Nella tecnologia moderna, lo scambio di informazioni tra i vari dispositivi sta diventando sempre più importante. E per questo, è necessario trasmettere dati sia su brevi distanze che su quelle significative, nell'ordine dei chilometri. Uno di questi tipi di trasmissione dei dati è la comunicazione tra dispositivi tramite l'interfaccia RS-485.
Uno degli esempi più comuni di utilizzo di dispositivi per lo scambio di dati è. I contatori elettrici, uniti in un'unica rete, sono dispersi tra armadi, celle quadri elettrici e anche sottostazioni situate a notevole distanza l'una dall'altra. In questo caso, l'interfaccia viene utilizzata per inviare dati da uno o più dispositivi di misurazione.
Il sistema "un contatore - un modem" viene attivamente implementato per trasferire i dati ai servizi delle società di vendita di energia dai centri di misurazione di case private, piccole imprese.
Un altro esempio: la ricezione in tempo reale dei dati dai terminali di protezione dei relè a microprocessore, nonché l'accesso centralizzato agli stessi per apportare modifiche. Per questo, i terminali sono collegati allo stesso modo attraverso l'interfaccia di comunicazione e i dati da essa vanno al computer installato dal dispatcher. In caso di attivazione della protezione, il personale operativo ha la possibilità di ricevere immediatamente informazioni sul luogo dell'intervento e sulla natura del danno ai circuiti di potenza.
Ma il compito più difficile risolto dalle interfacce di comunicazione sono i sistemi di controllo centralizzato di processi produttivi complessi - APCS. L'operatore di un impianto industriale ha un computer sulla sua scrivania, sul cui display vede lo stato attuale del processo: temperature, produttività, unità accese e spente, loro modalità di funzionamento. E ha la capacità di gestire tutto questo con un leggero clic del mouse.
Il computer, invece, scambia dati con i controllori, dispositivi che convertono i comandi dei sensori in un linguaggio comprensibile alla macchina, e la trasformazione inversa: dal linguaggio della macchina in comandi di controllo. La comunicazione con il controller, così come tra i diversi controller, avviene tramite interfacce di comunicazione.
L'interfaccia RS-232 è il fratello minore di RS 485.Non si può almeno citare brevemente l'interfaccia RS-232, che è anche chiamata seriale. Alcuni laptop hanno un connettore per la porta corrispondente e alcuni dispositivi digitali (gli stessi terminali di protezione del relè) sono dotati di uscite per la comunicazione tramite RS-232.
Per scambiare informazioni, devi essere in grado di trasmetterle e riceverle. Per questo abbiamo un trasmettitore e un ricevitore di segnale. Sono inclusi in ogni dispositivo. Inoltre, l'uscita del trasmettitore di un dispositivo (TX) è collegata all'ingresso del ricevitore di un altro dispositivo (RX). E, di conseguenza, il segnale si muove nella direzione opposta lungo l'altro conduttore in modo simile.
Ciò fornisce una modalità di comunicazione half-duplex, ovvero il ricevitore e il trasmettitore possono funzionare contemporaneamente. I dati sul cavo RS-232 possono spostarsi in una direzione e nell'altra contemporaneamente.
Lo svantaggio di questa interfaccia è la sua bassa immunità ai disturbi. Ciò è dovuto al fatto che il segnale al cavo di collegamento sia per la ricezione che per la trasmissione è formato rispetto al filo comune - massa. Qualsiasi interferenza, anche in un cavo schermato, può portare a problemi di comunicazione, perdita di singoli bit di informazioni. E questo è inaccettabile quando si gestiscono meccanismi complessi e costosi, dove ogni errore è un incidente e una perdita di comunicazione è un lungo periodo di inattività.
Pertanto, viene utilizzato principalmente per piccole connessioni temporanee di un laptop a un dispositivo digitale, ad esempio per impostare una configurazione iniziale o correggere errori.
Organizzazione dell'interfaccia RS-485.La principale differenza tra RS-458 e RS-232 è che tutti i ricevitori e i trasmettitori operano su una coppia di fili, che è una linea di comunicazione. In questo caso, il filo di terra non viene utilizzato e il segnale nella linea è formato con un metodo differenziale. Viene trasmesso contemporaneamente su due fili ("A" e "B") in forma inversa.
Se l'uscita del trasmettitore è uno "0" logico, allora viene dato un potenziale zero al conduttore "A". Sul conduttore "B" viene generato un segnale "non 0", ovvero - "1". Se il trasmettitore trasmette "1", è vero il contrario.
Di conseguenza, otteniamo un cambiamento nella tensione del segnale tra i due fili, che sono a doppino intrecciato. Qualsiasi interferenza che entra nel cavo cambia la tensione relativa alla terra in modo uguale su entrambi i fili della coppia. Ma la tensione del segnale utile si forma tra i fili e quindi non soffre affatto dei potenziali su di essi.
Tutti i dispositivi collegati tramite l'interfaccia RS-485 hanno solo due terminali: "A" e "B". Per il collegamento a una rete comune, questi terminali sono collegati in un circuito parallelo. Per questo, una catena di cavi viene posata da un dispositivo all'altro.
In questo caso diventa necessario snellire lo scambio di dati tra i dispositivi, impostando la sequenza di trasmissione e ricezione, nonché il formato dei dati trasmessi. Questo viene fatto con un'istruzione speciale chiamata protocollo.
Esistono molti protocolli di comunicazione RS-485, il più utilizzato è Modbas. Consideriamo brevemente come funziona il protocollo più semplice e quali altri problemi devono essere risolti con il suo aiuto.
Ad esempio, diamo un'occhiata a una rete in cui un dispositivo raccoglie dati da più origini dati. Può essere un modem e un gruppo di contatori elettrici. Per sapere da quale contatore partiranno i dati, a ciascun ricetrasmettitore viene assegnato un numero univoco per la data rete. Il numero è assegnato anche al ricetrasmettitore del modem.
Quando è il momento di raccogliere dati sul consumo energetico, il modem genera una richiesta. Innanzitutto, viene trasmesso un impulso di avvio, in base al quale tutti i dispositivi capiscono che ora arriverà una parola in codice: un messaggio da una sequenza di zeri e uno. In esso, i primi bit corrisponderanno al numero dell'abbonato nella rete, il resto saranno dati, ad esempio un comando per trasmettere le informazioni richieste.
Tutti i dispositivi ricevono il messaggio e confrontano il numero dell'abbonato chiamato con il proprio. Se corrispondono, viene eseguito il comando inviato come parte della richiesta. In caso contrario, il dispositivo ignora il suo testo e non fa nulla.
Allo stesso tempo, in molti protocolli, viene inviata una conferma che il comando è accettato per l'esecuzione o eseguito. Se non c'è risposta, il dispositivo trasmittente può ripetere la richiesta un certo numero di volte. Se non c'è reazione, viene generata un'informazione su un errore relativo a un malfunzionamento del canale di comunicazione con l'abbonato silenzioso.
La risposta potrebbe non seguire, non solo in caso di guasto. In presenza di forti interferenze nel canale di comunicazione, che tuttavia vi penetra, le squadre potrebbero non arrivare a destinazione. Sono anche distorti e non riconosciuti correttamente.
Non è possibile consentire l'esecuzione errata del comando, pertanto in questi pacchi vengono introdotte informazioni volutamente ridondanti: un checksum. Viene calcolato secondo una certa legge prescritta nel protocollo lato trasmittente. Alla ricezione, il checksum viene calcolato secondo lo stesso principio e confrontato con quello trasmesso. Se corrispondono, la ricezione viene considerata riuscita e il comando viene eseguito. In caso contrario, il dispositivo invia un messaggio di errore al lato trasmittente.
I cavi a doppino intrecciato vengono utilizzati per collegare i dispositivi con l'interfaccia RS-485. Sebbene una coppia di fili sia sufficiente per trasmettere questi dati, i cavi con almeno due vengono solitamente utilizzati per fornire una riserva.
Per una migliore protezione contro le interferenze, i cavi sono schermati, per cui gli schermi lungo l'intera linea sono collegati tra loro. A tale scopo, oltre ai pin “A” e “B”, i dispositivi da abbinare hanno un terminale “COM”. La linea è messa a terra solo in un punto, solitamente nella posizione del controller, del modem o del computer. È vietato farlo in due punti per evitare interferenze, che inevitabilmente attraverseranno lo schermo a causa della differenza di potenziale nei punti di terra.
I cavi sono collegati solo in serie tra loro, non è possibile effettuare diramazioni. Per abbinare la linea, alla sua estremità è collegata una resistenza da 120 Ohm (questa è l'impedenza caratteristica del cavo).
In generale, l'installazione delle linee dei cavi di interfaccia è un'operazione semplice. Sarà molto più difficile configurare l'attrezzatura, che richiederà persone con conoscenze speciali.
Per una migliore comprensione del funzionamento dell'interfaccia RS-485, ti suggeriamo di guardare il seguente video:
RS-485 è uno standard adottato per la prima volta dalla Electronics Industries Association. Oggi questo standard si occupa delle caratteristiche elettriche di tutti i tipi di ricevitori e trasmettitori utilizzati in vari sistemi digitali bilanciati.
Tra gli specialisti RS-485 è il nome di un'interfaccia abbastanza popolare, che viene utilizzata attivamente in vari sistemi di controllo industriale per collegare tra loro diversi controller e molti altri dispositivi. La principale differenza tra questa interfaccia e la non meno comune RS-232 è che prevede la combinazione di più tipi di apparecchiature contemporaneamente.
Con l'aiuto di RS-485, lo scambio di informazioni ad alta velocità tra più dispositivi è fornito attraverso un unico linea a due fili comunicazione in modalità half duplex. È ampiamente utilizzato nell'industria moderna nel processo di formazione di un sistema di controllo di processo.
Con l'aiuto di questo standard, le informazioni vengono trasmesse a una velocità fino a 10 Mbit / s, mentre l'intervallo massimo possibile dipenderà direttamente dalla velocità con cui vengono trasmessi i dati. Pertanto, per garantire la massima velocità, i dati possono essere trasmessi non oltre i 120 metri, mentre a una velocità di 100 kbps, le informazioni vengono trasmesse oltre i 1200 metri.
Il numero di dispositivi che l'interfaccia RS-485 può combinare dipenderà direttamente dai ricetrasmettitori utilizzati nel dispositivo. Ogni trasmettitore è progettato per controllare contemporaneamente 32 ricevitori standard, ma è necessario capire che esistono ricevitori la cui impedenza di ingresso è del 50%, 25% o anche inferiore allo standard e se viene utilizzata tale apparecchiatura, il numero totale di dispositivi aumenterà di conseguenza.
Il cavo RS-485 non standardizza alcun formato specifico di frame di informazioni o protocollo di scambio. Nella stragrande maggioranza dei casi, vengono utilizzati esattamente gli stessi frame utilizzati da RS-232, ovvero bit di dati, bit di arresto e di avvio, nonché un bit di parità, se necessario.
Il funzionamento dei protocolli di scambio nei sistemi più moderni avviene secondo il principio "master-slave", ovvero qualche dispositivo in rete è il master e prende l'iniziativa di scambiare richieste di invio tra tutti i dispositivi slave che differiscono tra loro per indirizzi logici. Il protocollo più popolare oggi è Modbus RTU.
Vale la pena notare che anche il cavo RS-485 non ha alcun tipo specifico di connettori o cablaggi, cioè potrebbero esserci connettori terminali, DB9 e altri.
Molto spesso, utilizzando questa interfaccia, esiste una rete locale che combina più ricetrasmettitori contemporaneamente.
Quando si effettua una connessione RS-485, è necessario combinare con competenza i circuiti di segnale tra loro, solitamente chiamati A e B. In questo caso, l'inversione di polarità non è così terribile, solo i dispositivi collegati non funzioneranno.
Quando si utilizza l'interfaccia RS-485, è necessario considerare diverse caratteristiche del suo funzionamento:
L'utilizzo di resistori terminali, standard o USB RS-485 fornisce la piena corrispondenza dell'estremità aperta del cavo con la linea successiva, eliminando completamente la possibilità di riflessione del segnale.
La resistenza nominale delle resistenze corrisponde all'impedenza caratteristica del cavo e per quei cavi che si basano su doppino intrecciato, nella maggior parte dei casi è di circa 100-120 ohm. Ad esempio, il cavo UTP-5, che è molto popolare oggi, che viene utilizzato attivamente nel processo di posa di Ethernet, ha un'impedenza caratteristica di 100 Ohm. Per altre opzioni di cavo, è possibile utilizzare un'altra classificazione.
I resistori, se necessario, possono essere saldati sui contatti dei connettori dei cavi già nei dispositivi finali. Raramente, i resistori sono installati nel dispositivo stesso, per cui è necessario installare i ponticelli per collegare il resistore. In questo caso, se il dispositivo è disconnesso, la linea è completamente disadattata. E per garantire il normale funzionamento del resto del sistema, è necessario collegare una spina corrispondente.
La porta RS-485 utilizza uno schema di trasmissione dati bilanciato, ovvero i livelli di tensione sui circuiti di segnale A e B cambieranno in antifase.
Il sensore dovrebbe fornire un livello di segnale di 1,5 V a pieno carico e non più di 6 V se il dispositivo è al minimo. Il livello di tensione viene misurato in modo differenziale, ciascun filo di segnale rispetto all'altro.
Dove si trova il ricevitore, il livello minimo del segnale ricevuto deve essere comunque di almeno 200 mV.
Nel caso in cui non ci sia segnale sui circuiti di segnale, si verifica un leggero offset, che protegge il ricevitore da falsi allarmi.
Gli esperti raccomandano un offset di poco più di 200 mV, poiché questo valore corrisponde alla zona di inaffidabilità del segnale di ingresso secondo lo standard. In questo caso il circuito A viene accostato al polo positivo della sorgente, mentre il circuito B viene accostato al comune.
In base alla polarizzazione e alla tensione richieste dell'alimentatore, viene eseguito il calcolo. Ad esempio, se si desidera ottenere un offset di 250 mV quando si utilizzano resistori terminali RT = 120 Ohm, dato che la sorgente ha una tensione di 12V Considerando che in questo caso due resistori sono collegati in parallelo tra loro senza tenere affatto conto del carico proveniente dal ricevitore, la corrente di polarizzazione è di 0,0042 A, mentre la resistenza totale del circuito di polarizzazione è di 2857 ohm. R cm in questo caso sarà di circa 1400 ohm, quindi è necessario scegliere un valore più vicino.
Ad esempio, utilizzeremo un resistore di polarizzazione da 1,5k e un resistore esterno da 12 volt. Inoltre, il nostro sistema ha un'uscita isolata dall'alimentatore del controller, che è il collegamento principale nel suo segmento del circuito.
Naturalmente, ci sono molte altre opzioni per l'implementazione del bias, in cui vengono utilizzati un convertitore RS-485 e altri elementi, ma in ogni caso, quando si posizionano circuiti di bias, è necessario tenere conto del fatto che il nodo che lo fornirà si spegnerà periodicamente o alla fine potrà essere completamente rimosso dalla rete.
Se è presente la polarizzazione, il potenziale completamente inattivo del circuito A è positivo rispetto al circuito B, che è una linea guida se un nuovo dispositivo verrà collegato a un cavo senza segni di filo.
L'implementazione delle raccomandazioni di cui sopra consente di ottenere la normale trasmissione di segnali elettrici a vari punti della rete, se come base viene utilizzato il protocollo RS-485. Se almeno alcuni dei requisiti non vengono soddisfatti, si verificheranno distorsioni del segnale. Le distorsioni più evidenti iniziano a manifestarsi quando il tasso di scambio dati supera 1 Mbit/s, ma di fatto, anche in caso di velocità inferiori, è fortemente sconsigliato ignorare queste raccomandazioni, anche se la rete sta “funzionando normalmente”.
Ci sono diversi punti importanti da tenere a mente quando si programmano varie applicazioni che funzionano con dispositivi che utilizzano uno splitter RS-485 e altri dispositivi con questa interfaccia. Elenchiamoli:
Questa interfaccia prevede la possibilità di combinare i dispositivi in formato "bus", quando tutti i dispositivi sono collegati tramite un'unica coppia di fili. In questo caso la linea di comunicazione deve essere abbinata alle resistenze di fine linea dei due capi.
Per garantire la corrispondenza, in questo caso sono installati resistori con una resistenza di 620 ohm. Vengono sempre installati sul primo e sull'ultimo dispositivo connesso alla linea. Nella maggior parte dei dispositivi moderni, è presente anche una resistenza di corrispondenza incorporata, che, se necessario, può essere inclusa nella linea installando un ponticello speciale sulla scheda del dispositivo.
Poiché i jumper sono inizialmente installati allo stato di consegna, è necessario prima rimuoverli da tutti i dispositivi, rispettivamente, ad eccezione del primo e dell'ultimo collegati alla linea. Nei convertitori ripetitori modello S2000-PI per ogni singola uscita, la resistenza di adattamento viene attivata tramite un interruttore, mentre i dispositivi S2000-KS e S2000-K sono caratterizzati da una resistenza di adattamento incorporata, per cui si ha nessun ponticello richiesto per collegarlo.
Per fornire una linea di comunicazione più lunga, si consiglia di utilizzare ripetitori-ripetitori dedicati, completamente equipaggiati commutazione automatica direzioni di trasmissione.
Eventuali prese nella linea RS-485 sono indesiderabili, perché in questo caso si ha una distorsione del segnale abbastanza forte, tuttavia, da un punto di vista pratico, possono essere tollerate se la lunghezza della presa è breve. In questo caso non è necessario installare resistenze di terminazione su rami separati.
In un sistema di distribuzione RS-485, controllato dalla console, se quest'ultima e i dispositivi sono collegati alla stessa linea, ma alimentati da fonti diverse, sarà necessario combinare i circuiti 0 V di tutti i dispositivi e la console al fine di garantire la loro potenziale perequazione. Se questo requisito non viene soddisfatto, il telecomando potrebbe avere una connessione instabile con i dispositivi. Se si utilizza un cavo con più doppini intrecciati, è possibile utilizzare una coppia completamente libera per il circuito di equalizzazione del potenziale, se necessario. Tra le altre cose, è anche possibile utilizzare un doppino schermato se la schermatura non è collegata a terra.
Nella stragrande maggioranza, la corrente che passa attraverso il cavo di equalizzazione del potenziale è piuttosto piccola, tuttavia, se 0 V di dispositivi o gli alimentatori stessi sono collegati a più bus di terra locali, la differenza di potenziale tra i diversi circuiti a 0 V può essere di diverse unità , e in alcuni casi anche decine di volt, mentre la corrente che scorre attraverso il circuito di equalizzazione del potenziale può essere piuttosto significativa. Questo è un motivo comune per cui esiste una connessione instabile tra il telecomando e i dispositivi, a causa della quale potrebbero persino non funzionare.
È per questo motivo che è necessario escludere la possibilità di mettere a terra il circuito 0 V, o, al massimo, mettere a terra questo circuito in un certo punto. È inoltre necessario considerare la possibilità di interconnessione tra 0 V e il circuito di terra di protezione, presente nell'apparecchiatura utilizzata nel sistema di allarme.
A oggetti, che sono caratterizzati da un ambiente elettromagnetico piuttosto severo, è possibile collegare questa rete tramite un cavo "doppino intrecciato schermato". In questo caso, potrebbe essere presente un intervallo più corto poiché la capacità del cavo è maggiore.
La comunicazione di rete è cablata con un cavo a doppino intrecciato di quinta categoria. I controllori sono interconnessi secondo la topologia del bus, ad es. sequenzialmente uno dopo l'altro.
Il corretto funzionamento della rete (soprattutto quando si utilizzano cavi lunghi) è possibile solo se esiste un'unica linea tra tutti i dispositivi ricetrasmettitori ("topologia bus").
Una linea può comprendere fino a 32 dispositivi (per un'unità di carico standard o più per - ¼ carico), posizionati a piacere su tutta la sua lunghezza. I dispositivi devono essere collegati alla linea con cavi molto corti (non più lunghi di 30 cm) per evitare la divisione a Y.
In pratica, tuttavia, questa lunghezza può essere aumentata fino a diversi metri. Nella maggior parte dei casi, problemi di configurazione complessi possono essere risolti utilizzando ripetitori di interfaccia.
Le linee di segnale devono essere distanti almeno 50 cm dai cavi di alimentazione, in particolare dai cavi di carico. Inoltre, non dovrebbero essere posati nella stessa treccia con questi cavi o cavi attraverso i quali scorrono grandi correnti, perché questo può portare a intrusioni ed errori.
L'intersezione delle linee di forza deve essere ad un angolo di 90 gradi. Sono vietati la giunzione di doppini intrecciati e l'uso di "twist". Per il cablaggio si consiglia di utilizzare cavi da due a quattro doppini intrecciati per:
Lo standard RS485 garantisce il funzionamento dei dispositivi su una linea lunga fino a 1,2 km. Questo valore è il massimo. In pratica, però, si consiglia di utilizzare linee non più lunghe di 500 m.. Nella realizzazione di impianti con linee lunghe è necessario prestare particolare attenzione nella scelta di un cavo che deve avere una sezione adeguata.
Il cavo utilizzato deve essere in grado di fornire almeno 0,2 V al terminatore da 120 Ohm all'estremità opposta quando l'uscita del trasmettitore è 2 V. Non è consigliabile utilizzare cavi inferiori a 22 AWG.
I personal computer sono ormai ampiamente utilizzati per il controllo remoto di oggetti o per monitorare i parametri dei sensori da un centro di controllo. Nell'industria, per questi scopi, viene utilizzata l'interfaccia RS485, che consente di collegare fino a 32 ricetrasmettitori tramite doppino intrecciato su una distanza di 1200 metri ad una velocità fino a 10 Mbit/s. Puoi leggere di più su questa interfaccia in Va tutto bene, ma i computer non sono dotati di tali interfacce. L'interfaccia RS232 e quella sui computer moderni si trovano abbastanza raramente. Ma la porta USB è disponibile su quasi tutti.
L'autore fornisce un diagramma pratico dell'adattatore virtuale porta USB a RS485. E anche RS485 in porta seriale USART, che si trova nel PIC18F8720 e in molti altri microcontrollori. Fig. 1. La bellezza di una porta USB virtuale è che Software sul computer si può scrivere come per la porta RS232. Ciò significa che è possibile controllare la porta utilizzando un controllo come MSComm. In questo articolo non viene considerato il programma di controllo del computer, quindi invieremo i dati dal computer utilizzando il terminale COMPump. Descrizione dettagliata il funzionamento con questo terminale è stato considerato nell'articolo Porta USB / RS-232 virtuale, l'installazione dei driver è stata considerata anche nell'articolo. Da un punto di vista software, non è diverso da USB/RS485, sebbene RS232 sia un ricetrasmettitore full duplex e RS485 sia half duplex.
Quindi il driver USB/RS485 differisce da USB/RS232 sostituendo il chip DD2 fig1 dell'articolo ADM213EARS con il chip D103 del tipo SN75176 fig1 di questo articolo. Questo microcircuito è un ricetrasmettitore RS485 half-duplex completo, il driver di uscita è progettato per + -60 mA di corrente. Il microcircuito ha un dispositivo di protezione contro il surriscaldamento integrato a livello di 150 g. C. Impedenza di ingresso minima 12kΩ, sensibilità di ingresso 200mV. e un'isteresi di ingresso di 50 mV. L'algoritmo di funzionamento del ricevitore e del trasmettitore è mostrato nelle Tabelle 1, 2. Il microcircuito driver virtuale D101 (FT232BM) consente di collegare il microcircuito SN75176 senza modificare l'interfaccia software e lavorare con la porta RS485 in modalità half-duplex. L'unica sfumatura che dovrebbe essere presa in considerazione quando si sviluppa un programma su un computer è che durante il trasferimento di un byte sull'interfaccia, si riceverà il byte trasmesso nel ricevitore, il cosiddetto eco. L'interfaccia RS485 è progettata per collegare ricetrasmettitori utilizzando un cavo a doppino intrecciato a una distanza fino a 1200 metri, tuttavia, in condizioni di forte interferenza, il filo deve essere posizionato nella schermatura.
Tabella 1. trasmettitore
| D | DE | UN | B |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
Tavolo 2. ricevitore
| A-B | Inv.RE | R |
| Vid> = 0.2v | 0 | 1 |
-0.2v | 0
|
?
|
|
| video<=-0,2в | 0 | 0 |
| X | 1 | Z |
| Aprire | 0 | ? |
FIG. 1
Al posto del dispositivo di controllo, è necessario installare anche il microcircuito ricetrasmettitore D3 (SN75176). Poiché scriviamo noi stessi il driver per il microcontrollore, passiamo dalla ricezione alla trasmissione utilizzando la gamba 39 della porta PORTJ4. Nello schema di Fig. 1, il microcircuito D2 funge da convertitore analogico-digitale a 10 bit. Il programma in formato HEX è mostrato nella Tabella 3.
L'algoritmo del suo lavoro è il seguente. Programma ogni 21 μs. legge i dati dall'ingresso ADC e scrive nel buffer interno composto da 79 byte. Dopo circa 1,7 ms. Il buffer si riempie completamente e il processo si ripete. In questo caso, per leggere questo buffer dal computer, è necessario inviare l'indirizzo di questo dispositivo. Nel nostro caso, questo è 0x0A. Dopo aver ricevuto l'indirizzo, il microcontrollore trasferirà 79 byte al computer. L'indirizzamento è necessario se più di un oggetto di controllo sarà collegato alla linea RS485.
L'intero dispositivo è stato realizzato su una breadboard, ad eccezione del microcontrollore. Per questo, è necessario creare un circuito stampato in modo da poter saldare i cavi ad esso. Poiché questo microcontrollore ha un pacchetto TQFP80 da 12x12 mm e dispone di 80 pin. Il circuito stampato mostrato in Fig. 2 è realizzato in fibra di vetro unilaterale con uno spessore di 0,5 mm e dimensioni di 35x35 mm. È desiderabile saldare questo microcircuito con una stazione di saldatura ad aria.
Lo standard RS-485 è stato adottato per la prima volta dalla Electronics Industry Association. Oggi passa in rassegna le caratteristiche elettriche di vari ricevitori e trasmettitori utilizzati nei sistemi digitali bilanciati.
Qual è questo standard?
RS-485 è il nome di una nota interfaccia che viene utilizzata attivamente in tutti i tipi di sistemi di controllo industriale allo scopo di collegare tra loro determinati controller e molti altri dispositivi. La principale differenza tra questa interfaccia e RS-232 è che comporta la combinazione di diversi tipi di apparecchiature contemporaneamente. Quando si utilizza RS-485, lo scambio dati ad alta velocità tra più dispositivi è garantito utilizzando un'unica linea di comunicazione a due fili in modalità half-duplex. È coinvolto nell'industria moderna nella creazione di sistemi di controllo di processo.
Gamma e velocità
Con l'aiuto dello standard presentato, è possibile ottenere la trasmissione di informazioni a una velocità fino a 10 Mbit / s. Va notato che in questo caso, la portata massima possibile dipende direttamente dalla velocità di trasmissione dei dati. Va notato che per garantire la massima velocità, le informazioni possono essere trasmesse non oltre i 120 metri. Allo stesso tempo, a una velocità di 100 kbps, i dati vengono trasmessi a oltre 1200 metri.
Il numero di dispositivi combinati
Il numero di dispositivi che l'interfaccia RS-485 può combinare in sé dipende direttamente da quali ricetrasmettitori sono coinvolti in essi. Ogni trasmettitore consente il controllo specifico di 32 ricevitori standard. È vero, dovresti essere consapevole che ci sono ricevitori con un'impedenza di ingresso che differisce dallo standard del 50%, 25% o meno. Se si utilizza questa apparecchiatura, il numero totale di dispositivi aumenta di conseguenza.
Connettori e protocolli
Il cavo RS-485 non è in grado di standardizzare alcun particolare formato di frame di dati o protocollo di comunicazione. Di norma, per la trasmissione vengono utilizzati gli stessi frame utilizzati da RS-232. In altre parole, i bit di dati, i bit di arresto e di avvio e il bit di parità, se necessario. Per quanto riguarda il funzionamento dei protocolli di scambio, nei sistemi più moderni viene eseguito secondo il principio "master-slave". Ciò significa che un determinato dispositivo della rete funge da master e avvia lo scambio di richieste di invio tra dispositivi slave, che differiscono tra loro per indirizzi logici. Il protocollo più famoso attualmente è Modbus RTU. Va notato che il cavo RS-485 non ha un tipo specifico di connettore o cablaggio. In altre parole, ci sono connettori terminali, DB9 e altri.
Connessione
Spesso, utilizzando l'interfaccia presentata, si incontra una rete locale, che combina contemporaneamente diversi tipi di ricetrasmettitori. Quando si effettua una connessione RS-485, è necessario interconnettere correttamente i circuiti di segnale. Di norma, sono chiamati A e B. Pertanto, l'inversione di polarità non è un grosso problema, solo i dispositivi collegati smettono di funzionare.
Quando si utilizza l'interfaccia RS-485, è necessario tenere conto di alcune caratteristiche del suo funzionamento. Pertanto, le raccomandazioni sono le seguenti:
1. Il mezzo ottimale per la trasmissione del segnale è un cavo a doppino intrecciato.
2. Le estremità del cavo devono essere terminate utilizzando resistori terminali specializzati.
3. La rete, dove si utilizza standard o USB RS-485, deve essere posata senza rami secondo la topologia del bus.
4. I dispositivi devono essere collegati al cavo utilizzando la lunghezza del cavo più corta possibile.
Accordo
Con l'ausilio di resistenze terminali, RS-485 standard o USB garantisce la completa corrispondenza dell'estremità aperta del cavo con la linea successiva. Ciò elimina completamente la possibilità di riflessione del segnale. L'impedenza nominale dei resistori associata all'impedenza caratteristica del cavo a doppino intrecciato e dei fili è tipicamente di circa 100-120 ohm. Ad esempio, il cavo UTP-5 attualmente noto, che viene spesso utilizzato nel processo di posa di Ethernet, ha un'impedenza caratteristica di 100 ohm.
Per altre opzioni di cavo, possono essere applicate altre classificazioni. I resistori possono essere saldati ai pin dei connettori dei cavi nei dispositivi terminali, se necessario. Non capita spesso che i resistori siano installati nell'apparecchiatura stessa, per cui è necessario installare i ponticelli per collegare il resistore. In questo caso, quando il dispositivo è connesso, la linea non corrisponde. Per garantire il normale funzionamento del resto del sistema, sarà necessario collegare una spina di terminazione.
Livelli di segnale
La porta RS-485 adotta uno schema di comunicazione bilanciato. In altre parole, i livelli di tensione sui circuiti di segnale A e B cambiano in antifase. Il sensore fornisce un livello di segnale di 1,5 V, tenendo conto del limite di carico. Inoltre, quando il dispositivo è inattivo, viene fornito un massimo di 6 V. Il livello di tensione viene misurato in modo differenziale. Nella posizione del ricevitore, il livello minimo del segnale ricevuto deve essere di almeno 200 mV.
Pregiudizio
Quando non c'è segnale sui circuiti di segnale, viene applicato un piccolo offset. Fornisce protezione al ricevitore in caso di falso allarme. Gli esperti consigliano di eseguire un offset di poco superiore a 200 mV, poiché questo valore è considerato corrispondente alla zona non valida del segnale di ingresso secondo lo standard. In tale situazione, il circuito A si avvicina al polo positivo della sorgente e il circuito B viene accostato a quello comune.
Esempio
I valori del resistore sono calcolati in base alla polarizzazione richiesta e alla tensione di alimentazione. Ad esempio, se si desidera ottenere un offset di 250 mV con resistori terminali, RT = 120 ohm. Vale la pena notare che la sorgente ha una tensione di 12 V. Tenendo conto del fatto che in questo caso due resistori sono collegati in parallelo tra loro e non tengono affatto conto del carico del ricevitore, la corrente di polarizzazione raggiunge 0,0042. Allo stesso tempo, la resistenza di polarizzazione totale è di 2857 ohm. In questo caso Rcm sarà di circa 1400 Ohm. Pertanto, dovrai selezionare la denominazione più vicina. Un esempio potrebbe essere un resistore da 1,5 kΩ. È necessario per l'offset. Inoltre, viene utilizzata una resistenza esterna da 12 volt.
Va inoltre notato che il sistema ha un'uscita isolata dall'alimentatore del controller, che è il collegamento principale nel proprio segmento di circuito. È vero, ci sono altre opzioni per eseguire il bias, in cui sono coinvolti il convertitore RS-485 e altri elementi, ma dovresti comunque tenere in considerazione che il nodo che fornisce il bias sarà a volte disabilitato o alla fine completamente rimosso dalla rete. Quando esiste la polarizzazione, il potenziale completamente inattivo del circuito A è considerato positivo rispetto al circuito B. Questo funge da guida quando si collegano nuove apparecchiature al cavo senza utilizzare marcatori di filo.
Cablaggio errato e distorsione
L'attuazione delle raccomandazioni sopra indicate consente di ottenere una corretta trasmissione dei segnali elettrici ai diversi punti della rete, quando si utilizza come base il protocollo RS-485. Se almeno uno dei requisiti non è soddisfatto, si verifica una distorsione del segnale. Le distorsioni più evidenti si verificano quando il tasso di scambio dati è superiore a 1 Mbps. È vero, anche a velocità inferiori, non è consigliabile trascurare questi suggerimenti. Questa regola si applica anche durante il normale funzionamento della rete.
Come programmare?
Quando si programmano varie applicazioni che funzionano con dispositivi utilizzati da uno splitter RS-485 e altri dispositivi con l'interfaccia presentata, è necessario prendere in considerazione diversi punti importanti.
Prima che inizi la consegna del pacco, è indispensabile attivare il trasmettitore. Vale la pena notare che, secondo alcune fonti, l'emissione può essere effettuata immediatamente dopo l'attivazione. Nonostante ciò, alcuni esperti consigliano prima di mettere in pausa, pari nel tempo alla velocità di trasmissione di un frame. In questo caso, il corretto programma di ricezione può identificare pienamente gli errori del processo transitorio, che è in grado di eseguire la procedura di normalizzazione e prepararsi alla successiva ricezione dei dati.
Quando è stato emesso l'ultimo byte di dati, è necessario anche mettere in pausa prima di scollegare il dispositivo RS-485. Ciò è in un certo senso dovuto al fatto che spesso ci sono due registri contemporaneamente nel controller della porta seriale. Il primo è un ingresso parallelo, è progettato per ricevere informazioni. Il secondo è considerato un'uscita di spostamento, viene utilizzato ai fini dell'uscita seriale.
Quando il controllore trasferisce i dati, vengono generati eventuali interrupt quando il registro di ingresso è vuoto. Ciò si verifica quando l'informazione è già stata fornita al registro a scorrimento, ma non è stata ancora emessa. Questo è anche il motivo per cui dopo la fine della trasmissione è necessario mantenere una certa pausa prima di spegnere il trasmettitore. Dovrebbe essere circa 0,5 bit più lungo del frame nel tempo. Quando si eseguono calcoli più accurati, si consiglia di studiare più in dettaglio la documentazione tecnica del controller della porta seriale utilizzato.
È possibile che il trasmettitore, il ricevitore e il convertitore RS-485 siano collegati a una linea comune. Così, anche il proprio ricevitore inizierà a percepire la trasmissione effettuata dal proprio trasmettitore. Capita spesso che in impianti caratterizzati da accessi casuali alla linea, questa caratteristica venga utilizzata per verificare che non vi sia collisione tra due trasmettitori.
Configurazione formato bus
L'interfaccia presentata ha la capacità di combinare i dispositivi nel formato "bus", quando tutte le apparecchiature sono collegate utilizzando una coppia di fili. Ciò prevede che la linea di comunicazione debba essere abbinata ai resistori di fine linea delle due estremità. Per garantire ciò, è necessario installare resistori caratterizzati da una resistenza di 620 ohm. Sono sempre montati sul primo e sull'ultimo dispositivo collegato alla linea.
Di norma, i dispositivi moderni hanno un resistore di adattamento integrato. In caso di necessità, può essere collegato alla linea installando un apposito ponticello sulla scheda del dispositivo. Vale la pena notare che lo stato di consegna dei ponticelli viene prima installato, quindi è necessario rimuoverli da tutti i dispositivi tranne il primo e l'ultimo. Va inoltre notato che nei convertitori ripetitore modello S2000-PI per un'uscita separata, la resistenza di adattamento viene attivata tramite un interruttore. Per quanto riguarda i dispositivi S2000-KS e S2000-K, caratterizzati da una resistenza di adattamento incorporata, non è necessario alcun ponticello per collegarlo. Per fornire una lunga linea di comunicazione, è consigliabile utilizzare ripetitori-ripetitori specializzati, che sono pre-equipaggiati con interruttori di direzione di trasmissione completamente automatici.
Configurazione a stella
Tutti i tap sulla linea RS-485 sono considerati indesiderati, in quanto ciò comporterebbe un'eccessiva distorsione del segnale. Sebbene, dal punto di vista pratico, sia possibile ammetterlo quando c'è una piccola lunghezza del ramo. In questo caso non è necessario installare resistori di terminazione su rami separati.
In un sistema RS-485, dove il controllo è fornito tramite telecomando, quando resistenze e dispositivi sono collegati alla stessa linea, ma alimentati da fonti diverse, è necessario combinare i circuiti 0 V di tutti i dispositivi e la console in al fine di raggiungere la loro potenziale equalizzazione. Quando questo requisito non è soddisfatto, il telecomando è in grado di comunicare in modo intermittente con i dispositivi. Quando si utilizzano cavi con più doppini intrecciati, se necessario è possibile utilizzare una coppia completamente libera per il circuito di equalizzazione del potenziale. Inoltre, è possibile utilizzare il doppino schermato se la schermatura non è collegata a terra.
Cosa dovrebbe essere considerato?
Nella maggior parte dei casi, la corrente che scorre attraverso il cavo equipotenziale è considerata piuttosto piccola. Se i dispositivi a 0 V o gli stessi alimentatori sono collegati a più bus di terra locali, la differenza di potenziale tra i diversi circuiti a 0 V può raggiungere diverse unità. A volte questo valore è intorno alle decine di volt e la corrente che scorre attraverso il circuito di equalizzazione del potenziale è piuttosto significativa. Questo è spesso il motivo per cui c'è una connessione instabile tra il telecomando e i dispositivi. Di conseguenza, sono persino in grado di fallire.
Pertanto, è necessario escludere la possibilità di mettere a terra il circuito 0 V o mettere a terra questo circuito in un punto specifico. Inoltre, va considerata la possibilità di un'interconnessione tra 0 V e il circuito di protezione di terra, presente nelle apparecchiature utilizzate nel sistema di allarme. Va notato che nei siti in cui è caratteristico un ambiente elettromagnetico relativamente severo, è possibile connettersi a questa rete utilizzando un cavo "doppino intrecciato schermato". Resta da sottolineare che in questa situazione potrebbe esserci un intervallo di limitazione più breve, poiché la capacità del filo è considerata maggiore.
