemzőjét:
Lezáró ellenállások használatával a szabványos vagy USB RS-485 biztosítja a kábel nyitott végének teljes illeszkedését a következő vonalhoz, teljesen kiküszöbölve a jelvisszaverődés lehetőségét.
Az ellenállások névleges ellenállása megfelel a kábel hullámimpedanciájának és a sodrott érpáron alapuló kábeleknél az esetek többségében körülbelül 100-120 ohm. Például egy ma meglehetősen népszerű UTP-5 kábel, amelyet aktívan használnak az Ethernet lefektetésekor, jellemző impedanciája 100 ohm. Más kábelopciók esetén más minősítés is használható.
Szükség esetén ellenállások forraszthatók a kábelcsatlakozók érintkezőire már a végső készülékekben. Ritkán magában az eszközben ellenállásokat telepítenek, aminek következtében az ellenállás csatlakoztatásához jumpereket kell telepíteni. Ebben az esetben, ha a készülék ki van kapcsolva, a vonal teljesen nem illeszkedik. És a rendszer többi részének normál működésének biztosítása érdekében egy megfelelő dugót kell csatlakoztatnia.
Az RS-485 port kiegyensúlyozott adatátviteli sémát használ, vagyis az A és B jeláramkörök feszültségszintje ellenfázisban változik.
Az érzékelőnek 1,5 V-os jelszintet kell biztosítania teljes terhelésnél, és legfeljebb 6 V-ot, ha a készülék alapjáraton van. A feszültségszint mérése differenciáltan történik, minden jelvezeték a másikhoz képest.
Ahol a vevő található, a vett jel minimális szintje minden esetben legalább 200 mV legyen.
Abban az esetben, ha nincs jel a jeláramkörökön, enyhe eltolás lép fel, amely megvédi a vevőt a hamis működéstől.
A szakértők valamivel 200 mV-nál nagyobb eltolást javasolnak, mivel ez az érték megfelel a szabvány szerinti bemeneti jel bizonytalansági zónájának. Ebben az esetben az A áramkör a forrás pozitív pólusához, míg a B áramkör a közöshez húzódik.
A számítást a szükséges eltolásnak és tápfeszültségnek megfelelően végezzük el, ha például 250 mV offszetet kell elérni, ha R T = 120 Ohm sorkapocs-ellenállásokat használunk, miközben a forrás feszültsége 12 V. hogy ebben az esetben két ellenállást párhuzamosan kötünk egymással és a vevőoldali terhelést teljesen figyelmen kívül hagyva az előfeszítő áram 0,0042 A, míg az előfeszítő áramkör teljes ellenállása 2857 ohm. Az R cm ebben az esetben körülbelül 1400 ohm lesz, ezért ki kell választania a legközelebbi értéket.
Példaként egy 1,5 kΩ-os előfeszítő ellenállást, valamint egy külső 12 voltos ellenállást használunk. Ezenkívül rendszerünkben van a vezérlő tápegységének leválasztott kimenete, amely a vezető láncszem az áramköri szegmensében.
Természetesen sok más lehetőség is van az RS-485 átalakítót és más elemeket használó torzítás megvalósítására, de minden esetben az előfeszítő áramkörök elhelyezésénél figyelembe kell venni, hogy az azt biztosító csomópont időről időre kikapcsol, ill. sőt végül teljesen eltávolítható a hálózatból.
Ha előfeszítés van jelen, akkor az A áramkör potenciálja teljes üresjáraton pozitív a B áramkörhöz képest, ami irányadó, ha egy új eszközt vezetékjelzés nélküli kábelhez csatlakoztatunk.
A fenti ajánlások végrehajtása lehetővé teszi az elektromos jelek normál átvitelét a hálózat különböző pontjaira, ha az RS-485 protokollt használják alapul. Ha legalább egy követelmény nem teljesül, jeltorzulás lép fel. A legszembetűnőbb torzítások akkor kezdenek megjelenni, ha az adatcsere sebessége meghaladja az 1 Mbit/s-ot, de valójában még alacsonyabb sebességek esetén sem ajánlott figyelmen kívül hagyni ezeket az ajánlásokat, még akkor sem, ha a hálózat „már normálisan működik. "
Az RS-485 elosztót használó eszközökkel és más, ezzel az interfésszel rendelkező eszközökkel működő különféle alkalmazások programozásakor számos fontos szempontot figyelembe kell venni. Soroljuk fel őket:
Ez az interfész lehetőséget biztosít az eszközök „busz” formátumú kombinálására, amikor az összes eszközt egyetlen vezetékpárral kombinálják. Ebben az esetben a kommunikációs vonalat feltétlenül a két végének lezáró ellenállásaival kell összeilleszteni.
Az illeszkedés biztosítása érdekében ebben az esetben ellenállásokat szerelnek fel, amelyek ellenállása 620 ohm. Mindig az első és az utolsó vonalra csatlakoztatott eszközre telepítik őket. A túlnyomó többségben modern eszközök beépített lezáró ellenállás is van, amely szükség esetén a készülék lapjára egy speciális jumper felszerelésével a vezetékre csatlakoztatható.
Mivel a jumpereket eredetileg szállítási állapotban szerelték fel, először el kell távolítania őket minden eszközről, kivéve az első és az utolsó vezetékhez csatlakoztatott készüléket. Az S2000-PI típusú átjátszó konvertereknél minden egyes kimenetnél a lezáró ellenállást egy kapcsoló segítségével kapcsolják be, míg az S2000-KS és S2000-K készülékeket beépített lezáró ellenállás jellemzi, aminek következtében csatlakoztatásához nincs szükség jumperre.
A hosszabb kommunikációs vonal biztosítása érdekében ajánlott speciális átjátszók-repeaterek használata, amelyek teljesen felszereltek automatikus kapcsolásátviteli irány.
Az RS-485 vonal bármely leágazása nem kívánatos, mert ebben az esetben elég erős a jel torzulása, de gyakorlati szempontból elviselhető, ha a leágazás kis hossza van. Ebben az esetben nincs szükség lezáró ellenállások felszerelésére az egyes ágakon.
Távirányítóról vezérelt RS-485 elosztórendszerben, ha az utóbbi és a készülékek ugyanarra a vezetékre csatlakoznak, de különböző forrásból táplálkoznak, akkor az összes készülék 0 V-os áramkörét és a távirányítót össze kell kapcsolni. potenciálkiegyenlítésük biztosítása érdekében. Ha ez a követelmény nem teljesül, akkor ebben az esetben a távirányító instabil kapcsolatban állhat az eszközökkel. Ha több csavart érpárból álló kábelt kell használni, akkor a potenciálkiegyenlítő áramkörhöz szükség esetén egy teljesen szabad érpár is használható. Többek között árnyékolt sodrott érpárt is lehet használni abban az esetben, ha nincs árnyékolás földelés.
A potenciálkiegyenlítő vezetéken áthaladó áram túlnyomó többségében meglehetősen kicsi, azonban ha a 0 V-os készülékek vagy maguk a tápegységek több helyi földbuszra csatlakoznak, a különböző 0 V-os áramkörök közötti potenciálkülönbség több egység is lehet, és bizonyos esetekben akár több tíz voltot is, miközben a potenciálkiegyenlítő áramkörön átfolyó áram meglehetősen jelentős lehet. Éppen ez a gyakori oka annak, hogy a távirányító és a készülékek között instabil kapcsolat van, aminek következtében akár meghibásodhatnak is.
Emiatt ki kell zárni a 0 V-os áramkör földelésének lehetőségét, vagy legfeljebb egy bizonyos ponton földelni ezt az áramkört. Figyelembe kell venni a 0 V és a riasztórendszerben használt berendezésben lévő védőföldelés közötti kapcsolat lehetőségét is.
A meglehetősen nehéz elektromágneses környezettel jellemezhető létesítményekben lehetőség van ennek a hálózatnak a csatlakoztatására árnyékolt, csavart érpáron keresztül. Ebben az esetben rövidebb távolságkorlát is lehet, mivel a kábel kapacitása nagyobb.
A hálózati kommunikáció 5-ös kategóriájú csavart érpárú kábellel történik. A vezérlők a "busz" topológia szerint kapcsolódnak egymáshoz, azaz. egymás után.
A hálózati helyes működés (különösen hosszú kábelek használata esetén) csak akkor lehetséges, ha az összes adó-vevő között csak egy vonal van („busz topológia”).
Akár 32 eszköz is beépíthető a sorba (normál rakományegység esetén vagy több - ¼ terhelés esetén), bárhol elhelyezve a teljes hosszában. A készülékeket nagyon rövid (30 cm-nél nem hosszabb) kábelekkel kell a vezetékhez csatlakoztatni, hogy elkerüljük az Y-hasadást.
A gyakorlatban azonban ez a hossz több méterrel növelhető. A legtöbb esetben az összetett konfiguráció problémája megoldható interfész-ismétlők segítségével.
A jelátviteli vezetékeknek legalább 50 cm-re kell lenniük a tápkábelektől, különösen a terhelő kábelektől. Sőt, nem szabad ugyanabba a fonatba fektetni ezekkel a kábelekkel vagy olyan kábelekkel, amelyeken nagy áram folyik át, mivel. ez interferenciához és hibákhoz vezethet.
Az erővonalak metszéspontja 90 fokos szöget zárjon be. A csavart érpárok összeillesztése és a "csavarok" használata tilos. A kábelezéshez két-négy csavart érpárú kábelek használata javasolt, hogy:
Az RS485 szabvány legfeljebb 1,2 km hosszú vonalon biztosítja az eszközök működését. Ez az érték a maximum. A gyakorlatban legfeljebb 500 m hosszú vezetékek használata javasolt Hosszú vezetékes rendszerek építésénél különös figyelmet kell fordítani a megfelelő keresztmetszetű kábel kiválasztására.
A használt kábelnek legalább 0,2 V-ot kell biztosítania a 120 ohmos lezárónál a vonal túlsó végén, ha az adó kimenete 2 V. A 22 AWG-nél kisebb kábelek használata nem javasolt.
Mert távirányító személyi számítógépek jelenleg széles körben használják az objektumokat vagy az érzékelők paramétereinek a vezérlőteremből történő megfigyelését. Az iparban erre a célra az RS485 interfészt használják, amely akár 32 adó-vevő csatlakoztatását teszi lehetővé csavart érpáron keresztül, akár 1200 méteres távolságban, akár 10 Mbps sebességgel. Erről a felületről bővebben a Minden rendben lenne, de a számítógépek nincsenek felszerelve ilyen interfészekkel. Az RS232 interfész és ez a modern számítógépeken meglehetősen ritkán található meg. De USB-port szinte bármelyiken elérhető.
A szerző gyakorlati ábrát ad a virtuális adapterről USB csatlakozó RS485-ben. Valamint RS485 soros port Az USART megtalálható a PIC18F8720-ban és sok más mikrokontrollerben. 1. ábra. A virtuális USB-port szépsége az szoftver a számítógépen úgy írhat, mint az RS232 portnál. Ez pedig azt jelenti, hogy a portot egy vezérlővel, például MSComm segítségével lehet majd kezelni. Ebben a cikkben nem vesszük figyelembe a számítógép vezérlőprogramját, ezért a számítógépről a COMPump terminál segítségével küldjük az adatokat. Részletes leírás Ezzel a terminállal való munkáról a cikkben szó esett: Virtuális USB / RS-232 port, az illesztőprogram telepítéséről is szó esett a cikkben. Szoftveres szempontból nem különbözik az USB / RS485-től, bár az RS232 egy full duplex adó-vevő, az RS485 pedig egy félduplex.
Tehát az USB / RS485 illesztőprogram abban különbözik az USB / RS232 illesztőprogramtól, hogy az ADM213EARS cikkben szereplő DD2 chipet 1. ábrán egy SN75176 típusú D103 chipre cseréli jelen cikkben. Ez a chip egy komplett félduplex RS485 adó-vevő, a kimeneti meghajtót + -60mA áramerősségre tervezték. A mikroáramkör beépített túlmelegedés elleni védelemmel rendelkezik 150g.S szinten. Minimális bemeneti impedancia 12k, bemeneti érzékenység 200mV. és bemeneti hiszterézis 50mV. A vevő és adó működésének algoritmusát az 1.2. táblázat tartalmazza. A D101 virtuális illesztőprogram chip (FT232BM) lehetővé teszi az SN75176 chip csatlakoztatását a szoftveres interfész megváltoztatása nélkül, és az RS485 porttal való munkavégzést half-duplex módban. Az egyetlen árnyalat, amit számításba kell venni egy program számítógépen történő fejlesztésekor, hogy az interfészen keresztül egy bájt átvitele során a vevőben megkapja a továbbított bájtot, az úgynevezett visszhangot. Az RS485 interfészt úgy tervezték, hogy az adó-vevőket csavart érpárral 1200 méteres távolságig csatlakoztassa, de erős interferencia esetén a vezetéket a képernyőn kell elhelyezni.
Asztal 1. adó
| D | DE | A | B |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
2. táblázat. vevő
| A-B | Inv.RE | R |
| Vid>=0,2V | 0 | 1 |
-0,2V | 0
|
?
|
|
| Vid<=-0,2в | 0 | 0 |
| x | 1 | Z |
| Nyisd ki | 0 | ? |
1. ÁBRA
A vezérlőeszköz helyére egy D3 adó-vevő chipet (SN75176) is be kell szerelni. Mivel mi magunk írjuk a meghajtót a mikrokontrollerhez, ezért a vételről az adásra váltunk a PORTJ4 port 39-es érintkezőjével. Az 1. ábra diagramján a D2 chip 10 bites analóg-digitális átalakítóként működik. A HEX formátumban megadott programot a 3. táblázat mutatja.
Munkájának algoritmusa a következő. Programozzon 21 µs-ként. adatokat olvas az ADC bemenetéről, és egy 79 bájtból álló belső pufferbe ír. Körülbelül 1,7 ms után. A puffer teljesen feltöltődik, és a folyamat megismétlődik. Ennek a puffernek a számítógépről történő olvasásához el kell küldenie ennek az eszköznek a címét. Esetünkben ez 0x0A. A cím beérkezése után a mikrokontroller 79 bájtot küld a számítógépnek. A címzés akkor szükséges, ha egynél több vezérlőobjektum lesz csatlakoztatva az RS485 vonalhoz.
A mikrokontroller kivételével az egész készülék kenyérlapon készült. Ehhez nyomtatott áramköri lapot kell készíteni, hogy hozzá lehessen forrasztani a vezetékeket. Mivel ennek a mikrokontrollernek 12x12mm-es TQFP80-as tokozása van és 80 tűs. A 2. ábrán látható nyomtatott áramköri lap 0,5 mm vastag, 35x35 mm méretű egyoldalas üvegszálból készült. Ezt a mikroáramkört kívánatos légforrasztóállomással forrasztani.
Az RS-485 szabványt először az Electronic Industries Association fogadta el. Ma áttekinti a kiegyensúlyozott digitális rendszerekben használt különféle vevők és adók elektromos jellemzőit.
Mi ez a szabvány?
Az RS-485 egy jól ismert interfész neve, amelyet aktívan használnak mindenféle ipari folyamatvezérlő rendszerben bizonyos vezérlők és sok más eszköz egymáshoz csatlakoztatására. A fő különbség ezen interfész és az RS-232 között az, hogy több típusú berendezés egyidejű kombinálását foglalja magában. Az RS-485 használatakor a több eszköz közötti nagy sebességű kommunikációt egyetlen kétvezetékes kommunikációs vonal használata garantálja félduplex módban. A modern iparban részt vesz a folyamatirányító rendszerek létrehozásában.
Hatótáv és sebesség
A bemutatott szabvány segítségével akár 10 Mbps sebességű információátvitel is elérhető. Meg kell jegyezni, hogy ebben az esetben a maximális lehetséges tartomány közvetlenül függ az adatátvitel sebességétől. Figyelembe kell venni, hogy a maximális sebesség biztosítása érdekében az információ 120 méternél tovább nem továbbítható. Ugyanakkor 100 kbps sebességgel több mint 1200 méteren sugározzák az adatokat.
A csatlakoztatott eszközök száma
Az RS-485 interfész által kombinálható eszközök száma közvetlenül attól függ, hogy mely adó-vevők vannak benne. Mindegyik adó 32 szabványos vevő speciális vezérlését biztosítja. Igaz, tudnia kell, hogy vannak olyan vevőkészülékek, amelyek bemeneti impedanciája 50%, 25%-kal vagy kevesebbel tér el a szabványtól. Ha ezt a berendezést használja, az eszközök teljes száma ennek megfelelően növekszik.
Csatlakozók és protokollok
Az RS-485 kábel nem képes egyetlen információs keretformátum vagy kommunikációs protokoll szabványosítására sem. A fordításhoz általában hasonló kereteket használnak, mint az RS-232. Más szóval, adatbitek, stop- és startbitek, valamint szükség esetén paritásbitek. Ami a csereprotokollok működését illeti, a legtöbb modern rendszerben a „mester-szolga” elv szerint hajtják végre. Ez azt jelenti, hogy a hálózatban egy bizonyos eszköz mesterként és kezdeményezőjeként működik a szolga eszközök közötti küldési kérések cseréjében, amelyek logikai címükben különböznek egymástól. A jelenleg legismertebb protokoll a Modbus RTU. Megjegyzendő, hogy az RS-485 kábelnek nincs meghatározott típusú csatlakozója vagy kivezetése. Más szóval, vannak terminálcsatlakozók, DB9 és mások.
Kapcsolat
A bemutatott interfész használatával gyakran olyan helyi hálózattal találkozhatunk, amely egyszerre több típusú adó-vevőt is kombinál. Az RS-485 csatlakozás létrehozásakor a jeláramköröket helyesen kell kombinálni egymással. Ezeket általában A-nak és B-nek hívják. Így a polaritás felcserélése miatt nem kell aggódni, csak a csatlakoztatott eszközök leállnak.
Az RS-485 interfész használatakor figyelembe kell venni a működésének bizonyos jellemzőit. Így az ajánlások a következők:
1. A jel sugárzásának optimális közege egy sodrott érpáron alapuló kábel.
2. A vezeték végeit speciális sorkapocsellenállások segítségével kell tompítani.
3. A szabványos vagy USB RS-485-öt használó hálózatot sín topológiában kell fektetni anélkül, hogy húzódna.
4. Az eszközöket a lehető legrövidebb hosszúságú kábelekkel kell a kábelhez csatlakoztatni.
Koordináció
A lezáró ellenállások segítségével a szabványos vagy USB RS-485 garantálja a vezeték nyitott végének teljes illeszkedését a következő vezetékhez. Ez teljesen kiküszöböli a jelvisszaverődés lehetőségét. A csavart érpáron alapuló kábel és vezetékek jellemző impedanciájához kapcsolódó ellenállások névleges ellenállása általában körülbelül 100-120 ohm. Például a jelenleg ismert UTP-5 kábel, amelyet gyakran használnak az Ethernet telepítési folyamatában, jellemző impedanciája 100 ohm.
A többi kábelopcióhoz hasonlóan eltérő minősítés is alkalmazható. Szükség esetén ellenállások forraszthatók a végberendezésekben található kábelcsatlakozók tűire. Ritkán az ellenállásokat magában a berendezésben szerelik fel, ennek eredményeként jumpereket kell telepíteni az ellenállás csatlakoztatásához. Ebben az esetben, amikor egy eszköz csatlakoztatva van, a vonal nem illeszkedik. A rendszer többi részének normál működésének biztosításához egy megfelelő dugót kell csatlakoztatnia.
Jelszintek
Az RS-485 port kiegyensúlyozott adatátviteli sémát alkalmaz. Más szóval, az A és B jeláramkörök feszültségszintje ellenfázisban változik. Az érzékelő segítségével a maximális terhelés figyelembevételével 1,5 V jelszintet biztosítunk. Ezen túlmenően, a készülék alapjárata esetén legfeljebb 6 V-ot biztosítanak. A feszültségszint mérése differenciáltan történik. A vevő helyén a vett jel minimális szintjének legalább 200 mV-nak kell lennie.
Elfogultság
Ha nem figyelhető meg jel a jeláramkörökön, enyhe előfeszítést alkalmazunk. Védelmet nyújt a vevő számára téves riasztás esetén. A szakértők azt tanácsolják, hogy valamivel több mint 200 mV-ot eltoljanak, mivel ez az érték a szabvány szerint megfelel a bemeneti jel bizonytalansági zónájának. Ilyen helyzetben az A áramkör megközelíti a forrás pozitív pólusát, és a B áramkör felhúzódik a közösbe.
Példa
A szükséges előfeszítés és tápfeszültség alapján az ellenállásértékek kiszámításra kerülnek. Például, ha 250 mV-os eltolást szeretne elérni lezáró ellenállásokkal, RT = 120 ohm. Meg kell jegyezni, hogy a forrás feszültsége 12 V. Figyelembe véve azt a tényt, hogy ebben az esetben két ellenállás van egymással párhuzamosan csatlakoztatva, és nem veszik figyelembe a vevő terhelését, az előfeszítési áram eléri a 0,0042-t. Ugyanakkor az előfeszítő áramkör teljes ellenállása 2857 ohm. Az Rcm ebben az esetben körülbelül 1400 ohm lesz. Így ki kell választania a legközelebbi címletet. Példa erre egy 1,5 kΩ-os ellenállás. Az elmozduláshoz szükséges. Ezenkívül egy külső 12 voltos ellenállást használnak.
Azt is meg kell jegyezni, hogy a rendszer a vezérlő tápegységének leválasztott kimenetével rendelkezik, amely a fő kapcsolat a saját áramköri szegmensében. Igaz, vannak más lehetőségek is az eltolás végrehajtására, ahol RS-485 konverter és egyéb elemek is érintettek, azonban továbbra is figyelembe kell venni, hogy az eltolást biztosító csomópont időnként kikapcsol, vagy végül teljesen kikerül a hálózatból. . Eltolás esetén az A áramkör teljes üresjárati potenciálja pozitívnak tekinthető a B áramkörhöz képest. Ez iránymutatóként szolgál, amikor új berendezést csatlakoztatnak a kábelhez vezetékjelölések használata nélkül.
Rossz bekötés és torzítás
A fent jelzett ajánlások megvalósítása lehetővé teszi az elektromos jelek helyes továbbítását a hálózat különböző pontjaira, ha az RS-485 protokollt használják alapul. Ha legalább egy követelmény nem teljesül, jeltorzulás lép fel. A legszembetűnőbb torzulások akkor jelentkeznek, ha az információcsere sebessége 1 Mbps felett van. Igaz, még kisebb sebességnél sem ajánlott elhanyagolni ezeket a tippeket. Ez a szabály a normál hálózati működésre is érvényes.
Hogyan kell programozni?
Az RS-485 elosztót használó eszközökkel és a bemutatott interfésszel rendelkező egyéb eszközökkel működő különféle alkalmazások programozásakor több fontos szempontot is figyelembe kell venni.
A csomag kézbesítésének megkezdése előtt feltétlenül aktiválni kell az adót. Érdemes megjegyezni, hogy egyes források szerint a kibocsátás azonnal végrehajtható az aktiválás után. Ennek ellenére egyes szakértők azt tanácsolják, hogy először szünetet tartsanak, időben egy képkocka adási sebességével egyenlő. Ebben az esetben a megfelelő fogadó programnak lesz ideje teljesen azonosítani a tranziens folyamat hibáit, amely képes elvégezni a normalizálási eljárást és felkészülni a következő adatfogadásra.
Az utolsó bájt adat kiadása után az RS-485 eszköz kikapcsolása előtt is szünetet kell tartania. Ez bizonyos értelemben annak a ténynek köszönhető, hogy a soros port vezérlő gyakran két regiszterrel rendelkezik egyszerre. Az első egy párhuzamos bemenet, információ fogadására szolgál. A második eltolási kimenetnek számít, szekvenciális kimenetre használják.
A vezérlő általi adatátvitel során bármilyen megszakítás generálódik, ha a bemeneti regiszter üres. Ez akkor fordul elő, ha a műszaknyilvántartásba már eljuttatták az információkat, de még nem adták ki. Ez is az oka annak, hogy az adás befejezése után bizonyos szünetet kell tartani az adó kikapcsolása előtt. Időben körülbelül 0,5 bittel hosszabbnak kell lennie, mint a keret. A pontosabb számítások elvégzéséhez ajánlatos részletesebben áttanulmányozni az éppen használt soros port vezérlő műszaki dokumentációját.
Lehetséges, hogy az adó, a vevő és az RS-485 átalakító közös vonalra csatlakozik. Így a saját vevő is elkezdi érzékelni a saját adó által végzett adást. Gyakran előfordul, hogy a vonalhoz való véletlenszerű hozzáféréssel jellemezhető rendszerekben ezt a funkciót a két adó közötti ütközés hiányának ellenőrzésére használják.
Busz formátum beállítása
A bemutatott interfész képes az eszközöket "busz" formátumban kombinálni, ha az összes berendezést egy pár vezetékkel csatlakoztatják. Ez előírja, hogy a kommunikációs vonalat szükségszerűen a két végén lévő lezáró ellenállásokkal kell összeilleszteni. Ennek biztosítása érdekében olyan ellenállásokat kell beépíteni, amelyek 620 ohmos ellenállással rendelkeznek. Mindig az első és az utolsó vezetékre csatlakoztatott eszközre vannak felszerelve.
A modern eszközök általában beépített lezáró ellenállással rendelkeznek. Szükség esetén egy speciális jumper felszerelésével a vezetékre csatlakoztatható. Érdemes megjegyezni, hogy a jumpereket először a szállítási állapotban telepítik, ezért el kell távolítania őket az első és az utolsó kivételével minden eszközről. Azt is meg kell jegyezni, hogy az S2000-PI modell átjátszó átalakítóiban külön kimenethez az illesztési ellenállást egy kapcsoló segítségével aktiválják. Ami a beépített lezáró ellenállással jellemezhető S2000-KS és S2000-K készülékeket illeti, annak csatlakoztatásához nincs szükség jumperre. A hosszú kapcsolat biztosításához speciális átjátszók-repeaterek használata kívánatos, amelyek előre fel vannak szerelve teljesen automatikus sebességváltó irányváltással.
Csillag konfiguráció
Az RS-485 vonalon lévő összes spur nemkívánatosnak minősül, mivel ez túlzott jeltorzulást eredményez. Bár a gyakorlat szempontjából ezt kis ághossz esetén meg lehet engedni. Ehhez nincs szükség lezáró ellenállások felszerelésére az egyes ágakra.
Az RS-485 rendszerben, ahol a vezérlés a konzolon keresztül történik, amikor az ellenállások és az eszközök ugyanahhoz a vonalhoz vannak csatlakoztatva, de különböző forrásokból táplálkoznak, az összes eszköz és a konzol 0 V-os áramkörét kombinálni kell annak érdekében, hogy lehetőségeinek kiegyenlítése érdekében. Ha ez a követelmény nem teljesül, a távirányító szaggatottan kommunikálhat az eszközökkel. Több sodrott érpárú vezeték használata esetén szükség esetén egy teljesen szabad érpár használható a potenciálkiegyenlítő áramkörhöz. Ezen kívül árnyékolt, csavart érpárú kábel is használható, ha nincs árnyékolt földelés.
Mit kell figyelembe venni?
A legtöbb esetben a potenciálkiegyenlítő vezetéken átfolyó áramot meglehetősen kicsinek tekintik. Ha a 0 V-os eszközök vagy maguk az áramforrások több helyi földbuszra csatlakoznak, akkor a különböző 0 V-os áramkörök közötti potenciálkülönbség több egységet is elérhet. Néha ez az érték több tíz volt, és a potenciálkiegyenlítő áramkörön átfolyó áram meglehetősen jelentős. Gyakran ez az oka annak, hogy instabil kapcsolat van a távirányító és az eszközök között. Ennek eredményeként még kudarcra is képesek.
Ezért ki kell zárni a 0 V-os áramkör földelésének lehetőségét, vagy egy bizonyos ponton földelni ezt az áramkört. Ezenkívül figyelembe kell venni a 0 V és a védőföldelés közötti kapcsolat lehetőségét, amely a riasztórendszerben használt berendezésben van. Meg kell jegyezni, hogy azokban a létesítményekben, ahol viszonylag nehéz elektromágneses környezet jellemző, árnyékolt, csavart érpárral is lehet csatlakozni ehhez a hálózathoz. Továbbra is hangsúlyozni kell, hogy ebben a helyzetben kisebb lehet a határérték, mivel a vezeték kapacitása nagyobbnak tekinthető.
