RS-485 (rekomenduojamas standartas 485 arba EIA / TIA -485-A) yra rekomenduojamas standartas duomenims perduoti dviejų laidų, pusiau dvipusio, kelių lašų nuosekliojo subalansuoto ryšio kanalu. Kartu sukūrė Elektronikos pramonės aljansas (EIA) ir Telekomunikacijų pramonės asociacija (TIA). Standartas aprašo tik fizinius signalizacijos sluoksnius (t. y. tik 1-ąjį OSI atvirų sistemų sujungimo modelio lygmenį). Standartas neaprašo mainų programavimo modelio ir mainų protokolų. RS-485 buvo sukurtas siekiant išplėsti fizines RS232 sąsajos galimybes perduoti dvejetainius duomenis.
Vardas: Rekomenduojamas standartas 485
Subalansuotose daugiataškėse sistemose naudojamų generatorių ir imtuvų elektrinės charakteristikos
Subalansuotose daugiataškėse sistemose naudojamų generatorių ir imtuvų elektrinės charakteristikos.
Programuotojas: Elektronikos pramonės asociacija (EIA)... Pramonės elektronikos asociacija.
Standartiniai leidimai:
RS-485A (rekomenduojamas standartinis 485 leidimas: A) pagaminimo metai 1983m.
PAV 485-A pagaminimo metai 1986m.
TIA / PAV 485-A pagaminimo metai 1998m.
TIA / PAV 485-A leidimo metai 2003.
ISO / IEC 8482 (1993 m. aktyvus)
Leidėjas: ISO, IEC
Vardas: Informacinės technologijos – Telekomunikacijos ir informacijos mainai tarp sistemų – Vytos poros kelių taškų jungtys.
Seni leidimai:
ISO 8284 (1987 m. neaktyvus)
ITU-T v.11 (1996 m. aktyvus)
Leidėjas: TARPTAUTINĖ TELEKOMUNIKACIJOS SĄJUNGA
Vardas: Subalansuotų dvigubos srovės mainų grandinių, veikiančių iki 10 Mbit/s duomenų perdavimo sparta, elektros charakteristikos.
Seni leidimai:
ITU-T v.11 (1993 m. neaktyvus)
CCITT v.11 (1988 m. neaktyvus)
ANSI / TIA -485-A (1998 m. aktyvus)
Leidėjas: Amerikos nacionalinis standartų institutas, ANSI
Vardas: Subalansuotose skaitmeninėse daugiataškėse sistemose naudojamų generatorių ir imtuvų elektrinės charakteristikos.
Dviejų krypčių pusiau dvipusis duomenų perdavimas. Serijinis duomenų srautas vienu metu perduodamas tik viena kryptimi, duomenims perduoti kita kryptimi reikia perjungti siųstuvą-imtuvą. Siųstuvai-imtuvai paprastai vadinami „tvarkytojais“, tai yra įrenginys arba elektros grandinė, kuri generuoja fizinį signalą siųstuvo šone.
Simetrinis komunikacijos kanalas. Duomenims priimti / perduoti naudojami du lygiaverčiai signalo laidai. Laidai žymimi lotyniškomis raidėmis "A" ir "B". Šie du laidai yra nuoseklūs duomenų mainai abiem kryptimis (pakaitomis). Naudojant vytos poros subalansuotas kanalas žymiai padidina signalo atsparumą bendrojo režimo trukdžiams ir gerai slopina naudingo signalo generuojamą elektromagnetinę spinduliuotę.
Diferencialinis (subalansuotas duomenų perdavimo būdas). Taikant šį duomenų perdavimo būdą siųstuvo-imtuvo išėjime, kinta potencialų skirtumas, perduodant "1", potencialų skirtumas tarp AB yra teigiamas perduodant "0", potencialų skirtumas tarp AB yra neigiamas. Tai yra, srovė tarp kontaktų A ir B, perduodant „0“ ir „1“, teka (balansuoja) priešingomis kryptimis.
Daugiataškis. Leidžia kelis imtuvus ir siųstuvus-imtuvus prijungti prie vienos ryšio linijos. Tokiu atveju prie linijos vienu metu leidžiama prijungti tik vieną siųstuvą ir daug imtuvų, likusieji siųstuvai turi laukti, kol ryšio linija bus paleista duomenims perduoti.
Mažos varžos siųstuvo išėjimas. Siųstuvo buferinis stiprintuvas turi mažos varžos išėjimą, kuris leidžia perduoti signalą daugeliui imtuvų. Standartinė siųstuvo apkrova yra 32 imtuvai vienam siųstuvui. Be to, srovės signalas naudojamas „suktos poros“ veikimui (kuo didesnė „suktos poros“ veikimo srovė, tuo ji labiau slopina bendrojo režimo triukšmą ryšio linijoje).
Mirties zona. Jeigu skirtumo signalo lygis tarp AB kontaktų neviršija ± 200mV, tai laikoma, kad linijoje signalo nėra. Tai padidina duomenų perdavimo atsparumą triukšmui.
Leidžiamas siųstuvų-imtuvų (tvarkyklių) skaičius 32
Maksimalus ryšio linijos ilgis 1200 m (4000 pėdų)
Maksimalus perdavimo greitis 10 Mbps
Minimalus vairuotojo išėjimas ± 1,5 V
Maksimalus tvarkyklės išėjimo signalas ± 5V
Maksimali vairuotojo trumpojo jungimo srovė 250 mA
Tvarkyklės išėjimo varža 54 Ohm
Tvarkyklės įėjimo varža 12 kOhm
Leidžiama bendra įėjimo varža 375 omų
Signalo nejautrumo diapazonas ± 200 mV
Logika vieno lygio (Uab)> +200 mV
Loginis nulinis lygis (Uab) ← 200 mV
Kai kurių imtuvų įvesties varža gali būti didesnė nei 12 kΩ (viena apkrova). Pavyzdžiui, 48 kOhm (1/4 vienetinės apkrovos) arba 96 kOhm (1/8), o tai leidžia padidinti imtuvų skaičių iki 128 arba 256. Esant skirtingoms imtuvų įėjimo varžoms, būtina, kad bendra įvesties varža yra ne mažesnė kaip 375 omai.
Kadangi standartas RS-485 aprašo tik fizinį duomenų mainų procedūros lygį, tai visos apsikeitimo, sinchronizavimo ir patvirtinimo problemos priskiriamos aukštesniam apsikeitimo protokolui. Kaip jau minėjome, dažniausiai tai yra RS-232 standartas arba kiti viršutiniai protokolai (ModBus, DCON ir kt.).
Pats RS-485 atlieka tik šiuos veiksmus:
Konvertuoja įvesties seką "1" ir "0" į diferencinį signalą.
Perduoda diferencialinį signalą į subalansuotą ryšio liniją.
Prijungia arba atjungia vairuotojo siųstuvą naudodamas aukštesnį protokolo signalą.
Priima diferencinį signalą iš ryšio linijos.
Jei osciloskopą prijungsite prie AB kontaktų (RS-485) ir GND-TDx kontaktų (RS-232), tuomet ryšio linijose perduodamų signalų formos skirtumo nepamatysi. Tiesą sakant, RS-485 signalo forma visiškai pakartoja RS-232 signalo formą, išskyrus inversiją (RS-232 loginis blokas perduodamas esant -12 V įtampai, o RS-485 - +5 V). .
1 pav. Signalų RS-232 ir RS-485 forma perduodant du simbolius „0“ ir „0“.
Kaip matyti iš 1 pav., yra paprastas signalo lygių konvertavimas į įtampą.
Nors aukščiau minėtų standartų bangos forma yra vienoda, skiriasi jų formavimo būdas ir signalo galia.
2 pav. RS-485 ir RS-232 signalų formavimas
Signalų lygių konvertavimas ir naujas jų formavimo būdas leido išspręsti daugybę problemų, į kurias vienu metu nebuvo atsižvelgta kuriant RS-232 standartą.
RS-485 fizinio signalo pranašumai, palyginti su RS-232 signalu
Naudojamas vienpolis + 5V maitinimo šaltinis, naudojamas daugumai elektroninių prietaisų ir mikroschemų maitinimui. Tai supaprastina dizainą ir palengvina įrenginių suderinimą.
RS-485 siųstuvo signalo stiprumas yra 10 kartų didesnis už RS-232 siųstuvo signalo stiprumą. Tai leidžia prie vieno RS-485 siųstuvo prijungti iki 32 imtuvų ir taip transliuoti duomenis.
Subalansuotų signalų naudojimas, kuris galvaniškai izoliuotas nuo maitinimo tinklo potencialo. Dėl to nulinio maitinimo laido trikdžiai neįtraukiami (kaip RS-232). Atsižvelgiant į siųstuvo gebėjimą veikti esant mažos varžos apkrovai, atsiranda galimybė panaudoti bendro režimo triukšmo atmetimo efektą, naudojant "vytos poros" savybes. Tai žymiai padidina ryšio diapazoną. Be to, atsiranda galimybė „karštai“ prijungti įrenginį prie ryšio linijos (nors to nenumato standartas RS-485). Atminkite, kad naudojant RS-232 karštas įrenginio prijungimas dažniausiai sukelia kompiuterio COM prievado gedimą.
Kiekvienas siųstuvas-imtuvas (tvarkyklė) RS-485 gali būti vienoje iš dviejų būsenų: duomenų perdavimo arba duomenų priėmimo. RS-485 tvarkyklė perjungiama naudojant specialų signalą. Pavyzdžiui, 3 pav. parodytas keitimasis duomenimis naudojant Aries AC3 keitiklį. Keitiklio režimą perjungia RTS signalas. Jei RTS = 1 (tiesa), AC3 perduoda duomenis, gaunamus iš COM prievado, į RS-485 tinklą. Šiuo atveju visos kitos tvarkyklės turi būti priėmimo režimu (RTS = 0). Iš esmės RS-485 yra dviejų krypčių buferinis multipleksinis stiprintuvas, skirtas RS-232 signalams.
3 pav. Aries AC3 keitiklio naudojimo pavyzdys.
Situacija, kai siųstuvo režimu vienu metu dirbs daugiau nei viena RS-485 tvarkyklė, lemia duomenų praradimą. Ši situacija vadinama „susidurimu“. Norint išvengti susidūrimų duomenų mainų kanaluose, būtina naudoti aukštesnius protokolus (OSI). Tokios kaip MODBUS, DCON, DH485 ir kt. Arba programos, kurios tiesiogiai dirba su RS-232 ir sprendžia susidūrimo problemas. Šie protokolai paprastai vadinami 485 protokolais. Nors iš tikrųjų visų šių protokolų aparatinė bazė, žinoma, yra RS-232. Tai užtikrina viso informacijos srauto apdorojimą aparatine įranga. Duomenų srauto programinį apdorojimą ir susidūrimų problemų sprendimą sprendžia aukštesnio lygio protokolai (Modbus ir kt.) bei programinė įranga.
Greitai pažvelkime į šiuos protokolus, nors jie ir nesusiję su RS-485 standartu. Paprastai viršutinio sluoksnio protokolas apima paketų, kadrų arba kadrų mainus. Tai yra, informacija perduodama logiškai išbaigtomis dalimis. Kiekvienas kadras būtinai pažymimas, t.y. jo pradžia ir pabaiga žymimos specialiais simboliais. Kiekviename kadre yra įrenginio adresas, komanda, duomenys, kontrolinė suma, reikalingos daugiataškių mainų organizavimui. Norint išvengti susidūrimų, dažniausiai naudojama schema „šeimininkas“ – „vergas“. „Meistras“ turi teisę savarankiškai perjungti savo RS-485 tvarkyklę į perdavimo režimą, likusios RS-485 tvarkyklės dirba priėmimo režimu ir yra vadinamos „vergais“. Tam, kad „vergas“ pradėtų perduoti duomenis į ryšio liniją, „šeimininkas“ siunčia jam specialią komandą, kuri suteikia įrenginiui su nurodytu adresu teisę tam tikram laikui perjungti savo vairuotoją į perdavimo režimą.
Perdavęs įjungimo komandą „vergui“, „šeimininkas“ išjungia savo siųstuvą ir laukia atsakymo iš „vergo“ tam tikrą laikotarpį, vadinamą „laikainiu“. Jei per skirtąjį laiką atsakymas iš „vergo“ negaunamas, „šeimininkas“ vėl užfiksuoja ryšio liniją. „Host“ dažniausiai yra kompiuteryje įdiegta programa. Taip pat yra sudėtingesnis paketų protokolų organizavimas, kuris leidžia cikliškai perkelti „šeimininko“ vaidmenį iš įrenginio į įrenginį. Paprastai tokie įrenginiai vadinami „vadovais“ arba sakoma, kad įrenginiai perduoda „žymeklį“. „Žymeklio“ turėjimas padaro įrenginį „šeimininku“, tačiau jis turės jį perkelti į kitą tinklo įrenginį pagal tam tikrą algoritmą. Iš esmės aukščiau pateikti protokolai skiriasi šiais algoritmais.
Kaip matome, viršutiniai protokolai turi paketinę organizaciją ir yra vykdomi programos lygmeniu, leidžia išspręsti problemą su duomenų „kolizijomis“ ir daugiataškiu duomenų mainų organizavimu.
Daugelis kompanijų gamina RS485 siųstuvus-imtuvus. Paprastai jie vadinami RS232 - RS485 keitikliais arba RS232-RS485 keitikliais. Šiems įrenginiams įgyvendinti gaminamos specialios mikroschemos. Šių mikroschemų vaidmuo yra konvertuoti RS232C signalo lygius į RS485 signalo lygį (TTL / CMOS) ir atvirkščiai, taip pat užtikrinti pusiau dvipusį veikimą.
Pagal perjungimo į perdavimo režimą metodą išskiriami įrenginiai:
Perjungiamas atskiru signalu. Norėdami pereiti į perdavimo režimą, turite nustatyti aktyvų signalą atskiroje įėjime. Paprastai tai yra RST signalas (COM prievadas). Šie siųstuvai-imtuvai dabar yra reti. Tačiau, nepaisant to, jie kartais nepakeičiami. Tarkime, reikia klausytis, kaip keičiasi duomenimis tarp pramoninės įrangos valdiklių. Tuo pačiu metu jūsų siųstuvas-imtuvas neturėtų pereiti į perdavimo režimą, kad nesukeltumėte susidūrimo šiame tinkle. Naudojant siųstuvą-imtuvą su automatinis perjungimasčia neleidžiama. Tokio keitiklio Aries AC3 pavyzdys.
Su automatiniu perjungimu ir netikrinus linijos būsenos. Labiausiai paplitę keitikliai, kurie persijungia automatiškai, kai jų įėjime pasirodo informacinis signalas. Tuo pačiu metu jie nekontroliuoja ryšio linijos užimtumo. Šiuos keitiklius reikia naudoti atsargiai dėl didelės susidūrimų tikimybės. Aries AC3M keitiklio pavyzdys.
Su automatiniu perjungimu ir linijos būsenos patikrinimu. Pažangiausi keitikliai, galintys perduoti duomenis į tinklą tik tuo atveju, jei tinklas nėra užimtas kitų siųstuvų-imtuvų ir įėjime yra informacinis signalas.
4 pav. AC3 Avino schema.
4 paveiksle parodyta AC3 Aries keitiklio schema. Šis keitiklis turi atskirą signalą, leidžiantį įjungti duomenų perdavimo režimą. RST prievado COM išvesties signalas naudojamas kaip valdymo signalas. Jei RST = 1 (+ 12V), keitiklis perduoda duomenis iš TD (COM prievado) į RS485 tinklą, jei RST = 0 (-12 V), tada duomenys gaunami iš RS-485 tinklo į RD (COM prievadas) įvestis. Keitiklis veikia 220 voltų kintamosios srovės pramoniniame tinkle. Konverterio maitinimo šaltinis pagamintas pagal impulsinę grandinę, kurios pagrindas yra TOP232N (DA1) mikroschema. Maitinimo šaltinis suteikia dvi nepriklausomas įtampas + 5 V. Norint priimti ir konvertuoti polinius signalus RS232 (± 12 V) į vienpolius signalus TTL / CMOS lygiu (+5 V), naudojama MAX232N mikroschema (DD1). Ši mikroschema įdomi tuo, kad maitinama iš vienpolio +5 V įtampos ir turi įmontuotus įtampos šaltinius, reikalingus darbui su ± 12 V poliariniais signalais. Kad įtaisytieji įtampos šaltiniai veiktų teisingai, išoriniai kondensatoriai C14, C15, C17, C18 yra prijungti prie MAX232N mikroschemos. ... Be to, mikroschema turi du signalo lygių RS-232C keitiklius į TTL / CMOS abiem kryptimis.
Signalo priskyrimas:
RST - perjungti keitiklį į perdavimo / priėmimo režimą
TD – duomenų perdavimas iš RS232 į RS485
RD - duomenų priėmimas RS232 iš RS485
Be to, RS232 signalai, konvertuoti į TTL / CMOS lygį, tiekiami į 6N137 optines jungtis, kurios užtikrina RS232 ir RS485 signalų galvaninę izoliaciją. Duomenims perduoti / priimti RS485 sąsajos pusėje naudojama DS75176 mikroschema (daugiataškis RS485 siųstuvas-imtuvas). Ši mikroschema maitinama iš atskiro šaltinio, kurio įtampa yra +5 V. Mikroschema yra TTL / COMOS lygio signalo stiprintuvas su perdavimo krypties perjungimu. DS75176 išėjimai yra prijungti prie A ir B kaiščių per 100 omų rezistorius, kurie užtikrina 250 mA trumpojo jungimo srovę A-B. RS485 signalo stiprumas yra maždaug 10 kartų didesnis už RS232 signalų stiprumą. Ši mikroschema sustiprina signalą iki reikiamos galios ir užtikrina pusiau dvipusį veikimą.
RS-485 tinklas yra pastatytas pagal nuosekliosios magistralės (bus) schemą, t.y. tinklo įrenginiai jungiami nuosekliai simetriniais kabeliais. Šiuo atveju ryšio linijų galai turi būti apkrauti baigiamaisiais rezistoriais – „terminatoriais“, kurių reikšmė turi būti lygi ryšio kabelio charakteringajai varžai.
Terminatoriai atlieka šias funkcijas:
Sumažina signalo atspindėjimą nuo ryšio linijos galo.
Suteikia pakankamai srovės per visą ryšio liniją, kad būtų išvengta bendro režimo triukšmo naudojant vytos poros laidą.
Jei tinklo segmento atstumas yra didesnis nei 1200 m arba tvarkyklių skaičius segmente yra didesnis nei 32 vienetai, norint sukurti kitą tinklo segmentą, reikia naudoti kartotuvą. Be to, kiekvienas tinklo segmentas turi būti prijungtas prie terminalų. Šiuo atveju tinklo segmentas laikomas kabeliu tarp galinio įrenginio ir kartotuvo arba tarp dviejų kartotuvų.
RS-485 standartas nenurodo, kokio tipo subalansuotą kabelį naudoti, tačiau de facto jie naudoja vytos poros kabelį, kurio būdinga varža yra 120 omų.
6 pav. Belden 3106A pramoninis kabelis, skirtas RS485 tinklams
RS485 tinklams rekomenduojama naudoti pramoninį kabelį Belden3106A. Šio kabelio būdingoji varža yra 120 omų ir yra dvigubai ekranuotas vytos poros kabelis. Belden3106A kabelį sudaro 4 laidai. Oranžinės ir baltos spalvos laidai yra simetriški ekranuoti vytos poros kabeliai. Mėlynas kabelio laidas naudojamas įrenginių maitinimo šaltinių nuliniam potencialui prijungti tinkle ir vadinamas „bendruoju“ (bendruoju). Plikas laidas naudojamas kabelio apvalkalui įžeminti ir vadinamas drenu. Tinklo segmente nutekėjimo laidas įžeminamas per varžą, esančią įrenginio korpuse, viename segmento gale, kad per kabelio apvalkalą netekėtų klaidžiojančios srovės, esant skirtingam įžeminimo potencialui atokiuose taškuose.
Paprastai galinės ir apsauginės įžeminimo varžos yra įrenginio viduje. Būtina juos teisingai prijungti naudojant trumpiklius ar jungiklius. Šių jungčių aprašymą reikia rasti įrenginio gamintojo techninėje dokumentacijoje.
7 pav. 1747-AIC laidų schema (Allen Bradley)
7 paveiksle parodytos kabelių jungtys su tarpiniais įrenginiais tinklo segmente. Pirmajam prietaisui DH-485 tinklo segmente nustatykite trumpiklį 5-6 (jis jungia 120 omų galiuką, esantį 1747-AIC viduje) ir trumpiklį 1-2 (sujungia išleidimo laidą su prietaiso važiuokle per vidinis pasipriešinimas). Paskutiniam tinklo segmento įrenginiui reikia įdiegti tik 5-6 trumpiklį (prijunkite terminalą)
Naudojant kitus subalansuotus kabelius, ypač kai jų charakteristinė varža nežinoma, gnybtų dydis parenkamas empiriškai. Norėdami tai padaryti, tinklo segmento viduryje turite įdiegti osciloskopą. Valdant vieno iš vairuotojų perduodamų stačiakampių impulsų formą, galima daryti išvadą, kad būtina koreguoti terminatoriaus varžos reikšmę.
RS-485 sąsaja tapo pagrindine fizine sąsaja pramoniniuose duomenų perdavimo tinkluose. Tokie protokolai kaip ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 veikia RS-485 fiziniame lygmenyje.
Pramoninius duomenų perdavimo protokolus dažnai klasifikuoja gamintojai. Informacija apie konkretų ryšio protokolą turi būti renkama po truputį.
Su pramoniniais tinklais dirbančiam specialistui reikalinga programa, kuri nuskaitytų visą informaciniuose tinkluose perduodamą informaciją. Pagrindinės pramoninių protokolų paslaptys gali būti atskleistos tik išsamiai išanalizavus perduodamus ir gautus duomenis. Programa ComRead v.2.0 skirta išsaugoti ir rodyti duomenis bei paslaugų signalus, perduodamus informaciniuose tinkluose, kurie veikia pagal standartus RS-232, RS-485, Bell-202 ir kt. Programa ne tik išsaugo visą informaciją, bet taip pat sukuria duomenų ir paslaugų signalų laiko bazę. Programa ComRead v.2.0 nuskaito informacijos kanalą nepaveikdama jo veikimo, ty veikia fizinių informacijos perdavimo laikmenų klausymosi režimu. Be to, programa gali veikti duomenų vertėjo ir aptarnavimo signalų režimu. Kartu ji tampa tiesiogine informacinio komunikacijos kanalo dalimi. Daugiau informacijos apie programą rasite čia
Transliacijos galimybė.
Daugiataškis ryšys.
RS485 trūkumai
Didelis energijos suvartojimas.
Paslaugų signalų trūkumas.
Susidūrimų galimybė.
RS-485 standartą pirmą kartą priėmė Elektronikos pramonės asociacija. Šiandien jis apžvelgia įvairių imtuvų ir siųstuvų, naudojamų subalansuotose skaitmeninėse sistemose, elektrines charakteristikas.
Kas yra šis standartas?
RS-485 yra gerai žinomos sąsajos, kuri aktyviai naudojama visų rūšių pramonės valdymo sistemose, siekiant sujungti tam tikrus valdiklius ir daugelį kitų įrenginių, pavadinimas. Pagrindinis skirtumas tarp šios sąsajos ir RS-232 yra tas, kad ji apima kelių tipų įrangos derinį vienu metu. Naudojant RS-485, greitas duomenų apsikeitimas tarp kelių įrenginių garantuojamas naudojant vieną dviejų laidų ryšio liniją pusiau dvipusio režimo režimu. Jis dalyvauja šiuolaikinėje pramonėje, kurdamas procesų valdymo sistemas.
Diapazonas ir greitis
Pateikto standarto pagalba galima pasiekti informacijos perdavimą iki 10 Mbit/s greičiu. Reikėtų pažymėti, kad šiuo atveju didžiausias galimas diapazonas tiesiogiai priklauso nuo duomenų perdavimo greičio. Pažymėtina, kad siekiant užtikrinti maksimalų greitį, informacija gali būti perduodama ne toliau kaip 120 metrų. Tuo pačiu metu 100 kbps greičiu duomenys perduodami per 1200 metrų.
Kombinuotų įrenginių skaičius
Įrenginių, kuriuos gali sujungti RS-485 sąsaja, skaičius tiesiogiai priklauso nuo to, kurie siųstuvai-imtuvai juose yra įtraukti. Kiekvienas siųstuvas leidžia konkrečiai valdyti 32 standartinius imtuvus. Tiesa, reikia žinoti, kad yra imtuvų, kurių įėjimo varža skiriasi nuo standartinės 50%, 25% ar mažiau. Jei naudojate šią įrangą, atitinkamai padidės bendras įrenginių skaičius.
Jungtys ir protokolai
RS-485 laidas negali standartizuoti jokio konkretaus duomenų rėmelio formato ar ryšio protokolo. Paprastai transliavimui naudojami tie patys kadrai, kuriuos naudoja RS-232. Kitaip tariant, duomenų bitai, sustabdymo ir pradžios bitai ir, jei reikia, pariteto bitai. Kalbant apie mainų protokolų veikimą, daugumoje šiuolaikinių sistemų jis atliekamas pagal „pagrindinio-vergo“ principą. Tai reiškia, kad tam tikras tinklo įrenginys veikia kaip pagrindinis ir inicijuoja keitimąsi siuntimo užklausomis tarp pagalbinių įrenginių, kurie skiriasi loginiais adresais. Šiuo metu žinomiausias protokolas yra Modbus RTU. Reikėtų pažymėti, kad RS-485 kabelis neturi tam tikro tipo jungties ar laidų. Kitaip tariant, yra terminalų jungtys, DB9 ir kt.
Ryšys
Dažnai naudojant pateiktą sąsają susiduriama su vietiniu tinklu, kuris vienu metu sujungia kelių tipų siųstuvus-imtuvus. Atliekant RS-485 ryšį, būtina teisingai sujungti signalų grandines. Paprastai jie vadinami A ir B. Taigi poliškumo keitimas nėra didelis dalykas, tiesiog nustoja veikti prijungti įrenginiai.
Naudojant RS-485 sąsają, būtina atsižvelgti į tam tikras jos veikimo ypatybes. Taigi, rekomendacijos yra šios:
1. Optimali terpė signalui perduoti yra vytos poros kabelis.
2. Laido galai turi būti užbaigti naudojant specializuotus gnybtų rezistorius.
3. Tinklas, kuriame naudojamas standartinis arba USB RS-485, turi būti klojamas be atšakų pagal magistralės topologiją.
4. Prietaisai turi būti prijungti prie kabelio naudojant trumpiausią įmanomą laidą.
susitarimas
Naudodami terminalų rezistorius, standartinis arba USB RS-485 garantuoja visišką atviro laido galo suderinimą su sekančia linija. Tai visiškai pašalina signalo atspindžio galimybę. Vardinė rezistorių varža, susijusi su būdinga vytos poros kabelio ir laidų varža, paprastai yra apie 100–120 omų. Pavyzdžiui, šiuo metu žinomo UTP-5 kabelio, kuris dažnai naudojamas eterneto klojimo procese, būdinga 100 omų varža.
Kitoms kabelių parinktims gali būti taikomi kiti įvertinimai. Rezistoriai gali būti prilituoti prie kabelių jungčių kaiščių galiniuose įrenginiuose, jei reikia. Nedažnai pasitaiko, kad rezistoriai montuojami pačioje įrangoje, dėl to rezistoriui prijungti turi būti sumontuoti trumpikliai. Tokiu atveju, kai įrenginys prijungtas, linija nesutampa. Norint garantuoti normalų likusios sistemos veikimą, reikės prijungti išjungimo kištuką.
Signalo lygiai
RS-485 prievadas priima subalansuotą ryšio schemą. Kitaip tariant, įtampos lygiai signalų grandinėse A ir B kinta priešfazėje. Jutiklis suteikia 1,5 V signalo lygį, atsižvelgiant į apkrovos ribą. Be to, kai prietaisas veikia tuščiąja eiga, suteikiama maksimali 6 V įtampa. Įtampos lygis matuojamas skirtingai. Imtuvo vietoje minimalus priimamo signalo lygis turi būti ne mažesnis kaip 200 mV.
Šališkumas
Kai signalo grandinėse nėra signalo, taikomas nedidelis poslinkis. Jis apsaugo imtuvą klaidingo aliarmo atveju. Ekspertai pataria atlikti šiek tiek didesnį nei 200 mV poslinkį, nes laikoma, kad ši vertė atitinka netinkamą įvesties signalo zoną pagal standartą. Esant tokiai situacijai, grandinė A artėja prie teigiamo šaltinio poliaus, o grandinė B ištraukiama iki bendrojo.
Pavyzdys
Rezistorių vertės apskaičiuojamos pagal reikiamą poslinkį ir maitinimo įtampą. Pavyzdžiui, jei norite gauti 250 mV nuokrypį su gnybtų rezistoriais, RT = 120 omų. Verta paminėti, kad šaltinio įtampa yra 12 V. Atsižvelgiant į tai, kad šiuo atveju du rezistoriai yra sujungti lygiagrečiai vienas kitam ir visiškai neatsižvelgiama į imtuvo apkrovą, poslinkio srovė pasiekia 0,0042. Tuo pačiu metu bendras poslinkio atsparumas yra 2857 omai. Šiuo atveju Rcm bus apie 1400 omų. Taigi, turėsite pasirinkti artimiausią nominalą. Pavyzdys būtų 1,5 kΩ rezistorius. Jis reikalingas kompensavimui. Be to, naudojamas išorinis 12 voltų rezistorius.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad sistema turi izoliuotą išėjimą nuo valdiklio maitinimo šaltinio, kuris yra pagrindinė grandis savo grandinės segmente. Tiesa, yra ir kitų poslinkio atlikimo galimybių, kai naudojamas RS-485 keitiklis ir kiti elementai, tačiau vis tiek turėtumėte atsižvelgti į tai, kad poslinkį teikiantis mazgas kartais bus išjungtas arba galiausiai visiškai pašalintas iš tinklo. Kai yra poslinkis, grandinės A visiškai tuščiosios eigos potencialas laikomas teigiamu grandinės B atžvilgiu. Tai veikia kaip orientyras prijungiant naują įrangą prie kabelio nenaudojant laidų žymeklių.
Neteisingi laidai ir iškraipymai
Aukščiau nurodytų rekomendacijų įgyvendinimas leidžia pasiekti teisingą elektros signalų perdavimą į skirtingus tinklo taškus, kai naudojamas RS-485 protokolas. Jei bent vienas iš reikalavimų neįvykdomas, atsiranda signalo iškraipymas. Labiausiai pastebimi iškraipymai atsiranda, kai duomenų apsikeitimo greitis yra didesnis nei 1 Mbps. Tiesa, net ir važiuojant mažesniu greičiu nerekomenduojama nepaisyti šių patarimų. Ši taisyklė galioja ir įprasto tinklo veikimo metu.
Kaip programuoti?
Programuojant įvairias programas, veikiančias su RS-485 skirstytuvo naudojamais įrenginiais ir kitais įrenginiais su pateikta sąsaja, reikia atsižvelgti į keletą svarbių dalykų.
Prieš pradedant siuntos pristatymą, būtina suaktyvinti siųstuvą. Verta paminėti, kad, remiantis kai kuriais šaltiniais, išdavimas gali būti atliktas iškart po aktyvinimo. Nepaisant to, kai kurie ekspertai pataria pirmiausia padaryti pauzę, lygią vieno kadro transliacijos greičiui. Šiuo atveju teisinga priėmimo programa gali visiškai identifikuoti pereinamojo proceso klaidas, galinti atlikti normalizavimo procedūrą ir pasiruošti kitam duomenų priėmimui.
Kai bus išduotas paskutinis duomenų baitas, taip pat turite padaryti pauzę prieš atjungdami RS-485 įrenginį. Tam tikra prasme taip yra dėl to, kad nuosekliojo prievado valdiklyje vienu metu dažnai yra du registrai. Pirmasis yra lygiagretusis įėjimas, jis skirtas informacijai priimti. Antrasis laikomas pamaininiu išėjimu, jis naudojamas serijiniam išėjimui.
Kai valdiklis perduoda duomenis, bet kokie pertraukimai generuojami, kai įvesties registras yra tuščias. Taip atsitinka, kai informacija jau buvo pateikta pamainų registrui, bet dar nebuvo išduota. Tai taip pat yra priežastis, dėl kurios pasibaigus transliacijai, prieš išjungiant siųstuvą, būtina išlaikyti tam tikrą pauzę. Laike jis turėtų būti maždaug 0,5 bito ilgesnis už kadrą. Atliekant tikslesnius skaičiavimus, patartina išsamiau išstudijuoti naudojamo nuosekliojo prievado valdiklio techninę dokumentaciją.
Gali būti, kad RS-485 siųstuvas, imtuvas ir keitiklis yra prijungti prie bendros linijos. Taigi, nuosavas imtuvas taip pat pradės suvokti savo siųstuvo atliekamą perdavimą. Dažnai atsitinka taip, kad sistemose, kurioms būdinga atsitiktinė prieiga prie linijos, ši funkcija naudojama patikrinti, ar nėra susidūrimo tarp dviejų siųstuvų.
Magistralės formato konfigūracija
Pateikta sąsaja turi galimybę sujungti įrenginius „bus“ formatu, kai visa įranga sujungiama naudojant vieną laidų porą. Tai numato, kad ryšio linija turi būti suderinta su abiejų galų linijos pabaigos rezistoriais. Norint tai užtikrinti, būtina sumontuoti rezistorius, kurių varža yra 620 omų. Jie visada montuojami ant pirmo ir paskutinio įrenginio, prijungto prie linijos.
Paprastai šiuolaikiniuose įrenginiuose yra įmontuotas atitinkamas rezistorius. Esant poreikiui, jį galima prijungti prie linijos prietaiso plokštėje įrengus specialų trumpiklį. Verta paminėti, kad pirmiausia yra įdiegta džemperių pristatymo būsena, todėl juos reikia pašalinti iš visų įrenginių, išskyrus pirmąjį ir paskutinį. Taip pat reikėtų pažymėti, kad S2000-PI modelio kartotuvų keitikliuose, skirtuose atskiram išėjimui, suderinimo varža įjungiama naudojant jungiklį. Kalbant apie S2000-KS ir S2000-K įrenginius, kuriems būdingas įmontuotas suderinimo pasipriešinimas, jo prijungimui nereikia trumpiklio. Norint užtikrinti ilgą ryšio liniją, patartina naudoti specializuotus kartotuvus-retransliatorius, kurie iš anksto aprūpinti visiškai automatiniu perdavimo krypties perjungimu.
Žvaigždės konfigūracija
Visi RS-485 linijos palietimai laikomi nepageidaujamais, nes tai sukeltų pernelyg didelį signalo iškraipymą. Nors, žvelgiant iš praktikos, tai galima pripažinti, kai šakos ilgis mažas. Tokiu atveju atskirose šakose nereikia montuoti baigiamųjų rezistorių.
RS-485 sistemoje, kur valdymas atliekamas naudojant nuotolinio valdymo pultą, kai rezistoriai ir įrenginiai yra prijungti prie tos pačios linijos, bet maitinami iš skirtingų šaltinių, reikia sujungti visų įrenginių ir konsolės 0 V grandines. kad būtų išlygintas jų potencialas. Kai šis reikalavimas neįvykdytas, nuotolinio valdymo pultas gali palaikyti ryšį su įrenginiais. Naudojant laidus su keliomis vytos poromis, prireikus potencialo išlyginimo grandinei galima panaudoti visiškai laisvą porą. Be to, galima naudoti ekranuotą vytos porą, jei ekranas neįžemintas.
Į ką reikėtų atsižvelgti?
Daugeliu atvejų srovė, tekanti per potencialų išlyginimo laidą, yra laikoma gana maža. Jei 0 V įrenginiai arba patys maitinimo šaltiniai yra prijungti prie kelių vietinių įžeminimo magistralių, tai potencialų skirtumas tarp skirtingų 0 V grandinių gali siekti kelis vienetus. Kartais ši vertė yra maždaug dešimtys voltų, o srovė, tekanti per potencialo išlyginimo grandinę, yra gana didelė. Dėl šios priežasties dažnai yra nestabilus ryšys tarp nuotolinio valdymo pulto ir įrenginių. Dėl to jie netgi gali žlugti.
Todėl būtina atmesti galimybę įžeminti 0 V grandinę arba įžeminti šią grandinę tam tikrame taške. Be to, reikėtų atsižvelgti į 0 V ir apsauginės įžeminimo grandinės, esančios signalizacijos sistemoje naudojamoje įrangoje, sujungimo galimybę. Pažymėtina, kad vietose, kur būdinga gana stipri elektromagnetinė aplinka, prie šio tinklo galima prisijungti naudojant „ekranuotą vytos poros“ kabelį. Belieka pabrėžti, kad šioje situacijoje gali būti trumpesnis ribinis diapazonas, nes laikoma, kad laido talpa yra didesnė.
Naudojant RS-485 nesunku numesti svorio, jei suprantate, kaip išlaikyti gerą ryšio kokybę tuo pačiu metu. Šiame straipsnyje pateikiami faktai, mitai ir žiaurūs juokeliai, kuriuos turėtumėte žinoti, kad pasiektumėte šį tikslą.
Pramonės automatizavimo ir pastatų automatikos sistemose nemažai nuotoliniai įrenginiai rinkti duomenis, kurie perduoda ir gauna informaciją per centrinį modulį, suteikiantį prieigą prie duomenų vartotojams ir kitiems tvarkytojams. Šioms programoms būdingi duomenų kaupikliai ir skaitytuvai. Beveik idealią duomenų liniją tam apibrėžia standartas RS-485, kuris sujungia duomenų rinkimo įrenginius su vytos poros kabeliu.
Kadangi daugelis duomenų rinkimo ir saugojimo įrenginių RS-485 tinkluose yra kompaktiški, autonominiai baterijomis maitinami įrenginiai, norint kontroliuoti jų šilumos gamybą ir pailginti baterijos veikimo laiką, būtinos priemonės, mažinančios jų energijos suvartojimą. Taip pat energijos taupymas yra svarbus nešiojamiesiems įrenginiams ir kitoms programoms, kuriose RS-485 naudojamas duomenims atsisiųsti į centrinį procesorių.
Kitas skyrius visų pirma skirtas tiems, kurie nėra susipažinę su RS-485.
RS-485: istorija ir aprašymas
RS-485 standartą kartu sukūrė dvi gamintojų asociacijos: Elektronikos pramonės asociacija (EIA) ir Telekomunikacijų pramonės asociacija (TIA). PAV kadaise visus savo standartus pažymėjo „RS“ (rekomenduojamas standartas) priešdėliu. Daugelis inžinierių ir toliau naudoja šį pavadinimą, tačiau EIA / TIA oficialiai pakeitė „RS“ į „EIA / TIA“, kad būtų lengviau nustatyti jų standartų kilmę. Šiandien įvairūs RS-485 standarto plėtiniai apima daugybę pritaikymų.
RS-485 ir RS-422 turi daug bendro, todėl dažnai painiojami. 1 lentelėje jie lyginami. RS-485, apibrėžiantis dvikryptį pusiau dvipusį ryšį, yra vienintelis EIA / TIA standartas, leidžiantis naudoti kelis imtuvus ir tvarkykles magistralės konfigūracijose. Kita vertus, EIA / TIA-422 apibrėžia vieną vienkryptį kelių imtuvų tvarkyklę. RS-485 elementai yra suderinami atgal ir gali būti keičiami su RS-422 analogais, tačiau RS-422 tvarkyklės neturėtų būti naudojamos RS-485 pagrįstose sistemose, nes jos negali atsisakyti magistralės valdymo.
1 lentelė. Standartai RS-485 ir RS-422
| RS-422 | RS-485 | |
| Darbo valandos | Diferencialinis | Diferencialinis |
| Leidžiamas Tx ir Rx skaičius | 1 Tx, 10 Rx | 32 Tx, 32 Rx |
| Maksimalus kabelio ilgis | 1200 m | 1200 m |
| Didžiausia duomenų perdavimo sparta | 10 Mbps | 10 Mbps |
| Minimalus tvarkyklės išvesties diapazonas | ± 2V | ± 1,5 V |
| Vairuotojo maksimalus išvesties diapazonas | ± 5 V | ± 5 V |
| Maksimali vairuotojo trumpojo jungimo srovė | 150 mA | 250 mA |
| Atsparumas apkrovai Tx | 100 omų | 54 omai |
| Rx įvesties jautrumas | ± 200 mV | ± 200 mV |
| Didžiausia įėjimo varža Rx | 4 kΩ | 12 kΩ |
| Rx įėjimo įtampos diapazonas | ± 7 V | -7 V iki +12 V |
| Loginis vieno lygio Rx | > 200 mV | > 200 mV |
| Rx logikos nulinis lygis | < 200 мВ | < 200 мВ |
ESD apsauga
Diferencialinis signalo perdavimas sistemose, pagrįstose RS-485 ir RS-422, užtikrina patikimą duomenų perdavimą esant triukšmui, o jų imtuvų diferencialiniai įėjimai taip pat gali slopinti reikšmingas bendrojo režimo įtampas. Tačiau, norint apsisaugoti nuo žymiai aukštesnių įtampos lygių, paprastai susijusių su elektrostatinėmis iškrovomis (ESD), reikia imtis papildomų priemonių.
Žmogaus kūno įkrauta talpa leidžia žmogui sunaikinti integrinį grandyną tiesiog jį palietus. Toks kontaktas gali lengvai įvykti klojant ir jungiant sąsajos kabelį. Siekiant apsaugoti nuo tokių žalingų poveikių, MAXIM sąsajos lustuose yra „ESD struktūros“. Šios struktūros apsaugo siųstuvų išėjimus ir imtuvų įvestis RS-485 siųstuvuose-imtuvuose nuo ESD lygių iki ± 15kV.
Siekdama užtikrinti nurodytą ESD apsaugą, Maxim pakartotinai tikrina teigiamus ir neigiamus maitinimo kaiščius 200 V žingsniais, kad patikrintų lygių nuoseklumą iki ± 15 kV. Šios klasės įrenginiai (atitinkantys žmogaus kūno modelio arba IEC 1000-4-2 specifikacijas) gaminio pavadinime pažymėti papildomu "E" priesaga.
RS-485 / RS-422 tvarkyklės apkrova yra kiekybiškai įvertinama vienetine apkrova, kuri savo ruožtu apibrėžiama kaip vieno standartinio RS-485 imtuvo įvesties varža (12kΩ). Taigi, standartinė RS-485 tvarkyklė gali valdyti 32 vienetų apkrovas (32 lygiagrečias 12 kΩ apkrovas). Tačiau kai kurių RS-485 imtuvų įėjimo varža yra didesnė – 48 kOhm (1/4 vieneto apkrova) ar net 96 kOhm (1/8 vieneto apkrova) – ir atitinkamai prie vieno galima prijungti 128 ar 256 tokius imtuvus. autobusu is karto.... Galite prijungti bet kokį imtuvų tipų derinį, jei jų lygiagreti varža neviršija 32 vienetinių apkrovų (t. y. bendra varža yra ne mažesnė kaip 375 omai).
Didelio greičio pasekmės
Greitesnėms perdavimams reikalingas didesnis vairuotojo išvesties sukimosi greitis, o tai, savo ruožtu, sukelia didesnį elektromagnetinių trukdžių (EMI) lygį. Kai kurie RS-485 siųstuvai-imtuvai sumažina EMI iki minimumo, ribodami jų apsisukimų dažnį. Lėtesnis apsisukimų dažnis taip pat padeda kontroliuoti atspindžius, kuriuos sukelia greiti pereinamieji procesai, didelis duomenų perdavimo greitis arba ilgos nuorodos. Norint sumažinti atspindžius, būtina naudoti baigiamuosius rezistorius, kurie atitinka būdingą kabelio varžą. Įprastiems RS-485 kabeliams (24AWG vytos poros laidai) tai reiškia, kad abiejuose ryšio linijos galuose reikia įdėti 120 omų rezistorius.
Kur dingsta visa galia?
Akivaizdus energijos praradimo šaltinis yra siųstuvo-imtuvo ramybės srovė (IQ), kuri šiuolaikiniuose įrenginiuose yra žymiai sumažinta. 2 lentelėje palyginamos mažos galios CMOS siųstuvų-imtuvų ramybės srovės su pramonės standartu 75176.
2 lentelė. Įvairių RS-485 siųstuvų-imtuvų nuotėkio srovių palyginimas
Kita RS-485 siųstuvų-imtuvų energijos suvartojimo charakteristika atsiranda, kai nėra apkrovos, įjungta tvarkyklės išvestis ir periodinis įvesties signalas. Kadangi RS-485 visada reikia vengti atvirų linijų, tvarkyklės kiekvieną kartą perjungiamos išvesties struktūras. Šis trumpas abiejų išėjimo tranzistorių įjungimas iš karto sukelia įjungimo srovę tiekime. Pakankamai didelis įvesties kondensatorius slopina šiuos viršįtampius, sukurdamas RMS srovę, kuri didėja su perdavimo sparta iki didžiausios vertės. MAX1483 siųstuvų-imtuvų didžiausia galia yra maždaug 15 mA.
Standartinio RS-485 siųstuvo-imtuvo prijungimas prie minimalios apkrovos (dar vienas siųstuvas-imtuvas, du baigiamieji rezistoriai ir du apsauginiai rezistoriai) leidžia realesnėmis sąlygomis išmatuoti maitinimo srovės priklausomybę nuo perdavimo spartos. 2 paveiksle parodytas MAX1483 ICC ir perdavimo sparta, esant šioms sąlygoms: standartiniai 560 omų, 120 omų ir 560 omų rezistoriai, VCC = 5 V, DE = / RE \ = VCC ir 300 m kabelis.
Kaip matote iš 2 paveikslo, srovės suvartojimas pakyla iki maždaug 37 mA net esant ypač mažam duomenų perdavimo greičiui; tai pirmiausia sukelia baigiamųjų rezistorių ir poslinkio rezistorių pridėjimas. Mažos galios įrenginiuose tai turėtų parodyti naudojamo derinimo tipo svarbą, taip pat būdą, kaip pasiekti gedimų toleranciją. Gedimų tolerancija aptariama kitame skyriuje ir Išsamus aprašymas susitaikymą rasite skiltyje „Piktieji susitaikymo pokštai“.
atsparumas gedimams
Kai įtampa RS-485 imtuvų įėjimuose yra nuo -200 mV iki + 200 mV, išėjimo būsena lieka neapibrėžta. Kitaip tariant, jei diferencinė įtampa RS-485 pusėje pusiau dvipusėje konfigūracijoje yra 0 V ir nė vienas iš siųstuvų-imtuvų nėra vedęs į liniją (arba ryšys nutrūkęs), tada išėjime yra loginis vienetas ir loginis nulis. vienodai tikėtinas. Norint užtikrinti tam tikrą išėjimo būseną tokiomis sąlygomis, daugumoje šiuolaikinių RS-485 siųstuvų-imtuvų reikia įrengti įstrižinius rezistorius: pradinį aukšto lygio (traukimo) rezistorių vienoje linijoje (A), o žemo lygio (nuleidimo) kitoje ( B), kaip parodyta 1 paveiksle. Istoriškai daugumos grandinių poslinkio rezistoriai buvo nurodyti kaip 560 omų, tačiau siekiant sumažinti galios nuostolius (kai baigiasi tik viename jungties gale), šią vertę galima padidinti iki maždaug 1,1 kΩ. Kai kurie kūrėjai abiejuose galuose montuoja rezistorius nuo 1,1 000 iki 2, 2 000. Čia jūs turite rasti kompromisą tarp atsparumo triukšmui ir energijos suvartojimo.
1 pav. Trys išoriniai rezistoriai sudaro šio RS-485 siųstuvo-imtuvo užbaigimo ir poslinkio grandinę.
2 pav. MAX1483 siųstuvo-imtuvo tiekimo srovė ir perdavimo sparta.
RS-485 siųstuvų-imtuvų gamintojai anksčiau pašalindavo išorinių poslinkio varžų poreikį, imtuvo įėjimuose suteikdami vidinius teigiamus poslinkio rezistorius, tačiau šis metodas buvo veiksmingas tik sprendžiant atviros grandinės problemą. Šiuose pseudo-saugiuose imtuvuose naudojami teigiami poslinkio rezistoriai buvo per silpni, kad išlygintų imtuvo išvestį suderintoje magistralėje. Kiti bandymai išvengti išorinių rezistorių naudojimo pakeičiant imtuvo slenksčius į 0V ir -0,5V, pažeidė RS-485 specifikaciją.
„Maxim“ MAX3080 ir MAX3471 siųstuvų-imtuvų šeima išsprendė abi šias problemas, apibrėždama tikslų slenksčio diapazoną nuo -50 mV iki -200 mV, taip pašalinant poslinkio rezistorių poreikį ir išlaikant visišką atitiktį RS-485 standartui. Šie IC užtikrina, kad 0 V įvestis į imtuvą padidins išvestį. Be to, ši konstrukcija garantuoja žinomą imtuvo išvesties būseną atviros ir uždaros linijos sąlygomis.
Kaip parodyta 2 lentelėje, siųstuvų-imtuvų ramybės srovės vertės labai skiriasi. Todėl pirmasis energijos taupymo žingsnis turėtų būti mažos galios įrenginio, pvz., MAX3471, pasirinkimas (2,8 μA su išjungta tvarkykle, iki 64 Kbps). Kadangi energijos suvartojimas labai padidėja perduodant duomenis, kitas tikslas yra sumažinti vairuotojo veikimo laiką, perduodant trumpas telegramas (duomenų blokus, maždaug per.) Su ilgais laukimo laikotarpiais. 3 lentelėje parodyta tipinės serijinės telegramos struktūra.
3 lentelė. Serijinė telegrama
RS-485 pagrįsta sistema, naudojanti imtuvus vienoje apkrovoje (iki 32 adresuojamų įrenginių), gali, pavyzdžiui, turėti šiuos bitus: 5 adreso bitus, 8 duomenų bitus, pradžios bitus (visi kadrai), sustabdymo bitus (visi kadrai) , pariteto bitai (neprivaloma) ir CRC bitai (pasirinktinai). Minimalus šios konfigūracijos telegramos ilgis yra 20 bitų. Norėdami užtikrinti saugų perdavimą, turite siųsti papildomą informaciją, pvz., duomenų dydį, siuntėjo adresą ir kryptį, todėl telegramos ilgis padidės iki 255 baitų (2040 bitų).
Šis telegramos ilgio pokytis, kurio struktūra apibrėžta pagal tokius standartus kaip X.25, užtikrina duomenų patikimumą ilgesnio magistralės laiko ir energijos sąnaudų sąskaita. Pavyzdžiui, 20 bitų perkėlimas 200 kbps užtruktų 100 µs. Naudojant MAX1483 200 Kbps duomenų per sekundę siuntimui, vidutinė srovė yra
(100 μs * 53 mA + (1 s - 100 μs) * 20 μA) / 1 s = 25,3 μA
Kai siųstuvas-imtuvas veikia tuščiosios eigos režimu, jo tvarkyklė turi būti išjungta, kad būtų sumažintas energijos suvartojimas. 4 lentelėje parodytas telegramos ilgio poveikis energijos suvartojimui vienai MAX1483 tvarkyklei, kuri veikia su tam tikrais pertrūkiais tarp siuntimų. Naudojant išjungimo režimą galima dar labiau sumažinti energijos sąnaudas sistemoje, kuri naudoja apklausos technologiją fiksuotais intervalais arba ilgesniais deterministiniais tarpais tarp siuntimų.
4 lentelė. Telegramos ilgio ir srovės suvartojimo ryšys naudojant MAX1483 tvarkyklę
Be šių programinės įrangos aspektų, aparatinė įranga siūlo daug galimybių pagerinti galią. 3 paveiksle palygintos įvairių siųstuvų-imtuvų suvartojamos srovės perduodant kvadratinės bangos signalą 300 metrų kabeliu su aktyviomis tvarkyklėmis ir imtuvais. 75ALS176 ir MAX1483 naudoja standartinį 560 Ω / 120 Ω / 560 Ω galinį tinklą abiejuose jungties galuose, o „tikrai saugūs“ įrenginiai (MAX3088 ir MAX3471) turi tik 120 Ω galios rezistorius abiejuose magistralės galuose... Esant 20 Kbps, traukimo srovės svyruoja nuo 12,2 mA (MAX3471 su VCC = 3,3 V) iki 70 mA (75ALS176). Taigi, iš karto žymiai sumažėja energijos sąnaudos, kai pasirenkate mažos galios įrenginį su „tikra gedimo saugaus“ funkcija, o tai taip pat pašalina būtinybę įdiegti poslinkio rezistorius (į žemę ir VCC). Įsitikinkite, kad pasirinkto RS-485 siųstuvo-imtuvo imtuvas išveda teisingus loginius lygius tiek atviros, tiek uždaros grandinės sąlygomis.
3 pav. Siųstuvų-imtuvų mikroschemos labai skiriasi srovės suvartojimo priklausomybe nuo duomenų perdavimo spartos.
Blogi lygiavimo anekdotai
Kaip minėta aukščiau, galios rezistoriai pašalina atspindžius, atsirandančius dėl varžos neatitikimo, tačiau trūkumas yra papildomas galios išsklaidymas. Jų įtaka parodyta 5 lentelėje, kurioje parodytos įvairių siųstuvų-imtuvų (su aktyvia tvarkykle) suvartojamos srovės esant sąlygoms be rezistorių, naudojant tik baigiamuosius rezistorius ir baigiamųjų rezistorių bei apsauginių poslinkio rezistorių derinį.
5 lentelė. Naudojant baigiamuosius rezistorius ir poslinkio rezistorius padidina srovės suvartojimą
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC (be RT) | 60 μA | 517 μA | 74 μA | 22 μA |
| I VCC (RT = 120) | 24 μA | 22,5 μA | 19,5 μA | 48 μA |
| I VCC (RT = 560-120-560) | 42 μA | N/A | N/A | 70 μA |
Pašalinkite derybas
Pirmasis būdas sumažinti energijos suvartojimą yra visiškai pašalinti galinius rezistorius. Ši parinktis galima tik esant trumpoms nuorodoms ir mažoms duomenų perdavimo spartoms, kurios leidžia nuraminti atspindžius dar prieš imtuvui apdorojant duomenis. Kaip rodo praktika, derinimas nėra būtinas, jei signalo kilimo laikas yra bent keturis kartus didesnis už vienpusio signalo sklidimo kabeliu delsos trukmę. Norėdami apskaičiuoti didžiausią leistiną neprilygstamo kabelio ilgį, atliekami šie veiksmai.
Taigi, MAX3471 gali užtikrinti tinkamą signalo kokybę, kai perduodamas ir priimamas 64 Kbps greičiu virš 38 m kabelio be galinių rezistorių. 4 paveiksle parodytas dramatiškas MAX3471 suvartojimo sumažėjimas, kai vietoj 300 metrų kabelio ir 120 galinių rezistorių naudojama 30 metrų kabelio be galinių rezistorių.
4 pav. Galiniai rezistoriai – pagrindinis energijos vartotojas.
RC atitikimas
Iš pirmo žvilgsnio RC užbaigimo galimybė blokuoti nuolatinę srovę yra daug žadanti. Tačiau pastebėsite, kad ši technika kelia tam tikras sąlygas. Galą sudaro nuoseklus RC tinklas, lygiagretus su imtuvo diferencialiniais įėjimais (A ir B), kaip parodyta 5 paveiksle. Nors R visada yra lygi kabelio varžai (Z 0), renkantis C reikia šiek tiek apsvarstyti. Didelė C reikšmė užtikrina gerą atitiktį, leidžiančią bet kuriam signalui matyti R, atitinkantį Z0, tačiau didelė vertė taip pat padidina didžiausią tvarkyklės išėjimo srovę. Deja, ilgesniems kabeliams reikalingos didesnės C vertės. Norint pasiekti šį kompromisą, C įvertinimui nustatyti buvo skirti visi straipsniai. Išsamias lygtis šia tema galite rasti mokymo programose, kurios nuorodos pateikiamos šio straipsnio pabaigoje.
5 pav. RC suderinimas sumažina energijos suvartojimą, tačiau reikia atidžiai pasirinkti C vertę.
Vidutinė signalo įtampa yra dar vienas svarbus veiksnys, į kurį dažnai nepaisoma. Nebent vidutinė signalo įtampa yra subalansuota nuolatinė srovė Nuolatinės srovės laiptų laiptų efektas sukelia didelį virpėjimą dėl efekto, žinomo kaip „tarpsimbolių trikdžiai“. Trumpai tariant, RC užbaigimas veiksmingai sumažina energijos suvartojimą, tačiau jis linkęs pabloginti signalo kokybę. Kadangi RC derybos nustato tiek daug apribojimų jo naudojimui, daugeliu atvejų geriausia alternatyva yra derybų nevykdymas.
Schottky diodų suderinimas
Schottky diodai siūlo alternatyvų suderinimo būdą, kai susirūpinimą kelia didelis energijos suvartojimas. Skirtingai nuo kitų tipų užbaigimo, Schottky diodai nemėgina atitikti magistralės varžos. Vietoj to, jie tiesiog slopina teigiamus ir neigiamus atspindžius. Dėl to įtampos pokyčiai apsiriboja teigiama slenksčio įtampa ir nuliu.
Schottky derinimo grandinė eikvoja mažai energijos, nes jos veikia tik esant teigiamiems ir neigiamiems viršįtampiams. Kita vertus, standartinis varžinis užbaigimas (su poslinkio rezistoriais arba be jų) nuolat išsklaido galią. 6 paveiksle parodytas Schottky diodų naudojimas kovojant su atspindžiais. Schottky diodai neužtikrina saugaus veikimo, tačiau slenkstinės įtampos lygiai, pasirinkti siųstuvuose-imtuvuose MAX308X ir MAX3471, leidžia saugiai veikti su tokio tipo išjungimu.
6 pav. Nepaisant didelių sąnaudų, Schottky diodų derinimo grandinė turi daug privalumų.
Schottky diodas, geriausias turimas idealaus diodo aproksimavimas (nulinė tiesioginė įtampa Vf, nulinis įjungimo laikas tON ir nulinis atkūrimo laikas trr), yra labai įdomus kaip energijos reikalaujančių galinių rezistorių pakaitalas. Šio suderinimo trūkumas RS-485 / RS-422 pagrįstose sistemose yra tas, kad Schottky diodai negali slopinti visų atspindžių. Kai atspindėtas signalas sumažės žemiau Schottky diodo tiesioginės įtampos, jo energijos neturės įtakos atitinkantys diodai ir išliks tol, kol jis bus išsklaidytas kabeliu. Nesvarbu, ar šis užsitęsęs trikdymas yra reikšmingas, ar ne, priklauso nuo signalo stiprumo imtuvo įėjimuose.
Pagrindinis Schottky terminatoriaus trūkumas yra jo kaina. Vienam galiniam taškui reikia dviejų diodų. Kadangi RS-485 / RS-422 magistralė yra diferencinė, šis skaičius vėl dauginamas iš dviejų (6 pav.). Daugiamačių Schottky terminatorių naudojimas autobuse nėra neįprastas dalykas.
RS-485 / RS-422 pagrįstoms sistemoms Schottky diodų galūnės suteikia daug privalumų, o energijos taupymas yra pagrindinis (7 pav.). Nieko nereikia skaičiuoti, nes nurodytas kabelio ilgio ir duomenų perdavimo spartos ribos bus pasiektos anksčiau nei Schottky terminatoriaus ribos. Kitas privalumas yra tai, kad keli Schottky terminalai skirtinguose čiaupuose ir imtuvo įėjimuose pagerina signalo kokybę neapkraunant ryšio magistralės.
7 pav. Srovės suvartojimas RS-485 sistemose labai priklauso nuo perdavimo spartos ir nutraukimo tipo.
Apibendrinant
Kai duomenų perdavimo sparta didelė, o kabelis ilgas, RS-485 sistemoje sunku užtikrinti itin mažas energijos sąnaudas (originalioje „blusų galioje“ – apytiksliai per.), nes tampa būtina įdiegti suderinamumą. ryšio linijos įrenginiai (terminatoriai). Šiuo atveju tikrosios triukšmo siųstuvai-imtuvai imtuvo išėjimuose gali sutaupyti energijos net ir su terminatoriais, nes nebereikia poslinkio rezistorių. Programinės įrangos ryšys taip pat gali padėti sumažinti energijos suvartojimą, kai siųstuvas-imtuvas yra išjungtas arba tvarkyklė išjungiama, kai jis nenaudojamas.
Naudojant mažesnius greičius ir trumpesnius kabelius, energijos suvartojimo skirtumas yra didžiulis: norint perduoti duomenis 60 Kbps greičiu 30 metrų kabeliu naudojant standartinį SN75ALS176 siųstuvą-imtuvą su 120 omų galios rezistoriais, iš maitinimo sistemos reikės 70 mA galios. Kita vertus, naudojant MAX3471 tokiomis pačiomis sąlygomis, iš maitinimo šaltinio prireiktų tik 2,5 mA.
RS-485 yra standartas, kurį pirmą kartą priėmė Elektronikos pramonės asociacija. Šiandien šis standartas apima visų rūšių imtuvų ir siųstuvų, naudojamų įvairiose subalansuotose skaitmeninėse sistemose, elektrines charakteristikas.
Tarp specialistų RS-485 yra gana populiari sąsaja, kuri aktyviai naudojama įvairiose pramonės valdymo sistemose, norint sujungti kelis valdiklius, taip pat daugybę kitų įrenginių. Pagrindinis skirtumas tarp šios sąsajos ir ne mažiau paplitusio RS-232 yra tas, kad joje vienu metu galima derinti kelių tipų įrangą.
RS-485 pagalba užtikrinamas greitas informacijos apsikeitimas tarp kelių įrenginių per vieną dviejų laidų linija ryšys pusiau dvipusiu režimu. Jis plačiai naudojamas šiuolaikinėje pramonėje formuojant proceso valdymo sistemą.
Šio standarto pagalba informacija perduodama iki 10 Mbit/s greičiu, o maksimalus galimas diapazonas tiesiogiai priklausys nuo duomenų perdavimo greičio. Taigi, siekiant užtikrinti maksimalų greitį, duomenys gali būti perduodami ne toliau kaip 120 metrų, o 100 kbps greičiu informacija transliuojama per 1200 metrų.
Įrenginių, kuriuos gali sujungti RS-485 sąsaja, skaičius tiesiogiai priklausys nuo to, kokie siųstuvai-imtuvai bus naudojami įrenginyje. Kiekvienas siųstuvas skirtas vienu metu valdyti 32 standartinius imtuvus, tačiau reikia suprasti, kad yra imtuvų, kurių įėjimo varža yra 50%, 25% ar net mažesnė už standartinę, o jei tokia įranga bus naudojama, bendras įrenginių skaičius atitinkamai padidinti.
RS-485 kabelis nestandartizuoja jokio konkretaus informacijos rėmelių ar mainų protokolo formato. Daugeliu atvejų naudojami lygiai tie patys kadrai, kuriuos naudoja RS-232, tai yra duomenų bitai, sustabdymo ir pradžios bitai, taip pat pariteto bitai, jei reikia.
Keitimosi protokolų veikimas daugumoje šiuolaikinių sistemų vykdomas pagal „pagrindinio-vergo“ principą, tai yra, kai kurie tinklo įrenginiai yra pagrindinis ir imasi iniciatyvos keistis užklausomis tarp visų pagalbinių įrenginių, kurie skiriasi nuo vienas kitą loginiais adresais. Populiariausias protokolas šiandien yra Modbus RTU.
Verta paminėti, kad RS-485 kabelis taip pat neturi konkretaus tipo jungčių ar laidų, tai yra, gali būti gnybtų jungtys, DB9 ir kt.
Dažniausiai naudojant šią sąsają yra vietinis tinklas, kuris vienu metu sujungia kelis siųstuvus-imtuvus.
Atliekant RS-485 ryšį, reikia kompetentingai tarpusavyje derinti signalų grandines, dažniausiai vadinamas A ir B. Šiuo atveju poliškumo pasikeitimas nėra toks baisus, tiesiog prijungti įrenginiai neveiks.
Naudodami RS-485 sąsają, turėtumėte atsižvelgti į keletą jos veikimo ypatybių:
Naudojant gnybtų rezistorius, standartinis arba USB RS-485 užtikrina visišką atviro laido galo suderinimą su sekančia linija, visiškai pašalinant signalo atspindžio galimybę.
Vardinė rezistorių varža atitinka būdingą kabelio varžą, o tų kabelių, kurie yra pagrįsti vytos poros, dažniausiai yra apie 100-120 omų. Pavyzdžiui, šiandien gana populiarus UTP-5 kabelis, kuris aktyviai naudojamas tiesiant eternetą, turi būdingą 100 omų varžą. Kitoms kabelių parinktims gali būti naudojami kiti įvertinimai.
Rezistoriai, jei reikia, gali būti lituojami ant kabelių jungčių kontaktų jau galutiniuose įrenginiuose. Reti rezistoriai montuojami pačiame įrenginyje, dėl to rezistoriui prijungti tenka montuoti trumpiklius. Tokiu atveju, jei įrenginys atjungtas, linija visiškai nesutampa. O norint užtikrinti normalų likusios sistemos veikimą, reikia prijungti atitinkamą kištuką.
RS-485 prievadas naudoja subalansuotą duomenų perdavimo schemą, tai yra, įtampos lygiai signalų grandinėse A ir B keisis priešfazėje.
Jutiklis turi užtikrinti 1,5 V signalo lygį esant pilnai apkrovai ir ne daugiau kaip 6 V, jei įrenginys veikia tuščiąja eiga. Įtampos lygis matuojamas skirtingai, kiekvienas signalo laidas kito atžvilgiu.
Ten, kur yra imtuvas, minimalus gaunamo signalo lygis bet kuriuo atveju turi būti ne mažesnis kaip 200 mV.
Jei signalo grandinėse nėra signalo, atsiranda nedidelis poslinkis, kuris apsaugo imtuvą nuo klaidingų aliarmų.
Ekspertai rekomenduoja šiek tiek didesnį nei 200 mV poslinkį, nes ši vertė atitinka įvesties signalo nepatikimumo zoną pagal standartą. Šiuo atveju grandinė A traukiama iki teigiamo šaltinio poliaus, o grandinė B traukiama iki bendrojo.
Skaičiavimas atliekamas atsižvelgiant į reikiamą maitinimo šaltinio poslinkį ir įtampą. Pavyzdžiui, jei norite gauti 250 mV poslinkį naudojant gnybtų rezistorius RT = 120 omų, atsižvelgiant į tai, kad šaltinio įtampa yra 12 V. Atsižvelgiant į tai, kad šiuo atveju du rezistoriai yra sujungti lygiagrečiai vienas kitam visiškai neatsižvelgiant į imtuvo apkrovą, poslinkio srovė yra 0,0042 A, o bendra poslinkio grandinės varža yra 2857 omai. R cm šiuo atveju bus maždaug 1400 omų, todėl reikia pasirinkti artimiausią vertę.
Kaip pavyzdį naudosime 1,5k poslinkio rezistorių ir išorinį 12 voltų rezistorių. Be to, mūsų sistema turi izoliuotą išėjimą nuo valdiklio maitinimo šaltinio, kuris yra pagrindinė grandinės segmento grandis.
Žinoma, yra daugybė kitų šališkumo įgyvendinimo variantų, kuriuose naudojamas RS-485 keitiklis ir kiti elementai, tačiau bet kokiu atveju, dedant šališkumo grandines, reikia atsižvelgti į tai, kad mazgas, kuris jį pateiks periodiškai išsijungs arba net galiausiai gali būti visiškai pašalintas iš tinklo.
Jei yra poslinkis, grandinės A visiškai tuščiosios eigos potencialas yra teigiamas grandinės B atžvilgiu, o tai yra orientyras, jei naujas įrenginys bus prijungtas prie kabelio be laidų ženklų.
Aukščiau pateiktų rekomendacijų įgyvendinimas leidžia pasiekti normalų elektros signalų perdavimą į įvairius tinklo taškus, jei naudojamas RS-485 protokolas. Jei nesilaikoma bent kai kurių reikalavimų, atsiranda signalo iškraipymai. Labiausiai pastebimi iškraipymai pradeda atsirasti, kai duomenų apsikeitimo greitis viršija 1 Mbit / s, tačiau iš tikrųjų net ir esant mažesniam greičiui, labai nerekomenduojama nepaisyti šių rekomendacijų, net jei tinklas „veikia normaliai“.
Yra keletas svarbių dalykų, į kuriuos reikia atsižvelgti programuojant įvairias programas, kurios veikia su įrenginiais, naudojantys RS-485 skirstytuvą, ir kitus įrenginius su šia sąsaja. Išvardinkime juos:
Ši sąsaja suteikia galimybę sujungti įrenginius „bus“ formatu, kai visi įrenginiai yra prijungti naudojant vieną laidų porą. Šiuo atveju ryšio linija turi būti suderinta su abiejų galų linijos pabaigos rezistoriais.
Siekiant užtikrinti atitikimą, šiuo atveju montuojami rezistoriai, kurių varža yra 620 omų. Jie visada įrengiami pirmame ir paskutiniame prie linijos prijungtame įrenginyje. Daugumoje šiuolaikinių įrenginių taip pat yra įmontuotas suderinimo pasipriešinimas, kuris, esant reikalui, gali būti įtrauktas į liniją, įrengiant specialų trumpiklį įrenginio plokštėje.
Kadangi trumpikliai iš pradžių montuojami pristatymo būsenoje, pirmiausia turite juos pašalinti atitinkamai iš visų įrenginių, išskyrus pirmąjį ir paskutinįjį, prijungtą prie linijos. S2000-PI modelio kartotuvo keitikliuose kiekvienam atskiram išėjimui suderinimo varža įjungiama jungikliu, o S2000-KS ir S2000-K įrenginiai pasižymi įmontuotu suderinimo pasipriešinimu, dėl kurio yra jo prijungimui nereikia trumpiklio.
Norint užtikrinti ilgesnę ryšio liniją, rekomenduojama naudoti specializuotus kartotuvus-retransliatorius su visiškai automatiniu transmisijos krypties perjungimu.
Bet kokie ryšiai RS-485 linijoje yra nepageidautini, nes tokiu atveju yra gana stiprus signalo iškraipymas, tačiau praktiniu požiūriu jie gali būti toleruojami, jei yra trumpas čiaupo ilgis. Šiuo atveju nebūtina montuoti baigiamųjų rezistorių atskirose šakose.
RS-485 paskirstymo sistemoje, kuri valdoma iš pulto, jei pastarasis ir įrenginiai yra prijungti prie tos pačios linijos, bet maitinami iš skirtingų šaltinių, reikės sujungti visų įrenginių ir pulto 0 V grandines. siekiant užtikrinti jų potencialo išlyginimą. Jei šio reikalavimo nesilaikoma, nuotolinio valdymo pultas gali turėti nestabilų ryšį su įrenginiais. Jei reikia naudoti kabelį su keliomis susuktomis laidų poromis, tai prireikus potencialo išlyginimo grandinei galima naudoti visiškai laisvą porą. Be kita ko, taip pat galima naudoti ekranuotą vytos porą, jei skydas neįžemintas.
Daugumoje per potencialų išlyginimo laidą praeina gana maža srovė, tačiau jei 0 V įrenginiai arba patys maitinimo šaltiniai yra prijungti prie kelių vietinių įžeminimo magistralių, potencialų skirtumas tarp skirtingų 0 V grandinių gali būti keli vienetai. , o kai kuriais atvejais net keliasdešimt voltų, tuo tarpu potencialų išlyginimo grandine tekanti srovė gali būti gana reikšminga. Tai yra dažna priežastis, dėl kurios tarp nuotolinio valdymo pulto ir įrenginių yra nestabilus ryšys, dėl kurio jie gali net sugesti.
Būtent dėl šios priežasties būtina atmesti galimybę įžeminti 0 V grandinę arba maksimaliai įžeminti šią grandinę tam tikrame taške. Taip pat reikia apsvarstyti galimybę sujungti 0 V įtampą su apsaugine įžeminimo grandine, kuri yra įrangoje, kuri naudojama signalizacijos sistemoje.
Objektuose, kuriems būdinga gana stipri elektromagnetinė aplinka, šį tinklą galima prijungti per „ekranuotą vytos poros“ kabelį. Šiuo atveju gali būti trumpesnis diapazonas, nes kabelio talpa yra didesnė.
Pramoniniams tikslams, bevielis duomenų linijos niekada negali visiškai pakeisti laidinis... Tarp pastarųjų vis dar yra labiausiai paplitęs ir patikimas Serijinė sąsaja
Rs
-485
... O labiausiai nuo išorinių poveikių apsaugotų ir įvairios konfigūracijos bei integracijos laipsnio siųstuvų-imtuvų gamintojas, savo ruožtu, išlieka įmone.Maksimas
Integruota
.
Nepaisant augančio belaidžių tinklų populiarumo, patikimiausią ir stabiliausią ryšį, ypač atšiauriomis darbo sąlygomis, užtikrina laidiniai. Tinkamai suprojektuoti laidiniai tinklai užtikrina efektyvų ryšį pramoninėse programose ir pramonės valdymo sistemose, tuo pačiu užtikrinant atsparumą trukdžiams, elektrostatinėms iškrovoms ir viršįtampiams. Dėl išskirtinių RS-485 sąsajos savybių ji plačiai naudojama pramonėje.
RS-485 siųstuvas-imtuvas yra labiausiai paplitusi fizinio lygmens sąsaja, skirta diegti nuosekliuosius duomenų tinklus atšiauriose aplinkose pramonės ir pastatų valdymo sistemose. Šis nuosekliosios sąsajos standartas užtikrina greitą ryšį gana dideliu atstumu per vieną diferencialinę liniją (vytos poros). Pagrindinė RS-485 naudojimo pramonėje ir automatizuotose pastatų valdymo sistemose problema yra ta, kad elektros pereinamieji procesai, atsirandantys dėl greito indukcinių apkrovų perjungimo, elektrostatinių iškrovų, taip pat viršįtampių, veikiančių automatizuotų valdymo sistemų tinklus, gali iškraipyti perduodamą signalą. duomenis arba sukelti jų gedimą.
Šiuo metu yra kelių tipų duomenų perdavimo sąsajos, kurių kiekviena yra skirta konkrečioms programoms, atsižvelgiant į reikiamą parametrų rinkinį ir protokolo struktūrą. Serijinės sąsajos apima CAN, RS-232, RS-485 / RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI ir SMBus, tačiau RS-485 ir RS-422 vis dar yra patikimiausi. sąlygos.
RS-485 ir RS-422 sąsajos daugeliu atžvilgių yra panašios, tačiau jos turi keletą reikšmingų skirtumų, į kuriuos būtina atsižvelgti projektuojant duomenų perdavimo sistemas. Pagal TIA / EIA-422 standartą, RS-422 sąsaja yra skirta pramoninėms reikmėms su vienu duomenų magistralės valdikliu, prie kurio galima prijungti iki 10 pavaldinių (1 pav.). Jis užtikrina perdavimą iki 10 Mbps greičiu naudojant vytos poros kabelį, kuris pagerina atsparumą triukšmui ir pasiekia didžiausią įmanomą duomenų perdavimo diapazoną ir greitį. Tipiškos RS-422 taikymo sritys yra pramoninių procesų automatizavimas (chemijos gamyba, maisto perdirbimas, popieriaus gamyklos), integruota gamybos automatizacija (automobilių ir metalo apdirbimo pramonėje), vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos, apsaugos sistemos, variklio valdymas ir objektų judėjimo kontrolė.
RS-485 suteikia daugiau lankstumo leisdama kelis pagrindinius įrenginius vienoje magistralėje ir padidindama maksimalų įrenginių skaičių magistralėje nuo 10 iki 32. Pagal TIA / EIA-485 standartą RS-485 turi platesnę bendrojo režimo įtampą. diapazonas (-7 ... 12 V vietoj ± 7 V) ir šiek tiek mažesnis diferencinės įtampos diapazonas (± 1,5 V vietoj ± 2 V), kuris užtikrina pakankamą imtuvo signalo lygį esant maksimaliai linijos apkrovai. Naudodamiesi išplėstinėmis daugialypės terpės duomenų magistralės galimybėmis, galite sukurti įrenginių, prijungtų prie vieno, tinklus nuoseklusis prievadas RS-485. Dėl didelio atsparumo triukšmui ir kelių numetimų galimybių RS-485 yra geriausia nuoseklioji sąsaja, skirta naudoti pramoninėse paskirstytose sistemose, prijungtose prie programuojamo loginio valdiklio (PLC), grafikos valdiklio (HMI) ar kitų duomenų rinkimo valdiklių. Kadangi RS-485 yra išplėstinė RS-422 versija, visus RS-422 įrenginius galima prijungti prie magistralės, valdomos RS-485 pagrindinio įrenginio. Įprastos RS-485 programos yra panašios į pirmiau išvardytas RS-422, o RS-485 naudojamas dažniau dėl jo pažangių galimybių.
TIA / EIA-485 standartas leidžia naudoti RS-485 atstumu iki 1200 m. Mažesniais atstumais duomenų perdavimo sparta yra didesnė nei 40 Mbps. Naudojant diferencialinį signalą, RS-485 sąsaja yra ilgesnė, tačiau perdavimo sparta mažėja ilgėjant linijos ilgiui. Bodų spartą taip pat įtakoja linijos laidų skerspjūvio plotas ir prie jo prijungtų įrenginių skaičius. Rekomenduojama naudoti RS-485 siųstuvus-imtuvus su įmontuota aukšto dažnio korekcijos funkcija, pvz., MAX3291, jei reikia gauti tiek ilgo nuotolio, tiek didelės duomenų perdavimo spartos. RS-485 sąsaja gali būti naudojama pusiau dvipusiu režimu, naudojant vieną susuktą laidų porą, arba visiško dvipusio režimo režimu, tuo pačiu metu perduodant ir priimant duomenis, kuris suteikiamas naudojant dvi vytas poras (keturis laidus). RS-485 gali palaikyti iki 32 siųstuvų ir iki 32 imtuvų. Tačiau naujos kartos siųstuvų-imtuvų IC turi didesnę įėjimo varžą, todėl imtuvo linijos apkrovą galima sumažinti nuo 1/4 iki 1/8 standartinės vertės. Pavyzdžiui, naudojant siųstuvą-imtuvą MAX13448E, imtuvų, prijungtų prie RS-485 magistralės, skaičių galima padidinti iki 256. Naudodami patobulintą RS-485 multidrop sąsają, galite tinkle sujungti kelis įrenginius, prijungtus prie to paties nuosekliojo prievado, kaip parodyta paveikslėlyje. 2.
Imtuvo jautris yra ± 200 mV. Todėl norint atpažinti vieną duomenų bitą, signalo lygiai imtuvo prijungimo taške turi būti didesni nei +200 mV nuliui ir mažesni nei -200 mV vienetui (3 pav.). Tokiu atveju imtuvas slopins trukdžius, kurių lygis yra ± 200 mV diapazone. Diferencialinė linija taip pat užtikrina veiksmingą bendrojo režimo atmetimą. Minimali imtuvo įėjimo varža yra 12 kOhm, siųstuvo išėjimo įtampa yra ± 1,5 ... ± 5 V diapazone.
Pramoninių sistemų projektuotojai susiduria su nelengvais iššūkiais, siekdami užtikrinti patikimą veikimą elektromagnetinėje aplinkoje, kuri gali sugadinti įrangą arba sutrikdyti skaitmeninių duomenų perdavimo sistemas. Vienas pavyzdys panašių sistemų yra automatinis valdymas technologinė įranga automatizuotoje pramonės įmonėje. Procesą valdantis valdiklis matuoja jo parametrus, taip pat aplinkos parametrus ir perduoda komandas vykdomiesiems įrenginiams arba generuoja avarinius pranešimus. Pramoniniai valdikliai, kaip taisyklė, yra mikroprocesoriniai įrenginiai, kurių architektūra yra optimizuota konkrečios pramonės įmonės problemoms spręsti. Tokių sistemų taškas į tašką duomenų linijas veikia stiprūs elektromagnetiniai trukdžiai iš aplinkos.
Pramoniniai DC / DC keitikliai veikia su aukšta įvesties įtampa ir suteikia izoliuotą įtampą iš įvesties, kad maitintų apkrovą. Paskirstytos sistemos įrenginiams, neturintiems savo maitinimo šaltinio, maitinti naudojama 24 arba 48 V nuolatinės srovės įtampa. Gnybtų apkrova tiekiama 12 arba 5 V, gaunama konvertuojant įėjimo įtampą. Sistemoms, kurios bendrauja su nuotoliniais jutikliais ar pavaromis, reikalinga apsauga nuo pereinamųjų procesų, elektromagnetinių trukdžių ir įžeminimo potencialų skirtumų.
Daugelis kompanijų, pvz., Maxim Integrated, labai stengiasi užtikrinti, kad pramoninėms reikmėms skirti IC būtų labai patikimi ir atsparūs atšiauriai elektromagnetinei aplinkai. Maxim RS-485 siųstuvai-imtuvai turi įmontuotą aukštos įtampos ESD ir apsaugą nuo viršįtampių ir yra keičiami karštuoju būdu neprarandant duomenų.
Elektrostatinė iškrova (ESD) atsiranda, kai susiliečia dvi priešingai įkrautos medžiagos, taip perduodamos statiniai krūviai ir susidaro kibirkštinis iškrovimas. ESD dažnai atsiranda, kai žmonės liečiasi su aplinka. Kibirkštinės iškrovos, atsirandančios dėl neatsargaus elgesio su puslaidininkiniais įtaisais, gali žymiai pabloginti jų charakteristikas arba visiškai sunaikinti puslaidininkių struktūrą. ESD gali atsirasti, pavyzdžiui, pakeičiant kabelį arba tiesiog paliečiant įvesties / išvesties prievadą ir prievadas gali būti išjungtas dėl vienos ar kelių sąsajos mikroschemų gedimo (4 pav.).
Tokie nelaimingi atsitikimai gali atnešti didelių nuostolių, nes padidina garantinio remonto išlaidas ir vartotojai jas suvokia kaip pasekmes. Prastos kokybės produktas. Pramoninėje gamyboje ESD yra rimta problema, kuri kasmet gali sukelti milijardus dolerių nuostolių. Realiomis sąlygomis ESD gali sukelti atskirų komponentų, o kartais ir visos sistemos gedimą. Duomenų sąsajoms apsaugoti galima naudoti išorinius diodus, tačiau kai kuriuose sąsajų IC yra įmontuoti ESD apsaugos komponentai ir jiems nereikia papildomų išorinių apsaugos grandinių. 5 paveiksle parodyta supaprastinta įterptosios ESD apsaugos grandinės funkcinė schema. Signalo linijos impulsai yra ribojami diodine apsauga prie maitinimo įtampos V CC ir įžeminimo ir taip apsaugo grandinės vidų nuo pažeidimų. Šiuo metu gaminami sąsajos lustai ir analoginiai jungikliai su įmontuota ESD apsauga paprastai atitinka IEC 61000-4-2.
„Maxim Integrated“ daug investavo į IC dizainą su patikima, įmontuota ESD apsauga ir šiuo metu yra RS-232–RS-485 siųstuvų-imtuvų lyderė. Šie įrenginiai atlaiko IEC 61000-4-2 ir JEDEC JS-001 ESD bandymo impulsus tiesiogiai įvesties / išvesties prievaduose. „Maxim“ ESD sprendimai yra patikimi, įperkami, neturi papildomų išorinių komponentų ir yra pigesni nei daugelis kitų. Visose šios įmonės gaminamose sąsajų mikroschemose yra įmontuoti elementai, kurie užtikrina kiekvieno išėjimo apsaugą nuo ESD, atsirandančio gamybos ir eksploatacijos metu. MAX3483AE / MAX3485AE siųstuvų-imtuvų šeima apsaugo siųstuvo ir imtuvo išėjimus nuo aukštos įtampos impulsų iki ± 20 kV. Tuo pačiu išlaikomas įprastas gaminių veikimo režimas, nereikia išjungti ir vėl įjungti maitinimo. Be to, integruotos ESD apsaugos užtikrina maitinimo įjungimą / išjungimą ir mažos galios budėjimo režimą.
Pramonėje RS-485 tvarkyklių įėjimai ir išėjimai yra linkę į gedimus dėl viršįtampių. Viršįtampių parametrai skiriasi nuo ESD – ESD trukmė paprastai yra iki 100 ns, o viršįtampių trukmė gali būti 200 μs ar daugiau. Viršįtampius gali sukelti laidų klaidos, prastos jungtys, pažeisti arba sugedę kabeliai ir litavimo lašeliai, kurie gali sudaryti laidžią jungtį tarp maitinimo ir signalo linijų spausdintinės plokštės arba jungtyje. Kadangi pramoninėse elektros energijos sistemose naudojama didesnė nei 24 V įtampa, standartiniai RS-485 siųstuvai-imtuvai, kurie nėra apsaugoti nuo viršįtampių, sugadins juos per kelias minutes ar net sekundes. Norint apsisaugoti nuo viršįtampių, įprastiems RS-485 sąsajos lustams reikalingi brangūs išoriniai įrenginiai, pagrįsti atskirais komponentais. RS-485 siųstuvai-imtuvai su integruota apsauga nuo viršįtampių gali atlaikyti iki ± 40, ± 60 ir ± 80 V bendrojo režimo duomenų linijų triukšmą. Maxim gamina RS-485 / RS-422 siųstuvų-imtuvų MAX13442E… MAX13444E liniją, kuri atlaiko nuolatinę srovę įėjimo įtampa ir išėjimai iki ± 80 V žemės atžvilgiu. Apsaugos funkcijos veikia nepriklausomai nuo esamos lusto būsenos – ar jis įjungtas, išjungtas ar budėjimo režimu – todėl šie siųstuvų-imtuvai yra patikimiausi pramonėje ir idealiai tinka pramoniniams tikslams. „Maxim“ siųstuvai-imtuvai išgyvena viršįtampą, atsirandančią dėl trumpojo maitinimo ir signalo linijų, laidų klaidų, netinkamų kištukų jungčių, sugedusių kabelių ir netinkamo naudojimo.
Svarbi RS-485 sąsajos mikroschemų charakteristika yra imtuvų atsparumas neapibrėžtoms linijos būsenoms, garantuojantis aukšto loginio lygio nustatymą imtuvo išėjime, kai įėjimai yra atidaryti arba uždaryti, taip pat kai visi siųstuvai yra prijungti prie linija pereina į neaktyvų režimą (didelės varžos išėjimų būsena). Uždarų duomenų linijos signalų imtuvo teisingo suvokimo problema išspręsta įvesties signalo slenksčius perkeliant į neigiamas -50 ir -200 mV įtampas. Jei imtuvo V A - V B įėjimo diferencinė įtampa yra didesnė arba lygi -50 mV, išėjimas R 0 nustatomas į aukštą lygį. Jei V A - V B yra mažesnis arba lygus -200 mV, išėjimas R 0 nustatomas į žemą lygį. Kai visi siųstuvai pereina į neaktyvią būseną ir linijoje yra nutraukimas, imtuvo diferencinė įėjimo įtampa yra artima nuliui, dėl to imtuvo išėjimas pakyla. Šiuo atveju atsparumo triukšmui riba įėjime yra 50 mV. Skirtingai nuo ankstesnės kartos siųstuvų-imtuvų, -50 ir -200 mV slenksčiai atitinka ± 200 mV reikšmes, nustatytas pagal EIA / TIA-485 standartą.
