W nowoczesnych technologiach coraz większego znaczenia nabiera wymiana informacji między różnymi urządzeniami. A do tego wymagane jest przesyłanie danych zarówno na krótkie odległości, jak i na duże odległości, rzędu kilometrów. Jednym z takich rodzajów transmisji danych jest komunikacja między urządzeniami za pośrednictwem interfejsu RS-485.
Jednym z najczęstszych przykładów wykorzystania urządzeń do wymiany danych jest. Liczniki elektryczne, połączone w jedną sieć, rozproszone są w szafkach, ogniwach rozdzielnice a nawet podstacje znajdujące się w znacznej odległości od siebie. W takim przypadku interfejs służy do wysyłania danych z jednego lub więcej urządzeń pomiarowych.
Aktywnie wdrażany jest system "jeden licznik - jeden modem" do przesyłania danych do służb przedsiębiorstw zajmujących się sprzedażą energii ze stacji pomiarowych domów prywatnych i małych przedsiębiorstw.
Inny przykład: odbieranie danych z zacisków zabezpieczeń przekaźników mikroprocesorowych w czasie rzeczywistym, a także scentralizowany dostęp do nich w celu dokonywania zmian. Dlaczego terminale są wiązane przez interfejs komunikacyjny w ten sam sposób, a dane z niego przesyłane są do komputera zainstalowanego u dyspozytora. W przypadku zadziałania zabezpieczenia personel operacyjny ma możliwość natychmiastowego uzyskania informacji o miejscu działania i rodzaju uszkodzenia obwodów elektroenergetycznych.
Jednak najtrudniejszym zadaniem rozwiązywanym przez interfejsy komunikacyjne jest scentralizowany system sterowania złożonymi procesami produkcyjnymi – zautomatyzowane systemy sterowania procesami. Operator zakładu przemysłowego ma na swoim biurku komputer, na ekranie którego widzi aktualny stan procesu: temperatury, wydajność, włączane i wyłączane jednostki, ich tryb pracy. I ma możliwość zarządzania tym wszystkim za pomocą lekkiego kliknięcia myszą.
Komputer natomiast komunikuje się ze sterownikami - urządzeniami, które zamieniają polecenia z czujników na język zrozumiały dla maszyny, a odwrotną transformację: z języka maszynowego na polecenia sterujące. Komunikacja ze sterownikiem, jak również pomiędzy różnymi sterownikami odbywa się poprzez interfejsy komunikacyjne.
Interfejs RS-232 jest młodszym bratem RS 485.Nie sposób nie wspomnieć choćby pokrótce o interfejsie RS-232, zwanym też szeregowym. Niektóre laptopy mają złącze dla odpowiedniego portu, a niektóre urządzenia cyfrowe (te same zaciski zabezpieczające przekaźnik) są wyposażone w wyjścia do komunikacji po RS-232.
Aby wymieniać informacje, musisz mieć możliwość ich przesyłania i odbierania. Mamy do tego nadajnik i odbiornik. Są obecne w każdym urządzeniu. Ponadto wyjście nadajnika jednego urządzenia (TX) jest połączone z wejściem odbiornika innego urządzenia (RX). I odpowiednio, sygnał porusza się w przeciwnym kierunku wzdłuż drugiego przewodnika w ten sam sposób.
Zapewnia to tryb komunikacji half-duplex, to znaczy odbiornik i nadajnik mogą pracować jednocześnie. Dane na kablu RS-232 mogą poruszać się jednocześnie w jednym i drugim kierunku.
Wadą tego interfejsu jest niska odporność na zakłócenia. Wynika to z faktu, że sygnał w kablu połączeniowym zarówno dla odbioru, jak i transmisji jest ukształtowany względem wspólnego przewodu - masy. Wszelkie zakłócenia, które występują nawet w kablu ekranowanym, mogą prowadzić do awarii komunikacji, utraty poszczególnych bitów informacji. A jest to niedopuszczalne w przypadku zarządzania złożonymi i kosztownymi mechanizmami, gdzie każdy błąd to wypadek, a utrata komunikacji to długi przestój.
Dlatego służy głównie do niewielkich tymczasowych połączeń laptopa z urządzeniem cyfrowym, na przykład w celu ustawienia początkowej konfiguracji lub naprawienia błędów.
Organizacja interfejsu RS-485.Główna różnica między RS-458 a RS-232 polega na tym, że wszystkie odbiorniki i nadajniki działają na jednej parze przewodów, która stanowi linię komunikacyjną. W tym przypadku przewód uziemiający nie jest używany, a sygnał w linii jest tworzony metodą różnicową. Przesyłany jest jednocześnie dwoma przewodami („A” i „B”) w formie odwrotnej.
Jeśli wyjście nadajnika jest logiczne „0”, to przewodnik „A” otrzymuje potencjał zerowy. Na przewodzie „B” powstaje sygnał „nie 0”, czyli „1”. Jeśli nadajnik nadaje „1”, jest odwrotnie.
W rezultacie otrzymujemy zmianę napięcia sygnału między dwoma przewodami, które są skrętką. Dowolny odbiór, dostając się do kabla, zmienia napięcie względem ziemi w ten sam sposób na obu przewodach pary. Ale napięcie sygnału użytecznego powstaje między przewodami i dlatego w ogóle nie cierpi z powodu potencjałów na nich.
Wszystkie urządzenia połączone interfejsem RS-485 mają tylko dwa zaciski: „A” i „B”. Aby połączyć się ze wspólną siecią, zaciski te są połączone w obwód równoległy. Aby to zrobić, układa się łańcuch kabli z jednego urządzenia do drugiego.
W takim przypadku konieczne staje się usprawnienie wymiany danych między urządzeniami poprzez ustalenie kolejności nadawania i odbioru oraz formatu przesyłanych danych. W tym celu używana jest specjalna instrukcja zwana protokołem.
Istnieje wiele protokołów wymiany danych przez interfejs RS-485, najczęściej używanym jest Modbas. Zastanówmy się pokrótce, jak działa najprostszy protokół i jakie inne problemy trzeba za jego pomocą rozwiązać.
Rozważmy na przykład sieć, w której jedno urządzenie zbiera dane z kilku źródeł danych. Może to być modem i grupa liczników energii elektrycznej. Aby wiedzieć, z którego licznika będą pochodzić dane, każdemu transceiverowi przypisywany jest numer, który jest unikalny dla tej sieci. Numer jest również przypisany do modemu nadawczo-odbiorczego.
Gdy przychodzi czas na zebranie danych o zużyciu energii, modem generuje żądanie. Najpierw wysyłany jest impuls startowy, zgodnie z którym wszystkie urządzenia rozumieją, że teraz nadchodzi słowo kodowe - paczka z ciągu zer i jedynek. W nim pierwsze bity będą odpowiadać numerowi abonenta w sieci, pozostałe będą danymi, na przykład poleceniem przesłania wymaganych informacji.
Wszystkie urządzenia odbierają wiadomość i porównują numer wywoływanego abonenta z własnym. Jeśli są zgodne, wykonywane jest polecenie przekazane jako część żądania. Jeśli nie, urządzenie ignoruje swój tekst i nic nie robi.
W takim przypadku w wielu protokołach odsyłane jest potwierdzenie przyjęcia polecenia do realizacji lub wykonania. Jeśli nie ma odpowiedzi, urządzenie nadawcze może powtórzyć żądanie określoną liczbę razy. Jeśli reakcja nie nastąpi, generowana jest informacja o błędzie związana z awarią kanału komunikacyjnego z cichym abonentem.
Odpowiedź może nie nastąpić, nie tylko w przypadku awarii. W przypadku silnych zakłóceń w kanale komunikacyjnym, który nadal tam przenika, polecenia mogą nie dotrzeć do celu. Są również zniekształcone i niepoprawnie rozpoznane.
Nie można dopuścić do nieprawidłowego wykonania polecenia, dlatego do danych przesyłki wprowadzana jest świadomie zbędna informacja - suma kontrolna. Oblicza się go zgodnie z pewnym prawem, określonym w protokole, po stronie nadawczej. W odbiorniku suma kontrolna jest obliczana według tej samej zasady i porównywana z przesłaną. Jeśli się zgadzają, odbiór jest uważany za udany i polecenie jest wykonywane. Jeśli nie, urządzenie wysyła komunikat o błędzie do strony nadawczej.
Kable typu skrętka służą do łączenia urządzeń z interfejsem RS-485. Chociaż do transmisji danych wystarcza jedna para przewodów, zwykle stosuje się kable z co najmniej dwoma, dzięki czemu powstaje rezerwa.
Dla lepszej ochrony przed zakłóceniami kable są ekranowane, a ekrany są ze sobą połączone na całej linii. W tym celu oprócz wniosków „A” i „B” na urządzeniach, które mają zostać połączone, znajduje się zacisk „COM”. Linia jest uziemiona tylko w jednym punkcie, zwykle w lokalizacji kontrolera, modemu lub komputera. Zabronione jest robienie tego w dwóch punktach, aby uniknąć przetworników, które nieuchronnie przejdą wzdłuż ekranu ze względu na różnicę potencjałów w punktach naziemnych.
Kable są połączone tylko szeregowo ze sobą, nie ma możliwości wykonania rozgałęzień. Aby dopasować linię, na jej końcu podłączony jest rezystor o rezystancji 120 omów (jest to impedancja charakterystyczna kabla).
Generalnie instalacja linii kablowych interfejsu jest prostym zadaniem. Dużo trudniej będzie ustawić sprzęt, co będzie wymagało osób o specjalnej wiedzy.
Dla lepszego zrozumienia działania interfejsu RS-485 proponujemy obejrzeć poniższy film:
RS-485 to standard, który został po raz pierwszy przyjęty przez Electronic Industries Association. Do tej pory norma ta uwzględnia właściwości elektryczne różnych odbiorników i nadajników używanych w różnych zrównoważonych systemach cyfrowych.
Wśród specjalistów RS-485 to nazwa dość popularnego interfejsu, który jest aktywnie wykorzystywany w różnych systemach sterowania procesami przemysłowymi do łączenia ze sobą kilku sterowników, a także wielu innych urządzeń. Główna różnica między tym interfejsem a równie powszechnym RS-232 polega na tym, że umożliwia łączenie kilku typów urządzeń jednocześnie.
Za pomocą RS-485 szybka wymiana informacji między kilkoma urządzeniami za pośrednictwem jednego linia dwuprzewodowa komunikacja w trybie half duplex. Znajduje szerokie zastosowanie w nowoczesnym przemyśle w procesie formowania systemów sterowania procesami.
Za pomocą tego standardu informacje są przesyłane z prędkością do 10 Mb/s, natomiast maksymalny możliwy zasięg będzie bezpośrednio zależał od prędkości, z jaką przesyłane są dane. W ten sposób, aby zapewnić maksymalną prędkość, dane mogą być przesyłane nie dalej niż 120 metrów, natomiast z prędkością 100 kbps informacje są przesyłane na odległość większą niż 1200 metrów.
Liczba urządzeń, które interfejs RS-485 może łączyć, będzie bezpośrednio zależeć od tego, jakie transceivery są używane w urządzeniu. Każdy nadajnik jest przeznaczony do jednoczesnego sterowania 32 standardowymi odbiornikami, jednak należy rozumieć, że istnieją odbiorniki, których impedancja wejściowa wynosi 50%, 25% lub nawet mniej niż standard, a jeśli taki sprzęt jest używany, łączna liczba urządzeń będzie odpowiednio zwiększyć.
Kabel RS-485 nie standaryzuje żadnego konkretnego formatu ramek informacji ani protokołu wymiany. W zdecydowanej większości przypadków używane są dokładnie te same ramki, których używa RS-232, to znaczy bity danych, bity stopu i startu oraz bit parzystości, jeśli to konieczne.
Działanie protokołów wymiany w większości nowoczesnych systemów odbywa się zgodnie z zasadą „master-slave”, to znaczy, że jakieś urządzenie w sieci jest masterem i przejmuje inicjatywę wysyłania żądań pomiędzy wszystkimi urządzeniami slave różniącymi się adresami logicznymi. Najpopularniejszym obecnie protokołem jest Modbus RTU.
Warto zauważyć, że kabel RS-485 również nie posiada określonego typu złącz czy wylutowania, czyli mogą być złącza terminalowe, DB9 i inne.
Najczęściej przy użyciu tego interfejsu istnieje sieć lokalna, która łączy kilka transceiverów jednocześnie.
Podłączając RS-485 należy poprawnie połączyć obwody sygnałowe, zwykle nazywane A i B. W tym przypadku odwrócenie polaryzacji nie jest takie straszne, tylko podłączone urządzenia nie będą działać.
Korzystając z interfejsu RS-485 należy wziąć pod uwagę kilka cech jego działania:
Zastosowanie rezystorów terminujących, standardowego lub USB RS-485 zapewnia pełne dopasowanie otwartego końca kabla z kolejną linią, całkowicie eliminując możliwość odbicia sygnału.
Rezystancja nominalna rezystorów odpowiada impedancji falowej kabla i dla kabli opartych na skrętce w większości przypadków wynosi około 100-120 omów. Na przykład dość popularny dziś kabel UTP-5, który jest aktywnie wykorzystywany w procesie układania Ethernetu, ma charakterystyczną impedancję 100 omów. W przypadku innych opcji kabli można zastosować inne parametry.
Rezystory w razie potrzeby można przylutować na stykach złączy kabli już w urządzeniach końcowych. Rzadko w samym urządzeniu montuje się rezystory, w wyniku czego do podłączenia rezystora należy założyć zworki. W takim przypadku, jeśli urządzenie jest wyłączone, linia jest całkowicie niedopasowana. Aby zapewnić normalne działanie reszty systemu, należy podłączyć pasującą wtyczkę.
Port RS-485 wykorzystuje zrównoważoną transmisję danych, to znaczy poziomy napięć na obwodach sygnałowych A i B będą zmieniać się w przeciwfazie.
Czujnik powinien zapewniać poziom sygnału 1,5 V przy pełnym obciążeniu i nie większy niż 6 V na biegu jałowym. Poziom napięcia jest mierzony różnicowo, każdy przewód sygnałowy względem drugiego.
Tam, gdzie znajduje się odbiornik, minimalny poziom odbieranego sygnału powinien w każdym przypadku wynosić co najmniej 200 mV.
W przypadku braku sygnału w obwodach sygnałowych następuje niewielkie przesunięcie, które chroni odbiornik przed przypadkami błędnej obsługi.
Eksperci zalecają przesunięcie nieco większe niż 200 mV, ponieważ wartość ta odpowiada strefie niepewności sygnału wejściowego zgodnie z normą. W tym przypadku obwód A jest doprowadzony do dodatniego bieguna źródła, a obwód B jest doprowadzony do masy.
Zgodnie z wymaganym offsetem i napięciem zasilania, obliczenia są przeprowadzane, np. jeśli potrzebujesz uzyskać offset 250 mV przy użyciu rezystorów końcowych RT = 120 Ohm, podczas gdy źródło ma napięcie 12 V. Biorąc pod uwagę że w tym przypadku dwa oporniki są połączone równolegle ze sobą i bez żadnego względu na obciążenie po stronie odbiornika, prąd polaryzacji wynosi 0,0042 A, podczas gdy całkowita rezystancja obwodu polaryzacji wynosi 2857 omów. R cm w tym przypadku będzie wynosić około 1400 omów, więc musisz wybrać najbliższą wartość.
Jako przykład zostanie użyty rezystor polaryzacji 1,5 kΩ, a także zewnętrzny rezystor 12 woltów. Dodatkowo w naszym systemie znajduje się izolowane wyjście zasilacza sterownika, które jest wiodącym ogniwem w swoim segmencie obwodu.
Oczywiście istnieje wiele innych opcji implementacji biasu, które wykorzystują konwerter RS-485 i inne elementy, ale w każdym przypadku umieszczając obwody biasu należy liczyć się z tym, że węzeł, który go dostarczy będzie okresowo wyłączał się lub nawet ostatecznie może zostać całkowicie usunięty z sieci.
Jeśli występuje odchylenie, wówczas potencjał obwodu A na pełnym biegu jałowym jest dodatni w stosunku do obwodu B, co jest wskazówką, jeśli nowe urządzenie jest podłączone do kabla bez oznaczeń przewodów.
Realizacja powyższych zaleceń pozwala uzyskać normalną transmisję sygnałów elektrycznych do różnych punktów w sieci, jeśli podstawą jest protokół RS-485. Jeśli co najmniej jedno z wymagań nie zostanie spełnione, wystąpi zniekształcenie sygnału. Najbardziej zauważalne zniekształcenia zaczynają się pojawiać, gdy szybkość wymiany danych przekracza 1 Mbit / s, ale w rzeczywistości, nawet w przypadku niższych prędkości, zdecydowanie zaleca się, aby nie zaniedbywać tych zaleceń, nawet jeśli sieć „już działa normalnie. "
Podczas programowania różnych aplikacji współpracujących z urządzeniami wykorzystującymi rozdzielacz RS-485 oraz innymi urządzeniami z tym interfejsem należy wziąć pod uwagę kilka ważnych punktów. Wymieńmy je:
Interfejs ten daje możliwość łączenia urządzeń w formacie „bus”, gdy wszystkie urządzenia są połączone jedną parą przewodów. W takim przypadku linia komunikacyjna musi koniecznie być dopasowana przez rezystory terminujące na dwóch końcach.
Aby zapewnić dopasowanie, w tym przypadku instalowane są rezystory charakteryzujące się rezystancją 620 omów. Są zawsze instalowane na pierwszym i ostatnim urządzeniu podłączonym do linii. W zdecydowanej większości nowoczesnych urządzeń jest też wbudowany opornik zakończeniowy, który w razie potrzeby można podłączyć do linii poprzez założenie specjalnej zworki na płytce urządzenia.
Ponieważ zworki są początkowo zainstalowane w stanie fabrycznym, należy je najpierw usunąć odpowiednio ze wszystkich urządzeń, z wyjątkiem pierwszego i ostatniego podłączonego do linii. W konwerterach typu S2000-PI dla każdego pojedynczego wyjścia rezystancja terminująca włączana jest przełącznikiem, natomiast urządzenia S2000-KS i S2000-K charakteryzują się wbudowaną rezystancją terminującą, w wyniku której do podłączenia nie jest wymagana zworka.
W celu zapewnienia dłuższej linii komunikacyjnej zaleca się stosowanie specjalistycznych repeaterów-repeaterów wyposażonych w pełni automatyczne przełączanie kierunek transmisji.
Ewentualne odczepy w linii RS-485 są niepożądane, ponieważ w tym przypadku mamy do czynienia z dość silnymi zniekształceniami sygnału, ale z praktycznego punktu widzenia można je tolerować przy niewielkiej długości odczepu. W takim przypadku instalowanie terminatorów na poszczególnych gałęziach nie jest wymagane.
W systemie dystrybucyjnym RS-485 sterowanym za pomocą pilota, jeśli ten ostatni i urządzenia są podłączone do tej samej linii, ale są zasilane z różnych źródeł, konieczne będzie połączenie obwodów 0 V wszystkich urządzeń i pilota w w celu zapewnienia ich potencjalnego wyrównania. Jeśli to wymaganie nie jest spełnione, to w takim przypadku pilot może mieć niestabilne połączenie z urządzeniami. Jeśli ma być użyty kabel z kilkoma skręconymi parami żył, w razie potrzeby do obwodu wyrównania potencjałów można użyć całkowicie wolnej pary. Między innymi możliwe jest również zastosowanie ekranowanej skrętki w przypadku braku uziemienia ekranu.
W przeważającej większości prąd płynący przez przewód wyrównujący potencjał jest dość mały, jednak jeśli urządzenia 0 V lub same zasilacze są podłączone do kilku lokalnych szyn uziemiających, różnica potencjałów między różnymi obwodami 0 V może wynosić kilka jednostek, aw niektórych przypadkach nawet dziesiątki woltów, podczas gdy prąd płynący przez obwód wyrównania potencjału może być dość znaczny. To jest właśnie częsty powód niestabilnego połączenia między pilotem a urządzeniami, w wyniku którego mogą nawet zawieść.
Z tego powodu konieczne jest wykluczenie możliwości uziemienia obwodu 0 V lub maksymalnie uziemienie tego obwodu w określonym punkcie. Należy również wziąć pod uwagę możliwość istnienia związku pomiędzy 0 V a obwodem ochronnym występującym w sprzęcie stosowanym w systemie alarmowym.
W obiektach, które charakteryzują się dość trudnym środowiskiem elektromagnetycznym, możliwe jest połączenie tej sieci za pomocą ekranowanej skrętki dwużyłowej. W takim przypadku może występować krótsza granica odległości, ponieważ pojemność kabla jest wyższa.
Komunikacja sieciowa jest prowadzona za pomocą skrętki dwużyłowej kategorii 5. Kontrolery są ze sobą połączone zgodnie z topologią „magistrali”, tj. kolejno jeden po drugim.
Prawidłowe działanie sieci (zwłaszcza przy użyciu długich kabli) jest możliwe tylko wtedy, gdy pomiędzy wszystkimi transceiverami jest tylko jedna linia („topologia magistrali”).
Linia może zawierać do 32 urządzeń (dla standardowej jednostki ładunkowej lub więcej dla - ¼ ładunku), rozmieszczonych w dowolnym miejscu na całej jej długości. Urządzenia należy podłączać do linii bardzo krótkimi przewodami (nie dłuższymi niż 30 cm), aby uniknąć rozszczepienia Y.
W praktyce jednak długość tę można zwiększyć do kilku metrów. W większości przypadków problem złożonej konfiguracji można rozwiązać za pomocą wzmacniaczy interfejsu.
Linie transmisji sygnału muszą znajdować się w odległości co najmniej 50 cm od kabli zasilających, zwłaszcza od kabli obciążeniowych. Co więcej, nie należy ich układać w tym samym oplocie z tymi kablami lub kablami, przez które przepływają duże prądy. może to prowadzić do zakłóceń i błędów.
Przecięcie linii sił powinno znajdować się pod kątem 90 stopni. Zabronione jest splatanie par skręconych oraz stosowanie „skrętek”. Do okablowania zaleca się stosowanie kabli o dwóch do czterech skręconych parach w celu:
Standard RS485 zapewnia pracę urządzeń na linii o długości do 1,2 km. Ta wartość jest maksymalna. W praktyce zaleca się stosowanie linii o długości nie większej niż 500 m. Przy budowie systemów z długimi liniami należy zachować szczególną ostrożność przy wyborze kabla o odpowiednim przekroju.
Używany kabel musi dostarczać co najmniej 0,2 V na terminatorze 120 omów na drugim końcu linii, jeśli wyjście nadajnika wynosi 2 V. Nie zaleca się stosowania kabli mniejszych niż 22 AWG.
Do zdalne sterowanie obiekty czy monitorowanie parametrów czujników ze sterowni jest obecnie szeroko stosowane przez komputery osobiste. W przemyśle do tych celów wykorzystywany jest interfejs RS485, który umożliwia podłączenie do 32 transceiverów za pomocą skrętki na odległość do 1200 metrów z prędkością do 10 Mb/s. Możesz przeczytać więcej o tym interfejsie we Wszystko byłoby w porządku, ale komputery nie są wyposażone w takie interfejsy. Interfejs RS232 i to w nowoczesnych komputerach można spotkać dość rzadko. Ale port USB jest dostępny w prawie każdym.
Autor podaje praktyczny schemat wirtualnego adaptera Port USB w RS485. Jak również RS485 Port szeregowy USART znaleziony w PIC18F8720 i wielu innych mikrokontrolerach. Ryc.1. Piękno wirtualnego portu USB polega na tym oprogramowanie na komputerze można pisać jak dla portu RS232. A to oznacza, że będzie można zarządzać portem za pomocą kontrolki takiej jak MSComm. W tym artykule program sterujący komputera nie jest uwzględniony, dlatego dane z komputera wyślemy za pomocą terminala COMPump. Szczegółowy opis pracę z tym terminalem omówiono w artykule Wirtualny port USB/RS-232, w artykule omówiono również instalację sterownika. Z punktu widzenia oprogramowania nie różni się niczym od USB/RS485, chociaż RS232 to transceiver full duplex, a RS485 half duplex.
Tak więc sterownik USB / RS485 różni się od USB / RS232 przez zastąpienie układu DD2 fig1 w artykule ADM213EARS układem D103 typu SN75176 fig1 z tego artykułu. Ten układ jest kompletnym transceiverem RS485 half-duplex, sterownik wyjściowy jest zaprojektowany dla prądu +-60mA. Mikroukład posiada wbudowane zabezpieczenie przed przegrzaniem na poziomie 150g.S. Minimalna impedancja wejściowa 12k, czułość wejściowa 200mV. i histereza wejściowa 50mV. Algorytm działania odbiornika i nadajnika podano w tabelach 1.2. Układ wirtualnego sterownika D101 (FT232BM) umożliwia podłączenie układu SN75176 bez zmiany interfejsu oprogramowania i pracę z portem RS485 w trybie half-duplex. Jedynym niuansem, który należy wziąć pod uwagę przy tworzeniu programu na komputerze, jest to, że podczas transmisji bajtu przez interfejs, otrzymamy przesyłany bajt w odbiorniku, tzw. echo. Interfejs RS485 przeznaczony jest do łączenia transceiverów za pomocą skrętki na odległość do 1200 metrów, jednak w warunkach silnych zakłóceń przewód należy umieścić w ekranie.
Tabela 1. nadajnik
| D | DE | A | b |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
Tabela 2. odbiorca
| A-B | Inw.RE | r |
| Wid>=0.2v | 0 | 1 |
-0,2v | 0
|
?
|
|
| Wid<=-0,2в | 0 | 0 |
| x | 1 | Z |
| otwarty | 0 | ? |
RYS. 1
W miejsce urządzenia sterującego konieczne jest również zainstalowanie chipa nadawczo-odbiorczego D3 (SN75176). Ponieważ sami piszemy sterownik dla mikrokontrolera, przełączamy się z odbioru na transmisję na pinie 39 portu PORTJ4. Na schemacie z rysunku 1 układ D2 działa jako 10-bitowy konwerter analogowo-cyfrowy. Program podany w formacie HEX przedstawia tabela 3.
Algorytm jego pracy jest następujący. Programuj co 21 µs. odczytuje dane z wejścia ADC i zapisuje do wewnętrznego bufora składającego się z 79 bajtów. Po około 1,7ms. Bufor jest całkowicie wypełniony i proces się powtarza. W celu odczytania tego bufora z komputera konieczne jest przesłanie adresu tego urządzenia. W naszym przypadku jest to 0x0A. Po otrzymaniu adresu mikrokontroler wyśle 79 bajtów do komputera. Adresowanie jest konieczne, jeśli więcej niż jeden obiekt sterowania będzie podłączony do linii RS485.
Całe urządzenie zostało wykonane na płytce stykowej, poza mikrokontrolerem. Do tego konieczne jest wykonanie płytki drukowanej, aby móc przylutować do niej wyprowadzenia. Ponieważ ten mikrokontroler ma obudowę TQFP80 o wymiarach 12x12mm i ma 80 pinów. Płytka drukowana pokazana na rysunku 2 jest wykonana z jednostronnego włókna szklanego o grubości 0,5 mm i wymiarach 35x35 mm. Pożądane jest lutowanie tego mikroukładu za pomocą stacji lutowniczej powietrza.
Standard RS-485 został po raz pierwszy przyjęty przez Electronic Industries Association. Dziś dokonuje przeglądu charakterystyk elektrycznych różnych odbiorników i nadajników stosowanych w zrównoważonych systemach cyfrowych.
Co to za standard?
RS-485 to nazwa dobrze znanego interfejsu, który jest aktywnie wykorzystywany we wszelkiego rodzaju systemach sterowania procesami przemysłowymi w celu łączenia ze sobą niektórych sterowników i wielu innych urządzeń. Główna różnica między tym interfejsem a RS-232 polega na tym, że wiąże się to z łączeniem kilku typów urządzeń jednocześnie. W przypadku korzystania z RS-485, szybka komunikacja między kilkoma urządzeniami jest gwarantowana przez użycie pojedynczej dwuprzewodowej linii komunikacyjnej w trybie half-duplex. Zajmuje się tworzeniem systemów sterowania procesami w nowoczesnym przemyśle.
Zasięg i prędkość
Przy pomocy prezentowanego standardu możliwe jest osiągnięcie transmisji informacji z prędkością do 10 Mb/s. Należy zauważyć, że w tym przypadku maksymalny możliwy zasięg zależy bezpośrednio od szybkości transmisji danych. Należy zauważyć, że aby zapewnić maksymalną prędkość, informacje nie mogą być przesyłane dalej niż 120 metrów. Jednocześnie z prędkością 100 kb/s przesyłane są dane na ponad 1200 metrów.
Liczba podłączonych urządzeń
Liczba urządzeń, które interfejs RS-485 może łączyć bezpośrednio, zależy od tego, które transceivery są w nie zaangażowane. Każdy nadajnik zapewnia określone sterowanie 32 standardowymi odbiornikami. To prawda, należy mieć świadomość, że istnieją odbiorniki o impedancji wejściowej, która różni się o 50%, 25% lub mniej od standardowej. Jeśli korzystasz z tego sprzętu, całkowita liczba urządzeń odpowiednio wzrasta.
Złącza i protokoły
Kabel RS-485 nie jest w stanie standaryzować żadnego określonego formatu ramki informacyjnej ani protokołu komunikacyjnego. Z reguły do translacji wykorzystywane są podobne ramki, jak w przypadku RS-232. Innymi słowy, bity danych, bity stopu i startu oraz bit parzystości, jeśli to konieczne. Jeśli chodzi o działanie protokołów wymiany, to w większości nowoczesnych systemów odbywa się to na zasadzie „master-slave”. Oznacza to, że dane urządzenie w sieci pełni rolę mastera i inicjatora wymiany żądań wysyłania między urządzeniami slave, różniącymi się od siebie adresami logicznymi. Najbardziej znanym protokołem jest obecnie Modbus RTU. Należy zauważyć, że kabel RS-485 nie posiada określonego typu złącza ani pinoutu. Innymi słowy, są złącza terminalowe, DB9 i inne.
Połączenie
Często za pomocą prezentowanego interfejsu istnieje sieć lokalna, która łączy jednocześnie kilka typów transceiverów. Przy wykonywaniu połączenia RS-485 konieczne jest prawidłowe połączenie ze sobą obwodów sygnałowych. Z reguły są one nazywane A i B. Tak więc odwrócenie polaryzacji nie ma się czym martwić, po prostu podłączone urządzenia przestają działać.
Korzystając z interfejsu RS-485 należy uwzględnić pewne cechy jego działania. W związku z tym zalecenia są następujące:
1. Optymalnym medium do transmisji sygnału jest kabel oparty na skrętce.
2. Końce przewodu należy stłumić za pomocą specjalistycznych rezystorów końcowych.
3. Sieć wykorzystująca standard lub USB RS-485 powinna być ułożona bez rozgałęzień w topologii magistrali.
4. Urządzenia należy podłączać do kabla przewodami o możliwie najkrótszej długości.
Koordynacja
Za pomocą terminatorów, standard lub USB RS-485 gwarantuje pełne dopasowanie otwartego końca przewodu z kolejną linią. To całkowicie eliminuje możliwość odbicia sygnału. Nominalna rezystancja rezystorów związana z impedancją charakterystyczną kabla i przewodów opartych na skrętce wynosi z reguły około 100-120 omów. Przykładowo, obecnie znany kabel UTP-5, często wykorzystywany w procesie instalacji Ethernet, ma charakterystyczną impedancję 100 omów.
Jeśli chodzi o inne opcje kabli, można zastosować inną ocenę. W razie potrzeby rezystory można przylutować do styków złącza kabla w urządzeniach końcowych. Rzadko w samym sprzęcie montuje się rezystory, w wyniku czego do podłączenia rezystora konieczne jest założenie zworek. W takim przypadku, gdy urządzenie jest podłączone, linia jest niedopasowana. Aby zapewnić normalne funkcjonowanie reszty systemu, musisz podłączyć pasującą wtyczkę.
Poziomy sygnału
Port RS-485 przyjmuje zrównoważony schemat transmisji danych. Innymi słowy, poziomy napięć w obwodach sygnałowych A i B zmieniają się w przeciwfazie. Za pomocą czujnika zapewniony jest poziom sygnału 1,5 V, biorąc pod uwagę maksymalne obciążenie. Ponadto na biegu jałowym dostarczane jest nie więcej niż 6 V. Poziom napięcia jest mierzony różnicowo. W miejscu lokalizacji odbiornika minimalny poziom odbieranego sygnału musi wynosić co najmniej 200 mV.
Stronniczość
Gdy w obwodach sygnałowych nie jest obserwowany żaden sygnał, stosowane jest niewielkie odchylenie. Zapewnia ochronę odbiornika w przypadku fałszywego alarmu. Eksperci zalecają przesunięcie nieco większe niż 200 mV, ponieważ ta wartość jest uważana za odpowiadającą strefie niepewności sygnału wejściowego zgodnie z normą. W takiej sytuacji obwód A zbliża się do dodatniego bieguna źródła, a obwód B jest podciągany do wspólnego.
Przykład
Na podstawie wymaganego biasu i napięcia zasilania obliczane są wartości rezystorów. Na przykład, jeśli chcesz uzyskać przesunięcie 250 mV z rezystorami końcowymi, RT = 120 omów. Należy zauważyć, że źródło ma napięcie 12 V. Biorąc pod uwagę fakt, że w tym przypadku dwa rezystory są połączone równolegle i nie uwzględniają obciążenia z odbiornika, prąd polaryzacji osiąga 0,0042. Jednocześnie całkowita rezystancja obwodu polaryzacji wynosi 2857 omów. Rcm w tym przypadku wyniesie około 1400 omów. Dlatego musisz wybrać najbliższy nominał. Przykładem będzie rezystor 1,5 kΩ. Jest niezbędny do przemieszczenia. Dodatkowo zastosowano zewnętrzny rezystor 12 woltów.
Należy również zauważyć, że układ posiada izolowane wyjście zasilania sterownika, które jest głównym ogniwem we własnym segmencie obwodu. Co prawda istnieją inne opcje wykonania offsetu, w które zaangażowany jest konwerter RS-485 i inne elementy, należy jednak liczyć się z tym, że węzeł dostarczający offset czasami się wyłączy lub w końcu zostanie całkowicie usunięty z sieci . Gdy występuje przesunięcie, zakłada się, że potencjał obwodu A na pełnym biegu jałowym jest dodatni w stosunku do obwodu B. Działa to jako wskazówka, gdy nowy sprzęt jest podłączany do kabla bez użycia oznaczeń przewodów.
Błędne okablowanie i zniekształcenia
Realizacja wskazanych powyżej zaleceń pozwala na uzyskanie prawidłowej transmisji sygnałów elektrycznych do różnych punktów sieci przy wykorzystaniu jako podstawy protokołu RS-485. Jeśli co najmniej jedno z wymagań nie jest spełnione, pojawia się zniekształcenie sygnału. Najbardziej zauważalne zniekształcenia pojawiają się przy kursie wymiany informacji powyżej 1 Mb/s. To prawda, że nawet przy niższych prędkościach nie zaleca się lekceważenia tych wskazówek. Ta zasada obowiązuje również podczas normalnej pracy sieci.
Jak programować?
Programując różne aplikacje współpracujące z urządzeniami wykorzystującymi rozgałęźnik RS-485 oraz innymi urządzeniami z prezentowanym interfejsem należy wziąć pod uwagę kilka ważnych punktów.
Przed rozpoczęciem doręczenia przesyłki konieczne jest aktywowanie nadajnika. Warto zauważyć, że według niektórych źródeł wystawienie może nastąpić od razu po aktywacji. Mimo to niektórzy eksperci radzą najpierw wstrzymać, równą w czasie prędkość transmisji jednej klatki. W takim przypadku poprawny program odbiorczy może mieć czas na pełną identyfikację błędów procesu przejściowego, który jest w stanie przeprowadzić procedurę normalizacji i przygotować się do kolejnego odbioru danych.
Po wydaniu ostatniego bajtu danych należy również zrobić pauzę przed wyłączeniem urządzenia RS-485. Wynika to w pewnym sensie z faktu, że kontroler portu szeregowego często ma dwa rejestry jednocześnie. Pierwsze to wejście równoległe, przeznaczone do odbierania informacji. Drugi jest uważany za wyjście przesuwne, jest używany do celów sekwencyjnego wyjścia.
Gdy kontroler przesyła dane, wszelkie przerwania są generowane, gdy rejestr wejściowy jest pusty. Dzieje się tak, gdy informacje zostały już przekazane do rejestru przesuwnego, ale nie zostały jeszcze wydane. Jest to również powód, dla którego po zakończeniu nadawania konieczne jest zachowanie pewnej pauzy przed wyłączeniem nadajnika. Powinna być o około 0,5 bita dłuższa niż klatka w czasie. Dokonując dokładniejszych obliczeń, zaleca się bardziej szczegółowe przestudiowanie dokumentacji technicznej używanego kontrolera portu szeregowego.
Możliwe, że nadajnik, odbiornik i konwerter RS-485 są podłączone do wspólnej linii. W ten sposób własny odbiornik również zacznie odbierać transmisję wykonywaną przez własny nadajnik. Często zdarza się, że w systemach charakteryzujących się losowym dostępem do linii funkcja ta jest wykorzystywana przy sprawdzaniu braku kolizji między dwoma nadajnikami.
Konfiguracja formatu magistrali
Prezentowany interfejs posiada możliwość łączenia urządzeń w formacie „bus”, gdy wszystkie urządzenia są połączone jedną parą przewodów. Zapewnia to, że linia komunikacyjna musi koniecznie być dopasowana przez rezystory terminujące na dwóch końcach. Aby to zapewnić, konieczne jest zainstalowanie rezystorów charakteryzujących się rezystancją 620 omów. Montowane są zawsze na pierwszym i ostatnim urządzeniu podłączonym do linii.
Z reguły nowoczesne urządzenia mają wbudowaną rezystancję zakończeniową. W razie potrzeby można go podłączyć do linii, instalując specjalną zworkę na płytce urządzenia. Warto zauważyć, że zworki są najpierw instalowane w stanie fabrycznym, dlatego należy je usunąć ze wszystkich urządzeń oprócz pierwszego i ostatniego. Należy również zauważyć, że w konwerterach repeaterów modelu S2000-PI dla osobnego wyjścia rezystancję dopasowania aktywuje się za pomocą przełącznika. W przypadku urządzeń S2000-KS i S2000-K, które charakteryzują się wbudowaną rezystancją zakańczania, do ich podłączenia nie jest wymagana zworka. Aby zapewnić długie łącze, pożądane jest stosowanie specjalistycznych repeaterów-repeaterów, które są wstępnie wyposażone w w pełni automatyczne przełączanie kierunku transmisji.
Konfiguracja gwiazdy
Wszystkie ostrogi na linii RS-485 są uważane za niepożądane, ponieważ w tym przypadku występują nadmierne zniekształcenia sygnału. Chociaż w praktyce można na to zezwolić, gdy istnieje niewielka długość odgałęzienia. Nie wymaga to instalowania terminatorów na poszczególnych gałęziach.
W systemie RS-485, gdzie sterowanie odbywa się za pomocą konsoli, gdy rezystory i urządzenia podłączone są do tej samej linii, ale zasilane z różnych źródeł, konieczne jest połączenie obwodów 0 V wszystkich urządzeń i konsoli w celu osiągnąć wyrównanie swoich potencjałów. Gdy to wymaganie nie jest spełnione, pilot może mieć przerywaną komunikację z urządzeniami. W przypadku stosowania przewodu z kilkoma skręconymi parami, w razie potrzeby w obwodzie wyrównania potencjałów można wykorzystać całkowicie wolną parę. Ponadto możliwe jest użycie ekranowanej skrętki dwużyłowej, jeśli nie ma uziemienia ekranu.
Co należy wziąć pod uwagę?
W większości przypadków prąd płynący przez przewód wyrównujący potencjał jest uważany za dość mały. Jeśli urządzenia 0 V lub same źródła zasilania są podłączone do kilku lokalnych szyn uziemiających, wówczas różnica potencjałów między różnymi obwodami 0 V może osiągnąć kilka jednostek. Czasami wartość ta wynosi kilkadziesiąt woltów, a prąd płynący przez obwód wyrównania potencjału jest dość znaczny. Często jest to przyczyną niestabilnego połączenia między pilotem a urządzeniami. W rezultacie mogą nawet zawieść.
Dlatego konieczne jest wykluczenie możliwości uziemienia obwodu 0 V lub uziemienia tego obwodu w określonym punkcie. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę możliwość istnienia związku pomiędzy 0 V a obwodem ochronnym występującym w sprzęcie zastosowanym w systemie alarmowym. Należy zauważyć, że w obiektach, w których panuje stosunkowo trudne środowisko elektromagnetyczne, możliwe jest podłączenie do tej sieci za pomocą ekranowanej skrętki dwużyłowej. Należy podkreślić, że w tej sytuacji może istnieć krótsza granica zasięgu, ponieważ zakłada się większą pojemność przewodu.
