V moderných technológiách sa výmena informácií medzi rôznymi zariadeniami stáva čoraz dôležitejšou. A na to je potrebné prenášať dáta na krátke vzdialenosti aj na veľké vzdialenosti, rádovo v kilometroch. Jedným z týchto typov prenosu dát je komunikácia medzi zariadeniami cez rozhranie RS-485.
Jedným z najbežnejších príkladov použitia zariadení na výmenu údajov je. Elektromery, spojené do jednej siete, sú rozptýlené v skriniach, bunkách rozvádzače a dokonca aj rozvodne umiestnené v značnej vzdialenosti od seba. V tomto prípade sa rozhranie používa na odosielanie údajov z jedného alebo viacerých meracích zariadení.
Systém "jeden meter - jeden modem" sa aktívne implementuje na prenos údajov do služieb spoločností zaoberajúcich sa predajom energie z meracích staníc súkromných domov a malých podnikov.
Ďalší príklad: príjem údajov z terminálov ochrany mikroprocesorového relé v reálnom čase, ako aj centralizovaný prístup k nim za účelom vykonania zmien. Prečo sú terminály prepojené cez komunikačné rozhranie rovnakým spôsobom a údaje z neho sú odosielané do počítača nainštalovaného u dispečera. V prípade výjazdu ochrany má prevádzkový personál možnosť okamžite získať informácie o mieste zásahu a povahe poškodenia silových obvodov.
Najťažšou úlohou, ktorú riešia komunikačné rozhrania, je však centralizovaný riadiaci systém pre zložité výrobné procesy – automatizované systémy riadenia procesov. Operátor priemyselného závodu má na stole počítač, na displeji ktorého vidí aktuálny stav procesu: teploty, produktivitu, zapnuté a vypnuté jednotky, ich prevádzkový režim. A to všetko má schopnosť zvládnuť ľahkým kliknutím myši.
Počítač na druhej strane komunikuje s ovládačmi - zariadeniami, ktoré prevádzajú príkazy zo senzorov do jazyka zrozumiteľného stroju a opačne: zo strojového jazyka na riadiace príkazy. Komunikácia s ovládačom, ako aj medzi rôznymi ovládačmi, prebieha cez komunikačné rozhrania.
Rozhranie RS-232 je malým bratom RS 485.Nemožno nespomenúť aspoň v krátkosti rozhranie RS-232, ktoré sa nazýva aj sériové. Niektoré notebooky majú konektor pre príslušný port a niektoré digitálne zariadenia (rovnaké terminály ochrany relé) sú vybavené výstupmi na komunikáciu pomocou RS-232.
Aby ste si mohli vymieňať informácie, musíte byť schopní ich prenášať a prijímať. Máme na to vysielač a prijímač. Sú prítomné v každom zariadení. Okrem toho je výstup vysielača jedného zariadenia (TX) prepojený so vstupom prijímača iného zariadenia (RX). A podľa toho sa signál pohybuje v opačnom smere pozdĺž druhého vodiča rovnakým spôsobom.
To poskytuje polovičný duplexný komunikačný režim, čo znamená, že prijímač a vysielač môžu pracovať súčasne. Dáta na kábli RS-232 sa môžu pohybovať jedným smerom a druhým súčasne.
Nevýhodou tohto rozhrania je nízka odolnosť voči šumu. Je to spôsobené tým, že signál v prepojovacom kábli pre príjem aj prenos je tvorený vzhľadom na spoločný vodič - zem. Akékoľvek rušenie, ktoré existuje aj v tienenom kábli, môže viesť k zlyhaniu komunikácie, strate jednotlivých bitov informácií. A to je neprijateľné pri riadení zložitých a drahých mechanizmov, kde akákoľvek chyba je nehoda a strata komunikácie je dlhým prestojom.
Preto sa používa najmä na malé dočasné pripojenia notebooku k digitálnemu zariadeniu, napríklad na nastavenie počiatočnej konfigurácie alebo opravu chýb.
Organizácia rozhrania RS-485.Hlavný rozdiel medzi RS-458 a RS-232 je v tom, že všetky prijímače a vysielače fungujú na jednom páre vodičov, ktorým je komunikačná linka. Uzemňovací vodič sa v tomto prípade nepoužíva a signál vo vedení je tvorený diferenciálnou metódou. Vysiela sa súčasne na dvoch vodičoch ("A" a "B") v inverznej forme.
Ak je výstup vysielača logická "0", potom vodič "A" má nulový potenciál. Na vodiči "B" sa vytvorí signál "nie 0", to znamená "1". Ak vysielač vysiela „1“, opak je pravdou.
V dôsledku toho dostaneme zmenu signálového napätia medzi dvoma vodičmi, ktoré sú krútenou dvojlinkou. Akýkoľvek snímač, ktorý sa dostane do kábla, zmení napätie vzhľadom na zem rovnakým spôsobom na oboch vodičoch páru. Ale napätie užitočného signálu sa tvorí medzi drôtmi, a preto vôbec netrpí potenciálmi na nich.
Všetky zariadenia pripojené cez rozhranie RS-485 majú iba dve svorky: „A“ a „B“. Na pripojenie k spoločnej sieti sú tieto svorky zapojené do paralelného obvodu. Na tento účel je z jedného zariadenia do druhého položený reťazec káblov.
V tomto prípade je potrebné zefektívniť výmenu dát medzi zariadeniami nastavením poradia vysielania a príjmu, ako aj formátu odosielaných dát. Na tento účel sa používa špeciálna inštrukcia nazývaná protokol.
Existuje mnoho protokolov na výmenu dát cez rozhranie RS-485, najčastejšie používaný je Modbas. Pozrime sa stručne na to, ako funguje najjednoduchší protokol a aké ďalšie problémy je potrebné s jeho pomocou vyriešiť.
Predstavte si napríklad sieť, v ktorej jedno zariadenie zhromažďuje údaje z viacerých zdrojov údajov. Môže to byť modem a skupina elektromerov. Aby ste vedeli, z ktorého merača budú dáta pochádzať, každému vysielaču a prijímaču je pridelené číslo, ktoré je pre danú sieť jedinečné. Číslo je tiež priradené modemovému vysielaču a prijímaču.
Keď je čas zbierať údaje o spotrebe energie, modem vygeneruje požiadavku. Najprv sa vyšle štartovací impulz, podľa ktorého všetky zariadenia pochopia, že teraz prichádza kódové slovo - balík zo sekvencie núl a jednotiek. V ňom budú prvé bity zodpovedať účastníckemu číslu v sieti, zvyšok budú dáta, napríklad príkaz na prenos požadovaných informácií.
Všetky zariadenia prijmú správu a porovnajú číslo volaného účastníka so svojím vlastným. Ak sa zhodujú, vykoná sa príkaz odovzdaný ako súčasť požiadavky. Ak nie, zariadenie ignoruje jeho text a nerobí nič.
V tomto prípade sa v mnohých protokoloch vráti potvrdenie, že príkaz bol prijatý na vykonanie alebo dokončený. Ak nedôjde k žiadnej odozve, vysielacie zariadenie môže zopakovať požiadavku určitý počet krát. Ak reakcia nenasleduje, vygeneruje sa chybová informácia týkajúca sa zlyhania komunikačného kanála s tichým predplatiteľom.
Odpoveď nemusí nasledovať, a to nielen v prípade poruchy. Ak dôjde k silnému rušeniu v komunikačnom kanáli, ktorý tam stále preniká, príkazy nemusia dosiahnuť svoj cieľ. Sú tiež skreslené a nie sú správne rozpoznané.
Nesprávne vykonanie príkazu nie je možné dovoliť, preto sa do údajov o zásielke vkladá vedome nadbytočná informácia - kontrolný súčet. Vypočítava sa podľa určitého zákona, predpísaného v protokole, na strane vysielania. Recepčná počíta kontrolná suma rovnakým princípom a porovnáva sa s prenášaným. Ak sa zhodujú, príjem sa považuje za úspešný a príkaz sa vykoná. Ak nie, zariadenie odošle chybové hlásenie vysielajúcej strane.
Na prepojenie zariadení s rozhraním RS-485 sa používajú krútené dvojlinky. Aj keď na prenos dát stačí jeden pár vodičov, väčšinou sa používajú káble s aspoň dvoma, aby bola položená rezerva.
Pre lepšiu ochranu pred rušením sú káble tienené, pričom tienenia sú navzájom spojené po celej čiare. Na tento účel je na zariadeniach, ktoré sa majú kombinovať, okrem záverov „A“ a „B“ aj svorka „COM“. Vedenie je uzemnené iba v jednom bode, zvyčajne v mieste ovládača, modemu alebo počítača. Je to zakázané robiť v dvoch bodoch, aby sa predišlo snímaniam, ktoré budú nevyhnutne prechádzať pozdĺž obrazovky kvôli potenciálnemu rozdielu v bodoch zeme.
Káble sú zapojené iba sériovo medzi sebou, nie je možné robiť odbočky. Aby sa linka zhodovala, je na jej konci zapojený odpor s odporom 120 ohmov (to je charakteristická impedancia kábla).
Vo všeobecnosti je inštalácia káblových vedení jednoduchá úloha. Oveľa náročnejšie bude nastavenie zariadenia, ktoré si bude vyžadovať ľudí so špeciálnymi znalosťami.
Pre lepšie pochopenie fungovania rozhrania RS-485 vám odporúčame pozrieť si nasledujúce video:
RS-485 je štandard, ktorý ako prvý prijala asociácia Electronic Industries Association. Doteraz táto norma zohľadňuje elektrické charakteristiky rôznych prijímačov a vysielačov používaných v rôznych vyvážených digitálnych systémoch.
Medzi odborníkmi je RS-485 názov pomerne populárneho rozhrania, ktoré sa aktívne používa v rôznych systémoch riadenia priemyselných procesov na prepojenie niekoľkých ovládačov, ako aj mnohých ďalších zariadení. Hlavným rozdielom medzi týmto rozhraním a rovnako bežným RS-232 je, že umožňuje kombináciu niekoľkých typov zariadení súčasne.
S pomocou RS-485, vysokorýchlostná výmena informácií medzi niekoľkými zariadeniami prostredníctvom jedného dvojvodičové vedenie komunikácia v polovičnom duplexnom režime. Je široko používaný v modernom priemysle v procese formovania systémov riadenia procesov.
Pomocou tohto štandardu sa informácie prenášajú rýchlosťou až 10 Mbps, pričom maximálny možný dosah bude priamo závisieť od rýchlosti prenosu dát. Pre zaistenie maximálnej rýchlosti je teda možné prenášať dáta maximálne na 120 metrov, pričom pri rýchlosti 100 kbps sa informácie vysielajú na viac ako 1200 metrov.
Počet zariadení, ktoré môže rozhranie RS-485 kombinovať, bude priamo závisieť od toho, ktoré vysielače a prijímače sú v zariadení použité. Každý vysielač je navrhnutý tak, aby súčasne ovládal 32 štandardných prijímačov, je však potrebné chápať, že existujú prijímače, ktorých vstupná impedancia je 50 %, 25 % alebo dokonca nižšia ako štandard, a ak sa takéto zariadenie použije, celkový počet zariadení bude zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť.
Kábel RS-485 neštandardizuje žiadny konkrétny formát informačných rámcov ani výmenný protokol. V drvivej väčšine prípadov sa používajú presne tie isté rámce, aké používa RS-232, teda dátové bity, stop a štart bity a v prípade potreby aj paritný bit.
Prevádzka výmenných protokolov vo väčšine moderných systémov sa vykonáva podľa princípu „master-slave“, to znamená, že niektoré zariadenie v sieti je master a preberá iniciatívu na odosielanie požiadaviek medzi všetkými podriadenými zariadeniami, ktoré sa líšia logickými adresami. Najpopulárnejším protokolom je dnes Modbus RTU.
Je potrebné poznamenať, že kábel RS-485 tiež nemá žiadny špecifický typ konektorov alebo odspájkovania, to znamená, že môžu existovať koncové konektory, DB9 a iné.
Najčastejšie pomocou tohto rozhrania existuje lokálna sieť, ktorá kombinuje niekoľko transceiverov súčasne.
Pri pripájaní RS-485 je potrebné správne skombinovať signálové obvody, zvyčajne nazývané A a B. V tomto prípade nie je prepólovanie také hrozné, akurát pripojené zariadenia nebudú fungovať.
Pri používaní rozhrania RS-485 by ste mali vziať do úvahy niekoľko funkcií jeho prevádzky:
Pomocou zakončovacích odporov štandardné alebo USB RS-485 poskytuje úplné prispôsobenie otvoreného konca kábla nasledujúcej linke, čím úplne eliminuje možnosť odrazu signálu.
Menovitý odpor rezistorov zodpovedá vlnovej impedancii kábla a pre káble založené na krútenej dvojlinke je vo väčšine prípadov približne 100-120 ohmov. Napríklad dnes pomerne populárny kábel UTP-5, ktorý sa aktívne používa v procese kladenia Ethernetu, má charakteristickú impedanciu 100 ohmov. Pre iné možnosti káblov sa môžu použiť niektoré iné hodnoty.
Rezistory, ak je to potrebné, môžu byť prispájkované na kontakty káblových konektorov už v konečných zariadeniach. Zriedkavo sú odpory inštalované v samotnom zariadení, v dôsledku čoho je potrebné nainštalovať prepojky na pripojenie odporu. V tomto prípade, ak je zariadenie vypnuté, linka je úplne nezhodná. A aby ste zaistili normálnu prevádzku zvyšku systému, musíte pripojiť zodpovedajúcu zástrčku.
Port RS-485 využíva vyváženú schému prenosu dát, to znamená, že úrovne napätia na signálových obvodoch A a B sa budú meniť v protifáze.
Snímač by mal poskytovať úroveň signálu 1,5 V pri plnom zaťažení a nie viac ako 6 V, ak je zariadenie vo voľnobehu. Úroveň napätia sa meria rozdielne, každý signálny vodič voči druhému.
Kde je prijímač umiestnený, minimálna úroveň prijímaného signálu by v každom prípade mala byť aspoň 200 mV.
V prípade, že na signálnych obvodoch nie je signál, dochádza k miernemu posunu, ktorý chráni prijímač pred prípadmi falošnej prevádzky.
Odborníci odporúčajú offset o niečo viac ako 200 mV, pretože táto hodnota zodpovedá zóne neistoty vstupného signálu podľa normy. V tomto prípade je obvod A pritiahnutý ku kladnému pólu zdroja, zatiaľ čo obvod B je pritiahnutý k spoločnému.
V súlade s požadovaným offsetom a napätím napájacieho zdroja sa vykoná výpočet, ak napríklad potrebujete získať offset 250 mV pri použití koncových odporov R T = 120 Ohm, pričom zdroj má napätie 12 V Vzhľadom na to, že v tomto prípade sú dva odpory zapojené paralelne k sebe a bez ohľadu na zaťaženie na strane prijímača, je predpätý prúd 0,0042 A, zatiaľ čo celkový odpor obvodu predpätia je 2857 ohmov. R cm v tomto prípade bude približne 1400 ohmov, takže musíte zvoliť nejakú najbližšiu hodnotu.
Ako príklad sa použije 1,5 kΩ predpätý rezistor, ako aj externý 12 voltový rezistor. Okrem toho je v našom systéme izolovaný výstup napájacieho zdroja regulátora, ktorý je vedúcim článkom v segmente jeho obvodov.
Samozrejme, existuje mnoho ďalších možností implementácie predpätia, ktoré využívajú prevodník RS-485 a ďalšie prvky, no v každom prípade pri umiestňovaní predpätia treba počítať s tým, že uzol, ktorý to bude poskytovať, sa bude periodicky vypínať resp. dokonca môžu byť úplne odstránené zo siete.
Ak je prítomné predpätie, potom je potenciál obvodu A pri plnom voľnobehu kladný vzhľadom na obvod B, čo je vodítko, ak je nové zariadenie pripojené ku káblu bez označenia vodičov.
Implementácia vyššie uvedených odporúčaní vám umožňuje dosiahnuť normálny prenos elektrických signálov do rôznych bodov v sieti, ak sa ako základ používa protokol RS-485. Ak nie je splnená aspoň jedna z požiadaviek, dôjde k skresleniu signálu. Najvýraznejšie skreslenia sa začnú objavovať, ak rýchlosť výmeny dát prekročí 1 Mbit / s, ale v skutočnosti sa aj v prípade nižších rýchlostí dôrazne odporúča nezanedbávať tieto odporúčania, aj keď sieť „už funguje normálne. "
Pri programovaní rôznych aplikácií, ktoré pracujú so zariadeniami využívajúcimi rozbočovač RS-485 a inými zariadeniami s týmto rozhraním, je potrebné zvážiť niekoľko dôležitých bodov. Poďme si ich vymenovať:
Toto rozhranie poskytuje možnosť kombinácie zariadení vo formáte "bus", kedy sú všetky zariadenia kombinované pomocou jedného páru vodičov. V tomto prípade musí byť komunikačná linka nevyhnutne prispôsobená zakončovacím odporom na oboch koncoch.
Na zabezpečenie zhody sú v tomto prípade nainštalované odpory, ktoré sa vyznačujú odporom 620 ohmov. Inštalujú sa vždy na prvé a posledné zariadenie pripojené k linke. V drvivej väčšine moderné zariadenia je tu tiež zabudovaný zakončovací odpor, ktorý je v prípade potreby možné pripojiť k linke inštaláciou špeciálnej prepojky na dosku prístroja.
Pretože prepojky sú pôvodne nainštalované v stave pri dodaní, musíte ich najskôr odstrániť zo všetkých zariadení, s výnimkou prvého a posledného pripojeného k linke. V opakovacích meničoch modelu S2000-PI sa pre každý jednotlivý výstup zapína zakončovací odpor pomocou spínača, zatiaľ čo zariadenia S2000-KS a S2000-K sa vyznačujú zabudovaným zakončovacím odporom, v dôsledku čoho na pripojenie nie je potrebný žiadny jumper.
Na zabezpečenie dlhšej komunikačnej linky sa odporúča použiť špecializované opakovače-opakovače vybavené plne automatické prepínanie smer prenosu.
Akékoľvek odbočky v linke RS-485 sú nežiaduce, pretože v tomto prípade dochádza k dosť silnému skresleniu signálu, ale z praktického hľadiska sa dajú tolerovať pri malej dĺžke odbočky. V tomto prípade nie je potrebná inštalácia zakončovacích odporov na samostatné vetvy.
V distribučnom systéme RS-485 ovládanom z diaľkového ovládača, ak je toto a zariadenia pripojené k rovnakej linke, ale sú napájané z rôznych zdrojov, bude potrebné skombinovať 0 V obvody všetkých zariadení a diaľkového ovládača v aby sa zabezpečilo ich potenciálne vyrovnanie. Ak táto požiadavka nie je splnená, potom môže mať diaľkové ovládanie v tomto prípade nestabilné spojenie so zariadeniami. Ak sa má použiť kábel s niekoľkými krútenými pármi vodičov, potom je možné v prípade potreby použiť úplne voľný pár pre obvod vyrovnávania potenciálu. Okrem iného je možné použiť aj tienenú krútenú dvojlinku v prípade, že chýba uzemnenie tienenia.
V drvivej väčšine je prúd, ktorý prechádza vodičom na vyrovnávanie potenciálu, dosť malý, ak sú však 0 V zariadenia alebo samotné napájacie zdroje pripojené k niekoľkým lokálnym pozemným zberniciam, potenciálny rozdiel medzi rôznymi 0 V obvodmi môže byť niekoľko jednotiek. av niektorých prípadoch dokonca desiatky voltov, pričom prúd pretekajúci obvodom vyrovnávania potenciálu môže byť dosť významný. Práve to je častým dôvodom nestabilného spojenia medzi diaľkovým ovládačom a zariadeniami, v dôsledku čoho môžu dokonca zlyhať.
Z tohto dôvodu je potrebné vylúčiť možnosť uzemnenia obvodu 0 V, alebo maximálne uzemniť tento obvod v určitom bode. Musí sa tiež vziať do úvahy možnosť vzťahu medzi 0 V a ochranným uzemňovacím obvodom prítomným v zariadení používanom v poplachovom systéme.
V zariadeniach, ktoré sa vyznačujú pomerne náročným elektromagnetickým prostredím, je možné túto sieť pripojiť cez tienený krútený pár. V tomto prípade môže existovať kratší limit vzdialenosti, pretože kapacita kábla je vyššia.
Sieťová komunikácia je vedená káblom s krútenou dvojlinkou kategórie 5. Ovládače sú medzi sebou prepojené podľa topológie „zbernice“, t.j. postupne jeden po druhom.
Správna prevádzka siete (najmä pri použití dlhých káblov) je možná len vtedy, ak je medzi všetkými transceivermi iba jedna linka („topológia zbernice“).
Do linky je možné zaradiť až 32 zariadení (pre štandardnú jednotku nákladu alebo viac pre - ¼ záťaže), umiestnených kdekoľvek po celej dĺžke. Zariadenia musia byť pripojené k linke veľmi krátkymi káblami (nie dlhšími ako 30 cm), aby sa predišlo rozdeleniu Y.
V praxi sa však táto dĺžka môže zväčšiť až na niekoľko metrov. Vo väčšine prípadov je možné problém zložitej konfigurácie vyriešiť pomocou opakovačov rozhrania.
Vedenia na prenos signálu musia byť vzdialené najmenej 50 cm od napájacích káblov, najmä od záťažových káblov. Okrem toho by nemali byť uložené v rovnakom opletení s týmito káblami alebo káblami, ktorými pretekajú veľké prúdy. to môže viesť k rušeniu a chybám.
Priesečník siločiar by mal byť v uhle 90 stupňov. Splietanie krútených párov a používanie "twists" je zakázané. Na kabeláž sa odporúča použiť káble s dvoma až štyrmi krútenými pármi, aby sa:
Štandard RS485 zabezpečuje prevádzku zariadení na linke dlhej do 1,2 km. Táto hodnota je maximálna. V praxi sa odporúča používať vedenia nie dlhšie ako 500 m. Pri budovaní systémov s dlhými vedeniami treba dbať najmä na výber kábla, ktorý musí mať vhodný prierez.
Použitý kábel musí poskytovať aspoň 0,2 V na 120 ohmovom terminátore na vzdialenom konci vedenia, ak je výstup vysielača 2 V. Káble menšie ako 22 AWG sa neodporúčajú.
Pre diaľkové ovládanie objektov alebo sledovanie parametrov snímačov z dispečingu je v súčasnosti hojne využívané osobnými počítačmi. V priemysle sa na tieto účely používa rozhranie RS485, ktoré umožňuje pripojiť až 32 transceiverov cez krútenú dvojlinku na vzdialenosť až 1200 metrov rýchlosťou až 10 Mbps. Viac o tomto rozhraní si môžete prečítať v Všetko by bolo v poriadku, ale počítače takýmito rozhraniami vybavené nie sú. Rozhranie RS232 a to na moderných počítačoch možno nájsť pomerne zriedka. Ale port USB je k dispozícii takmer na každom.
Autor uvádza praktickú schému virtuálneho adaptéra USB vstup na RS485. Rovnako ako RS485 sériový port USART sa nachádza v PIC18F8720 a mnohých ďalších mikrokontroléroch. Obr. Krása virtuálneho USB portu je v tom softvér na počítači môžete písať ako pre port RS232. A to znamená, že bude možné spravovať port pomocou ovládacieho prvku, akým je MSComm. V tomto článku sa neuvažuje s ovládacím programom počítača, preto budeme údaje z počítača odosielať pomocou terminálu COMPump. Detailný popis práca s týmto terminálom bola popísaná v článku Virtuálny port USB / RS-232, v článku bola popísaná aj inštalácia ovládača. Zo softvérového hľadiska sa nelíši od USB / RS485, hoci RS232 je plne duplexný transceiver a RS485 je polovičný duplex.
Takže ovládač USB / RS485 sa líši od USB / RS232 nahradením čipu DD2 obr1 v článku ADM213EARS čipom D103 typu SN75176 obr1 tohto článku. Tento čip je kompletný poloduplexný RS485 transceiver, výstupný budič je navrhnutý pre prúd + -60mA. Mikroobvod má zabudovanú ochranu proti prehriatiu na úrovni 150g.S. Minimálna vstupná impedancia 12k, vstupná citlivosť 200mV. a vstupná hysterézia 50mV. Algoritmus činnosti prijímača a vysielača je uvedený v tabuľkách 1.2. Čip virtuálneho ovládača D101, (FT232BM) vám umožňuje pripojiť čip SN75176 bez zmeny softvérového rozhrania a pracovať s portom RS485 v polovičnom duplexnom režime. Jediná nuansa, ktorá by sa mala brať do úvahy pri vývoji programu na počítači, je, že počas prenosu bajtu cez rozhranie dostanete prenášaný bajt v prijímači, takzvané echo. Rozhranie RS485 je určené na pripojenie transceiverov pomocou krútenej dvojlinky na vzdialenosť až 1200 metrov, ale v podmienkach silného rušenia by mal byť drôt umiestnený v obrazovke.
Stôl 1. vysielač
| D | DE | A | B |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
Tabuľka 2 prijímač
| A-B | Inv.RE | R |
| Vid>=0,2v | 0 | 1 |
-0,2 V | 0
|
?
|
|
| Vid<=-0,2в | 0 | 0 |
| X | 1 | Z |
| OTVORENÉ | 0 | ? |
Obr
Na miesto riadiaceho zariadenia je tiež potrebné nainštalovať čip transceiveru D3 (SN75176). Keďže ovládač pre mikrokontrolér si píšeme sami, prepíname teda z príjmu na vysielanie pomocou pinu 39 portu PORTJ4. V schéme na obrázku 1 funguje čip D2 ako 10-bitový analógovo-digitálny prevodník. Program uvedený v HEX formáte je uvedený v tabuľke 3.
Algoritmus jeho práce je nasledujúci. Programujte každých 21 µs. číta dáta zo vstupu ADC a zapisuje do internej vyrovnávacej pamäte pozostávajúcej zo 79 bajtov. Po približne 1,7 ms. Pufer sa úplne naplní a proces sa opakuje. Aby bolo možné načítať túto vyrovnávaciu pamäť z počítača, je potrebné poslať adresu tohto zariadenia. V našom prípade je to 0x0A. Po prijatí adresy mikrokontrolér odošle do počítača 79 bajtov. Adresovanie je potrebné, ak na linku RS485 bude pripojených viac riadiacich objektov.
Celé zariadenie bolo vyrobené na doske, okrem mikrokontroléra. K nemu je potrebné vyrobiť plošný spoj, aby sa k nemu dali prispájkovať vývody. Keďže tento mikrokontrolér má puzdro TQFP80 s veľkosťou 12x12mm a má 80 pinov. Doska plošných spojov znázornená na obrázku 2 je vyrobená z jednostranného sklolaminátu s hrúbkou 0,5 mm a rozmermi 35 x 35 mm. Je žiaduce spájkovať tento mikroobvod pomocou vzduchovej spájkovacej stanice.
Štandard RS-485 prvýkrát prijala asociácia Electronic Industries Association. Dnes skúma elektrické charakteristiky rôznych prijímačov a vysielačov, ktoré sa používajú vo vyvážených digitálnych systémoch.
Čo je tento štandard?
RS-485 je názov dobre známeho rozhrania, ktoré sa aktívne používa vo všetkých druhoch systémov riadenia priemyselných procesov na vzájomné prepojenie určitých ovládačov a mnohých ďalších zariadení. Hlavným rozdielom medzi týmto rozhraním a RS-232 je, že zahŕňa kombináciu niekoľkých typov zariadení súčasne. Pri použití RS-485 je zaručená vysokorýchlostná komunikácia medzi viacerými zariadeniami pomocou jedinej dvojvodičovej komunikačnej linky v polovičnom duplexnom režime. V modernom priemysle sa podieľa na tvorbe systémov riadenia procesov.
Dosah a rýchlosť
Pomocou prezentovaného štandardu je možné dosiahnuť prenos informácií rýchlosťou až 10 Mbps. Treba poznamenať, že v tomto prípade maximálny možný dosah priamo závisí od rýchlosti prenosu dát. Je potrebné poznamenať, že na zabezpečenie maximálnej rýchlosti je možné prenášať informácie nie ďalej ako 120 metrov. Pri rýchlosti 100 kbps sa zároveň šíria dáta na viac ako 1200 metrov.
Počet pripojených zariadení
Počet zariadení, ktoré môže rozhranie RS-485 kombinovať, priamo závisí od toho, ktoré transceivery sú v nich zapojené. Každý vysielač poskytuje špecifické ovládanie 32 štandardných prijímačov. Je pravda, že by ste si mali uvedomiť, že existujú prijímače so vstupnou impedanciou, ktorá je o 50 %, 25 % alebo menej odlišná od štandardu. Ak použijete toto zariadenie, celkový počet zariadení sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši.
Konektory a protokoly
Kábel RS-485 nie je schopný štandardizovať žiadny špecifický formát informačného rámca alebo komunikačný protokol. Na preklad sa spravidla používajú podobné rámce, aké používa RS-232. Inými slovami, dátové bity, stop a štart bity a paritný bit, ak je to potrebné. Pokiaľ ide o fungovanie výmenných protokolov, vo väčšine moderných systémov sa vykonáva podľa princípu „master-slave“. To znamená, že určité zariadenie v sieti funguje ako master a iniciátor výmeny požiadaviek na odosielanie medzi slave zariadeniami, ktoré sa navzájom líšia logickými adresami. V súčasnosti je najznámejším protokolom Modbus RTU. Treba poznamenať, že kábel RS-485 nemá špecifický typ konektora alebo pinu. Inými slovami, existujú koncové konektory, DB9 a ďalšie.
Pripojenie
Pomocou prezentovaného rozhrania sa často stretávame s lokálnou sieťou, ktorá súčasne kombinuje niekoľko typov transceiverov. Pri vytváraní spojenia RS-485 je potrebné správne skombinovať signálové obvody medzi sebou. Spravidla sa nazývajú A a B. Prepólovania sa teda netreba obávať, len prestanú fungovať pripojené zariadenia.
Pri použití rozhrania RS-485 je potrebné vziať do úvahy určité vlastnosti jeho prevádzky. Odporúčania sú teda nasledovné:
1. Optimálnym médiom na šírenie signálu je kábel založený na krútenej dvojlinke.
2. Konce kábla musia byť utlmené pomocou špecializovaných koncových rezistorov.
3. Sieť využívajúca štandardné alebo USB RS-485 by mala byť položená bez výbežkov v topológii zbernice.
4. Zariadenia by mali byť pripojené ku káblu pomocou káblov čo najkratšej dĺžky.
Koordinácia
Štandardné alebo USB RS-485 pomocou zakončovacích odporov zaručuje úplné zladenie otvoreného konca kábla s následným vedením. Tým sa úplne eliminuje možnosť odrazu signálu. Nominálny odpor rezistorov spojených s charakteristickou impedanciou kábla a vodičov založených na krútenej dvojlinke je spravidla asi 100 - 120 ohmov. Napríklad v súčasnosti známy kábel UTP-5, ktorý sa často používa v procese inštalácie Ethernetu, má charakteristickú impedanciu 100 ohmov.
Pokiaľ ide o iné možnosti káblov, možno použiť iné hodnotenie. V prípade potreby je možné rezistory prispájkovať na kolíky káblových konektorov v koncových zariadeniach. Zriedkavo sú odpory namontované v samotnom zariadení, v dôsledku čoho musia byť na pripojenie odporu nainštalované prepojky. V tomto prípade, keď je pripojené zariadenie, linka sa nezhoduje. Na zabezpečenie normálneho fungovania zvyšku systému budete musieť pripojiť zodpovedajúcu zástrčku.
Úrovne signálu
Port RS-485 využíva vyváženú schému prenosu údajov. Inými slovami, úrovne napätia na signálnych obvodoch A a B sa menia v protifáze. Pomocou snímača je zabezpečená úroveň signálu 1,5 V, berúc do úvahy maximálne zaťaženie. Okrem toho nie je k dispozícii viac ako 6 V, keď je zariadenie vo voľnobehu. Úroveň napätia sa meria diferenciálne. V mieste prijímača musí byť minimálna úroveň prijímaného signálu minimálne 200 mV.
Zaujatosť
Keď na signálnych obvodoch nie je pozorovaný žiadny signál, použije sa mierna odchýlka. Poskytuje ochranu prijímača v prípade falošného poplachu. Odborníci odporúčajú offset o niečo viac ako 200 mV, pretože táto hodnota sa považuje za zodpovedajúcu zóne neistoty vstupného signálu podľa normy. V takejto situácii sa obvod A priblíži ku kladnému pólu zdroja a obvod B sa pritiahne k spoločnému.
Príklad
Na základe požadovaného predpätia a napájacieho napätia sa vypočítajú hodnoty odporu. Napríklad, ak chcete získať offset 250 mV so zakončovacími odpormi, RT = 120 ohmov. Je potrebné poznamenať, že zdroj má napätie 12 V. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že v tomto prípade sú dva odpory zapojené paralelne k sebe a nezohľadňujú zaťaženie z prijímača, predpätie dosahuje hodnotu 0,0042. Súčasne je celkový odpor obvodu predpätia 2857 ohmov. Rcm v tomto prípade bude asi 1400 ohmov. Preto si budete musieť vybrať najbližšiu denomináciu. Príkladom môže byť odpor 1,5 kΩ. Je to nevyhnutné pre posun. Okrem toho sa používa externý 12 voltový odpor.
Treba tiež poznamenať, že systém má izolovaný výstup napájacieho zdroja regulátora, ktorý je hlavným článkom v segmente vlastného obvodu. Pravda, existujú aj iné možnosti na vykonanie offsetu, kde je zapojený prevodník RS-485 a ďalšie prvky, stále však treba brať do úvahy, že uzol poskytujúci offset sa niekedy vypne alebo nakoniec bude úplne odstránený zo siete. . Keď dôjde k posunu, potenciál obvodu A pri plnom voľnobehu sa považuje za kladný vzhľadom na obvod B. Toto slúži ako vodítko, keď je ku káblu pripojené nové zariadenie bez použitia označenia vodičov.
Nesprávne zapojenie a skreslenie
Implementácia vyššie uvedených odporúčaní umožňuje dosiahnuť správny prenos elektrických signálov do rôznych bodov siete, keď sa ako základ používa protokol RS-485. Ak nie je splnená aspoň jedna z požiadaviek, dochádza k skresleniu signálu. Najvýraznejšie skreslenia sa objavia, keď je výmenný kurz informácií vyšší ako 1 Mbps. Pravda, ani pri nižších rýchlostiach sa neodporúča tieto rady zanedbávať. Toto pravidlo platí aj pri bežnej prevádzke siete.
Ako programovať?
Pri programovaní rôznych aplikácií, ktoré pracujú so zariadeniami využívajúcimi rozbočovač RS-485 a inými zariadeniami s prezentovaným rozhraním, je potrebné zvážiť niekoľko dôležitých bodov.
Pred začatím doručovania zásielky je nevyhnutné aktivovať vysielač. Stojí za zmienku, že podľa niektorých zdrojov je možné vydanie vykonať ihneď po aktivácii. Napriek tomu niektorí odborníci radia najprv si dať pauzu, ktorá sa časovo rovná rýchlosti vysielania jednej snímky. V tomto prípade môže mať správny prijímací program čas na úplnú identifikáciu chýb prechodného procesu, ktorý je schopný vykonať normalizačný postup a pripraviť sa na ďalší príjem údajov.
Po vydaní posledného bajtu údajov musíte urobiť pauzu pred vypnutím zariadenia RS-485. Je to v istom zmysle spôsobené tým, že radič sériového portu má často dva registre súčasne. Prvým je paralelný vstup, je určený na príjem informácií. Druhý sa považuje za posunový výstup, používa sa na účely sekvenčného výstupu.
Pri prenose údajov radičom sa generujú akékoľvek prerušenia, keď je vstupný register prázdny. K tomu dochádza, keď už boli informácie do posuvného registra poskytnuté, ale ešte neboli vydané. Aj to je dôvod, že po ukončení vysielania je potrebné zachovať určitú pauzu pred vypnutím vysielača. Časovo by mal byť približne o 0,5 bitu dlhší ako rámec. Pri presnejších výpočtoch sa odporúča podrobnejšie si preštudovať technickú dokumentáciu používaného radiča sériového portu.
Je možné, že vysielač, prijímač a prevodník RS-485 sú pripojené na spoločnú linku. Vlastný prijímač teda začne vnímať aj vysielanie vykonávané vlastným vysielačom. Často sa stáva, že v systémoch, ktoré sa vyznačujú náhodným prístupom k linke, sa táto funkcia používa pri kontrole absencie kolízie medzi dvoma vysielačmi.
Konfigurácia formátu zbernice
Prezentované rozhranie má schopnosť kombinovať zariadenia vo formáte „zbernice“, keď sú všetky zariadenia pripojené pomocou jedného páru vodičov. To zabezpečuje, že komunikačná linka musí byť nevyhnutne prispôsobená zakončovacím odporom na oboch koncoch. Aby ste to zabezpečili, je potrebné nainštalovať odpory, ktoré sa vyznačujú odporom 620 ohmov. Montujú sa vždy na prvé a posledné zariadenie pripojené k linke.
Moderné zariadenia majú spravidla zabudovaný zakončovací odpor. V prípade potreby je možné ho pripojiť k linke inštaláciou špeciálnej prepojky na dosku zariadenia. Stojí za zmienku, že prepojky sú najskôr nainštalované v stave dodávky, takže ich musíte odstrániť zo všetkých zariadení okrem prvého a posledného. Treba tiež poznamenať, že v opakovacích prevodníkoch modelu S2000-PI pre samostatný výstup je prispôsobený odpor aktivovaný pomocou spínača. Čo sa týka zariadení S2000-KS a S2000-K, ktoré sa vyznačujú zabudovaným zakončovacím odporom, na pripojenie nie je potrebná žiadna prepojka. Na zabezpečenie dlhého spojenia je žiaduce použiť špecializované opakovače-opakovače, ktoré sú vopred vybavené plne automatickým prepínaním smeru prevodovky.
Konfigurácia hviezd
Všetky ostrohy na linke RS-485 sa považujú za nežiaduce, pretože by to viedlo k nadmernému skresleniu signálu. Aj keď z hľadiska praxe je to možné pri malej dĺžke vetvy. To si nevyžaduje inštaláciu zakončovacích odporov na jednotlivé vetvy.
V systéme RS-485, kde je ovládanie zabezpečené pomocou konzoly, keď sú rezistory a zariadenia pripojené k rovnakej linke, ale napájané z rôznych zdrojov, je potrebné skombinovať 0 V obvody všetkých zariadení a konzoly, aby dosiahnuť vyrovnanie svojich potenciálov. Ak táto požiadavka nie je splnená, diaľkové ovládanie môže mať prerušovanú komunikáciu so zariadeniami. Pri použití vodiča s niekoľkými krútenými pármi je možné v prípade potreby použiť úplne voľný pár pre obvod vyrovnávania potenciálu. Okrem toho je možné použiť tienený krútený párový kábel, ak nie je k dispozícii uzemnenie tienenia.
Čo treba zvážiť?
Vo väčšine prípadov sa prúd pretekajúci potenciálnym vyrovnávacím vodičom považuje za dosť malý. Ak sú 0 V zariadenia alebo samotné napájacie zdroje pripojené k niekoľkým lokálnym pozemným zberniciam, potom môže potenciálny rozdiel medzi rôznymi 0 V obvodmi dosiahnuť niekoľko jednotiek. Niekedy je táto hodnota v desiatkach voltov a prúd, ktorý preteká obvodom vyrovnávania potenciálu, je dosť významný. Často je to dôvod, prečo existuje nestabilné spojenie medzi diaľkovým ovládačom a zariadeniami. V dôsledku toho sú dokonca schopné zlyhať.
Preto je potrebné vylúčiť možnosť uzemnenia obvodu 0 V, prípadne tento obvod v určitom bode uzemniť. Okrem toho by sa mala vziať do úvahy možnosť vzťahu medzi 0 V a ochranným uzemňovacím obvodom, ktorý je prítomný v zariadení používanom v poplachovom systéme. Je potrebné poznamenať, že v zariadeniach, kde je typické pomerne náročné elektromagnetické prostredie, je možné sa do tejto siete pripojiť pomocou tieneného krúteného párového kábla. Zostáva zdôrazniť, že v tejto situácii môže existovať menší limitný rozsah, pretože kapacita drôtu sa považuje za vyššiu.
