RS-485 (odporúčaný štandard 485 alebo EIA / TIA -485-A) je odporúčaný štandard na prenos dát cez dvojvodičový, poloduplexný, viackvapkový sériovo vyvážený komunikačný kanál. Spoluvyvinutý Alianciou elektronického priemyslu (EIA) a Združením telekomunikačného priemyslu (TIA). Norma popisuje len fyzické vrstvy signalizácie (t. j. iba 1. vrstva modelu prepojenia otvorených systémov OSI). Norma neopisuje programovací model výmeny a výmenné protokoly. RS-485 bol vytvorený na rozšírenie fyzických možností rozhrania RS232 na prenos binárnych dát.
Názov: Odporúčaný štandard 485
Elektrické charakteristiky generátorov a prijímačov na použitie vo vyvážených viacbodových systémoch
Elektrické charakteristiky generátorov a prijímačov na použitie vo vyvážených viacbodových systémoch.
Vývojár: Electronics Industries Association (EIA)... Asociácia priemyselnej elektroniky.
Štandardné vydania:
RS-485A (odporúčané štandardné vydanie 485: A) rok vyroby 1983.
EIA 485-A rok vyroby 1986.
TIA / EIA 485-A rok vyroby 1998.
TIA / EIA 485-A rok vydania 2003.
ISO / IEC 8482 (1993 aktívny)
Vydavateľ: ISO, IEC
Názov: Informačné technológie - Telekomunikácie a výmena informácií medzi systémami - Twisted pair multipoint prepojenia.
Staré vydania:
ISO 8284 (1987 neaktívne)
ITU-T v.11 (1996 aktívny)
Vydavateľ: MEDZINÁRODNÁ TELEKOMUNIKAČNÁ ÚNIA
Názov: Elektrické charakteristiky pre vyvážené dvojprúdové výmenné obvody pracujúce pri rýchlosti prenosu dát až do 10 Mbit/s.
Staré vydania:
ITU-T v.11 (1993 neaktívne)
CCITT v.11 (1988 neaktívne)
ANSI / TIA -485-A (1998 aktívny)
Vydavateľ: American National Standards Institute, ANSI
Názov: Elektrické charakteristiky generátorov a prijímačov na použitie vo vyvážených digitálnych viacbodových systémoch.
Obojsmerný poloduplexný prenos dát. Sériový dátový tok sa prenáša súčasne len jedným smerom, prenos dát druhým smerom vyžaduje prepnutie transceivera. Transceivery sa bežne nazývajú „ovládače“, ide o zariadenie alebo elektrický obvod, ktorý generuje fyzický signál na strane vysielača.
Symetrický komunikačný kanál. Na príjem/prenos dát sa používajú dva ekvivalentné signálové vodiče. Drôty sú označené latinskými písmenami "A" a "B". Tieto dva vodiče sú sériová výmena dát v oboch smeroch (striedavo). Pri použití krútenej dvojlinky vyvážený kanál výrazne zvyšuje odolnosť signálu voči rušeniu v bežnom režime a dobre potláča elektromagnetické žiarenie generované užitočným signálom.
Diferenciálny (vyvážený spôsob prenosu dát). Pri tomto spôsobe prenosu dát na výstupe z transceivera sa mení potenciálny rozdiel, pri vysielaní „1“, rozdiel potenciálov medzi AB je kladný pri vysielaní „0“, rozdiel potenciálov medzi AB je záporný. To znamená, že prúd medzi kontaktmi A a B pri prenose „0“ a „1“ tečie (vyvažuje) v opačných smeroch.
Viacbodové. Umožňuje viacnásobné pripojenie prijímačov a transceiverov na jednu komunikačnú linku. V tomto prípade je povolené pripojiť na linku v danom čase len jeden vysielač a veľa prijímačov, zvyšok vysielačov musí čakať na uvoľnenie komunikačnej linky na prenos dát.
Výstup vysielača s nízkou impedanciou. Zosilňovač vyrovnávacej pamäte vysielača má výstup s nízkou impedanciou, čo umožňuje prenos signálu do mnohých prijímačov. Štandardná nosnosť vysielača je 32 prijímačov na jeden vysielač. Prúdový signál sa navyše využíva na činnosť „krútenej dvojlinky“ (čím vyšší je prevádzkový prúd „krútenej dvojlinky“, tým viac potláča bežný režimový šum na komunikačnej linke).
Mŕtva zóna. Ak úroveň rozdielového signálu medzi kontaktmi AB nepresiahne ± 200 mV, potom sa predpokladá, že vo vedení nie je žiadny signál. To zvyšuje odolnosť voči šumu pri prenose dát.
Povolený počet transceiverov (ovládačov) 32
Maximálna dĺžka komunikačnej linky 1200 m (4000 stôp)
Maximálna prenosová rýchlosť 10 Mbps
Minimálny výstup ovládača ± 1,5V
Maximálny výstupný signál budiča ± 5V
Maximálny skratový prúd budiča 250 mA
Výstupná impedancia meniča 54 Ohm
Vstupná impedancia budiča 12 kOhm
Prípustná celková vstupná impedancia 375 Ohm
Rozsah necitlivosti signálu ± 200 mV
Logická jedna úroveň (Uab)> +200 mV
Úroveň logickej nuly (Uab) ← 200 mV
Vstupná impedancia niektorých prijímačov môže byť vyššia ako 12 kΩ (jedna záťaž). Napríklad 48 kOhm (1/4 jednotkovej záťaže) alebo 96 kOhm (1/8), čo umožňuje zvýšiť počet prijímačov na 128 alebo 256. Pri rôznych vstupných impedanciách prijímačov je potrebné, aby celková vstupná impedancia nie je menšia ako 375 ohmov.
Keďže štandard RS-485 popisuje iba fyzickú úroveň procedúry výmeny dát, potom sú všetky problémy výmeny, synchronizácie a potvrdenia priradené vyššiemu protokolu výmeny. Ako sme už povedali, najčastejšie ide o štandard RS-232 alebo iné nadradené protokoly (ModBus, DCON atď.).
Samotné RS-485 robí iba nasledovné:
Konvertuje vstupnú sekvenciu "1" a "0" na diferenciálny signál.
Vysiela diferenciálny signál do vyváženej komunikačnej linky.
Pripája alebo odpája vysielač ovládača pomocou signálu vyššieho protokolu.
Prijíma diferenciálny signál z komunikačnej linky.
Ak pripojíte osciloskop na piny AB (RS-485) a piny GND-TDx (RS-232), potom neuvidíte rozdiel v tvare signálov prenášaných v komunikačných linkách. V skutočnosti tvar signálu RS-485 úplne opakuje tvar signálu RS-232, s výnimkou inverzie (v RS-232 sa logická jednotka prenáša s napätím -12 V a v RS-485 +5 V) .
Obr.1 Forma signálov RS-232 a RS-485 pri prenose dvoch znakov "0" a "0".
Ako je zrejmé z obr.1, existuje jednoduchý prevod úrovní signálov napätím.
Aj keď je priebeh vlny rovnaký pre vyššie uvedené štandardy, spôsob ich tvorby a výkon signálu sú odlišné.
Obr. 2 Tvorba signálov RS-485 a RS-232
Konverzia úrovní signálov a nový spôsob ich tvorby umožnili vyriešiť množstvo problémov, s ktorými sa kedysi pri vytváraní štandardu RS-232 nepočítalo.
Výhody fyzického signálu RS-485 oproti signálu RS-232
Používa sa unipolárny + 5V napájací zdroj, ktorý sa používa na napájanie väčšiny elektronických zariadení a mikroobvodov. To zjednodušuje dizajn a uľahčuje párovanie zariadení.
Sila signálu vysielača RS-485 je 10-násobkom sily signálu vysielača RS-232. To umožňuje pripojiť až 32 prijímačov k jednému vysielaču RS-485 a tak vysielať prenos dát.
Použitie symetrických signálov, ktoré sú galvanicky oddelené od potenciálu sieťového napájania. V dôsledku toho je rušenie z neutrálneho napájacieho vodiča vylúčené (ako v RS-232). Ak vezmeme do úvahy schopnosť vysielača pracovať pri nízkej impedančnej záťaži, je možné využiť efekt potlačenia šumu v spoločnom režime pomocou vlastností "krúteného páru". To výrazne zvyšuje dosah komunikácie. Okrem toho je možné "horúce" pripojiť zariadenie ku komunikačnej linke (hoci to nie je zabezpečené štandardom RS-485). Všimnite si, že pri RS-232 zapojenie zariadenia za chodu zvyčajne vedie k zlyhaniu COM portu počítača.
Každý transceiver (ovládač) RS-485 môže byť v jednom z dvoch stavov: prenos dát alebo príjem dát. Ovládač RS-485 sa prepína pomocou špeciálneho signálu. Napríklad na obr. 3 je znázornená výmena dát pomocou prevodníka AC3 od spoločnosti Aries. Režim prevodníka sa prepína signálom RTS. Ak RTS = 1 (pravda), AC3 prenáša dáta, ktoré k nemu prichádzajú z COM portu do siete RS-485. V tomto prípade musia byť všetky ostatné ovládače v režime príjmu (RTS = 0). RS-485 je v podstate obojsmerný bufferovaný multiplexný zosilňovač pre signály RS-232.
Obr. 3 Príklad použitia konvertora Aries AC3.
Situácia, keď bude pracovať viac ako jeden ovládač RS-485 v režime vysielača súčasne, vedie k strate dát. Táto situácia sa nazýva „zrážka“. Aby sa predišlo kolíziám v kanáloch výmeny dát, je potrebné použiť vyššie protokoly (OSI). Napríklad MODBUS, DCON, DH485 atď. Alebo programy, ktoré priamo pracujú s RS-232 a riešia kolízne problémy. Tieto protokoly sa bežne označujú ako protokoly 485. Aj keď v skutočnosti je hardvérovým základom všetkých týchto protokolov, samozrejme, RS-232. Zabezpečuje hardvérové spracovanie celého informačného toku. Softvérovým spracovaním dátového toku a riešením problémov s kolíziami sa zaoberajú protokoly vyššej úrovne (Modbus a pod.) a softvér.
Poďme sa rýchlo pozrieť na tieto protokoly, hoci nesúvisia so štandardom RS-485. Typicky protokol hornej vrstvy zahŕňa výmenu paketov, rámcov alebo rámcov. To znamená, že informácie sa prenášajú v logicky úplných častiach. Každý rám je nevyhnutne označený, t.j. jeho začiatok a koniec sú označené špeciálnymi znakmi. Každý rámec obsahuje adresu zariadenia, príkaz, údaje, kontrolný súčet, ktoré sú potrebné na organizáciu viacbodovej výmeny. Aby sa predišlo kolíziám, zvyčajne sa používa schéma "master" - "slave". „Master“ má právo nezávisle prepínať svoj ovládač RS-485 do vysielacieho režimu, zvyšok ovládačov RS-485 pracuje v režime príjmu a nazývajú sa „slave“. Aby „slave“ začal prenášať dáta na komunikačnú linku, pošle mu „master“ špeciálny príkaz, ktorý dá zariadeniu so zadanou adresou právo na určitý čas prepnúť jeho ovládač do prenosového režimu.
Po odoslaní príkazu na aktiváciu do „slave“ „master“ vypne svoj vysielač a čaká na odpoveď od „slave“ po dobu nazývanú „timeout“. Ak počas časového limitu nie je prijatá odpoveď od "slave", potom "master" opäť obsadí komunikačnú linku. "Hostiteľ" je zvyčajne program nainštalovaný v počítači. Existuje aj zložitejšia organizácia paketových protokolov, ktorá umožňuje cyklicky prenášať úlohu „mastera“ zo zariadenia na zariadenie. Typicky sa takéto zariadenia nazývajú „vodiče“ alebo sa o zariadeniach hovorí, že vysielajú „značku“. Vlastníctvo "značky" robí zariadenie "master", ale bude ho musieť preniesť do iného zariadenia v sieti podľa určitého algoritmu. V zásade sa vyššie uvedené protokoly líšia v týchto algoritmoch.
Ako vidíme, horné protokoly majú dávkovú organizáciu a sú vykonávané na programovej úrovni, umožňujú riešiť problém s dátovými „kolíziami“ a viacbodovou organizáciou výmeny dát.
Mnoho spoločností vyrába RS485 transceivery. Zvyčajne sa nazývajú prevodníky RS232 - RS485 alebo prevodníky RS232-RS485. Na implementáciu týchto zariadení sa vyrábajú špeciálne mikroobvody. Úlohou týchto mikroobvodov je konvertovať úrovne signálu RS232C na úroveň signálu RS485 (TTL / CMOS) a naopak, ako aj zabezpečiť poloduplexnú prevádzku.
Podľa spôsobu prepínania do režimu prenosu sa rozlišujú zariadenia:
Prepínateľné pomocou samostatného signálu. Pre prepnutie do vysielacieho režimu musíte nastaviť aktívny signál na samostatnom vstupe. Zvyčajne ide o signál RST (port COM). Tieto transceivery sú v súčasnosti zriedkavé. Napriek tomu sa niekedy nedajú nahradiť. Povedzme, že potrebujete počúvať výmenu údajov medzi kontrolórmi priemyselných zariadení. Zároveň by váš transceiver nemal prejsť do vysielacieho režimu, aby nedošlo ku kolízii v tejto sieti. Pomocou transceivera s automatické prepínanie tu nie je dovolené. Príklad takéhoto prevodníka Aries AC3.
S automatickým prepínaním a bez kontroly stavu linky. Najbežnejšie prevodníky, ktoré sa automaticky prepnú, keď sa na ich vstupe objaví informačný signál. Zároveň nekontrolujú vyťaženosť komunikačnej linky. Tieto prevodníky vyžadujú starostlivé používanie kvôli vysokej pravdepodobnosti kolízií. Príklad prevodníka Aries AC3M.
S automatickým prepínaním a s kontrolou stavu linky. Najpokročilejšie prevodníky, ktoré dokážu prenášať dáta do siete len v prípade, že sieť nie je obsadená inými transceiverami a na vstupe je informačný signál.
Obr.4 Schematický diagram AC3 Aries.
Obrázok 4 ukazuje schematický diagram konvertora AC3 Aries. Tento prevodník má samostatný signál na aktiváciu režimu prenosu dát. Ako riadiaci signál sa používa výstupný signál COM portu RST. Ak RST = 1 (+ 12V) prevodník prenáša dáta z TD (COM port) do siete RS485, ak RST = 0 (-12 V), potom sú dáta prijímané zo siete RS-485 do RD (COM port) vstup. Prevodník pracuje na 220 V AC priemyselnej sieti. Napájanie meniča je vyrobené podľa impulzného obvodu založeného na mikroobvode TOP232N (DA1). Zdroj poskytuje dve nezávislé napätia + 5V. Na príjem a konverziu polárnych signálov RS232 (± 12 V) na unipolárne signály na úrovni TTL / CMOS (+5 V) sa používa mikroobvod MAX232N (DD1). Tento mikroobvod je zaujímavý tým, že je napájaný z unipolárneho napätia +5 V a má zabudované zdroje napätia, ktoré sú potrebné pre prácu s polárnymi signálmi ± 12 V. Pre správnu činnosť vstavaných zdrojov napätia sú externé kondenzátory C14, C15, C17, C18 sú pripojené k mikroobvodu MAX232N. ... Okrem toho má mikroobvod dva prevodníky úrovní signálu RS-232C na TTL / CMOS v oboch smeroch.
Priradenie signálu:
RST - prepnutie prevodníka do vysielacieho / prijímacieho režimu
TD - prenos dát z RS232 na RS485
RD - príjem dát na RS232 z RS485
Ďalej sú signály RS232 konvertované na úroveň TTL / CMOS privádzané do optočlenov 6N137, ktoré poskytujú galvanickú izoláciu signálov RS232 a RS485. Na prenos / príjem dát na strane rozhrania RS485 sa používa mikroobvod DS75176 (viacbodový transceiver RS485). Tento mikroobvod je napájaný zo samostatného zdroja s napätím +5 V. Mikroobvod je zosilňovač signálu úrovne TTL / COMOS s prepínaním smeru prenosu. Výstupy DS75176 sú pripojené na kolíky A a B cez 100 ohmové odpory, čo poskytuje skratový prúd A-B 250 mA. Sila signálu RS485 je približne 10-krát väčšia ako sila signálu RS232. Tento mikroobvod zosilňuje signál na požadovaný výkon a poskytuje polovičnú duplexnú prevádzku.
Sieť RS-485 je postavená na schéme sériovej zbernice (bus), t.j. zariadenia v sieti sú zapojené do série pomocou symetrických káblov. V tomto prípade musia byť konce komunikačných vedení zaťažené zakončovacími odpormi - "terminátormi", ktorých hodnota sa musí rovnať charakteristickej impedancii komunikačného kábla.
Terminátory vykonávajú tieto funkcie:
Znižuje odraz signálu od konca komunikačnej linky.
Poskytuje dostatočný prúd cez celú komunikačnú linku na potlačenie šumu v spoločnom režime pomocou krútenej dvojlinky.
Ak je vzdialenosť segmentu siete väčšia ako 1200 m alebo počet ovládačov v segmente viac ako 32 kusov, na vytvorenie ďalšieho segmentu siete je potrebné použiť opakovač. Okrem toho musí byť každý segment siete pripojený k terminátorom. V tomto prípade sa za segment siete považuje kábel medzi koncovým zariadením a zosilňovačom alebo medzi dvoma zosilňovačmi.
Norma RS-485 nešpecifikuje, aký typ symetrického kábla použiť, ale de facto používajú krútenú dvojlinku s charakteristickou impedanciou 120 ohmov.
Obrázok 6 Priemyselný kábel Belden 3106A pre siete RS485
Pre siete RS485 sa odporúča použiť priemyselný kábel Belden3106A. Tento kábel má charakteristickú impedanciu 120 ohmov a je to dvojitý tienený krútený pár. Kábel Belden3106A obsahuje 4 vodiče. Oranžové a biele vodiče sú symetrické tienené krútené dvojlinky. Modrý vodič kábla slúži na pripojenie nulového potenciálu napájacích zdrojov zariadení v sieti a nazýva sa "spoločný" (Common). Holý drôt sa používa na uzemnenie plášťa kábla a nazýva sa Drain. V segmente siete je zvodný vodič uzemnený cez odpor na šasi zariadenia na jednom konci segmentu, aby sa zabránilo prúdeniu bludných prúdov cez plášť kábla pri rôznom zemnom potenciáli vo vzdialených bodoch.
Zvyčajne sa odpory ukončenia a ochranného uzemnenia nachádzajú vo vnútri zariadenia. Je potrebné ich správne prepojiť pomocou prepojok alebo prepínačov. Popis týchto zapojení je potrebné nájsť v technickej dokumentácii výrobcu zariadenia.
Obrázok 7 Schéma zapojenia 1747-AIC (Allen Bradley)
Obrázok 7 zobrazuje káblové pripojenia k medziľahlým zariadeniam v segmente siete. Pre prvý nástroj na segmente siete DH-485 nastavte prepojku 5-6 (prepája 120 ohmový terminátor, ktorý je vo vnútri 1747-AIC) a prepojku 1-2 (pripája vypúšťací vodič k šasi nástroja cez vnútorný odpor). Pre posledné zariadenie v segmente siete je potrebné nainštalovať iba prepojku 5-6 (pripojiť terminátor)
Pri použití iných symetrických káblov, najmä ak nie je známa ich charakteristická impedancia, sa veľkosť terminátorov volí empiricky. Aby ste to dosiahli, musíte osciloskop nainštalovať do stredu segmentu siete. Riadením tvaru pravouhlých impulzov vysielaných jedným z budičov možno usúdiť, že je potrebné upraviť hodnotu odporu terminátora.
Rozhranie RS-485 sa stalo hlavným fyzickým rozhraním pre priemyselné siete na prenos dát. Protokoly ako ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 fungujú na fyzickej vrstve RS-485.
Výrobcovia často klasifikujú protokoly priemyselného prenosu údajov. Informácie o konkrétnom komunikačnom protokole sa musia zbierať bit po bite.
Špecialista pracujúci s priemyselnými sieťami potrebuje program na čítanie všetkých informácií prenášaných v informačných sieťach. Základné tajomstvá priemyselných protokolov je možné odhaliť len prostredníctvom komplexnej analýzy prenášaných a prijímaných dát. Program ComRead v.2.0 je určený na ukladanie a zobrazovanie dátových a servisných signálov prenášaných v informačných sieťach, ktoré fungujú podľa štandardov RS-232, RS-485, Bell-202 atď. Program nielenže ukladá všetky informácie, ale tiež vytvára časovú základňu dátových a servisných signálov. Program ComRead v.2.0 skenuje informačný kanál bez ovplyvnenia jeho činnosti, to znamená, že pracuje v režime počúvania fyzického média prenosu informácií. Okrem toho môže program pracovať v režime prekladača dát a servisných signálov. Zároveň sa stáva priamou súčasťou informačného komunikačného kanála. Viac podrobností s programom nájdete tu
Možnosť vysielania.
Viacbodové pripojenie.
Nevýhody RS485
Vysoká spotreba energie.
Nedostatok servisných signálov.
Možnosť kolízií.
Štandard RS-485 bol prvýkrát prijatý Asociáciou elektronického priemyslu. 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 priemyselných riadiacich systémov na účely vzájomného prepojenia 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 výmena dát medzi viacerými zariadeniami pomocou jedinej dvojvodičovej komunikačnej linky v polovičnom duplexnom režime. Angažuje sa v modernom priemysle pri tvorbe systémov riadenia procesov.
Dosah a rýchlosť
Pomocou prezentovaného štandardu je možné dosiahnuť prenos informácií rýchlosťou až 10 Mbit / s. 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. Zároveň sa rýchlosťou 100 kbps prenášajú dáta na vzdialenosť 1200 metrov.
Počet kombinovaných zariadení
Počet zariadení, ktoré môže rozhranie RS-485 v sebe kombinovať, priamo závisí od toho, ktoré transceivery sú v nich zapojené. Každý vysielač umožňuje špecifické ovládanie 32 štandardných prijímačov. Pravda, mali by ste si uvedomiť, že existujú prijímače so vstupnou impedanciou, ktorá sa líši od štandardu o 50%, 25% alebo menej. Ak použijete toto zariadenie, celkový počet zariadení sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši.
Konektory a protokoly
Kábel RS-485 nie je schopný štandardizovať žiadny konkrétny formát dátového rámca alebo komunikačný protokol. Na vysielanie sa spravidla používajú rovnaké rámce, aké používa RS-232. Inými slovami, dátové bity, stop a štart bity a paritný bit, ak je to potrebné. Čo sa týka fungovania výmenných protokolov, vo väčšine moderných systémov sa vykonáva podľa princípu „master-slave“. To znamená, že určité zariadenie v sieti funguje ako nadriadené a iniciuje výmenu požiadaviek na odosielanie medzi podriadenými zariadeniami, ktoré sa medzi sebou líšia logickými adresami. V súčasnosti je najznámejším protokolom Modbus RTU. Je potrebné poznamenať, že kábel RS-485 nemá špecifický typ konektora alebo vedenia. 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 prepojiť signálové obvody. Spravidla sa nazývajú A a B. Prepólovanie teda nie je veľký problém, 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 prenos signálu je krútená dvojlinka.
2. Konce kábla musia byť ukončené pomocou špeciálnych koncových odporov.
3. Sieť, kde sa používa štandard alebo USB RS-485, musí byť vedená bez vetiev podľa topológie zbernice.
4. Zariadenia by mali byť pripojené ku káblu pomocou najkratšej možnej dĺžky kábla.
Dohoda
Štandardné alebo USB RS-485 pomocou koncových odporov zaručuje úplné zladenie otvoreného konca kábla s následným vedením. Tým sa úplne eliminuje možnosť odrazu signálu. Nominálna impedancia odporov spojených s charakteristickou impedanciou krútených párov káblov a vodičov je zvyčajne okolo 100-120 ohmov. Napríklad v súčasnosti známy kábel UTP-5, ktorý sa často používa v procese kladenia Ethernetu, má charakteristickú impedanciu 100 ohmov.
Pre iné možnosti káblov je možné použiť iné hodnotenia. Rezistory je možné v prípade potreby prispájkovať na kolíky káblových konektorov v koncových zariadeniach. Nestáva sa často, že sú odpory inštalované v samotnom zariadení, v dôsledku čoho musia byť na pripojenie odporu nainštalované prepojky. V tomto prípade, keď je zariadenie pripojené, linka sa nezhoduje. Aby ste zaručili normálne fungovanie zvyšku systému, budete musieť pripojiť koncovku.
Úrovne signálu
Port RS-485 využíva vyváženú komunikačnú schému. Inými slovami, úrovne napätia na signálnych obvodoch A a B sa menia v protifáze. Snímač poskytuje úroveň signálu 1,5 V, berúc do úvahy limit zaťaženia. Okrem toho je k dispozícii maximálne 6 V, keď zariadenie beží naprázdno. Úroveň napätia sa meria diferenciálne. V mieste prijímača musí byť minimálna úroveň prijímaného signálu minimálne 200 mV.
Zaujatosť
Ak v signálnych obvodoch nie je žiadny signál, použije sa malý posun. Poskytuje ochranu prijímača v prípade falošného poplachu. Odborníci odporúčajú urobiť offset o niečo viac ako 200 mV, pretože táto hodnota sa považuje za zodpovedajúcu neplatnej zóne vstupného signálu podľa normy. V takejto situácii sa obvod A priblíži ku kladnému pólu zdroja a obvod B sa pritiahne k spoločnému.
Príklad
Hodnoty rezistorov sa vypočítavajú na základe požadovaného predpätia a napájacieho napätia. Napríklad, ak chcete získať posun 250 mV s koncovými odpormi, RT = 120 ohmov. Stojí za zmienku, že zdroj má napätie 12 V. Ak vezmeme do úvahy, že v tomto prípade sú dva odpory zapojené paralelne k sebe a vôbec nezohľadňujú zaťaženie z prijímača, predpätie dosahuje 0,0042. Zároveň je celkový odpor predpätia 2857 ohmov. V tomto prípade Rcm bude asi 1400 Ohm. Preto budete musieť vybrať najbližšiu nominálnu hodnotu. Príkladom môže byť odpor 1,5 kΩ. Vyžaduje sa pre ofset. Okrem toho sa používa externý 12 voltový odpor.
Treba tiež poznamenať, že systém má izolovaný výstup od napájania regulátora, ktorý je hlavným článkom v segmente vlastného obvodu. Je pravda, že existujú aj iné možnosti vykonania skreslenia, kde je zahrnutý prevodník RS-485 a ďalšie prvky, ale stále by ste mali počítať s tým, že uzol poskytujúci skreslenie bude niekedy zakázaný alebo nakoniec úplne odstránený zo siete. Keď existuje predpätie, plne nečinný potenciál obvodu A sa považuje za pozitívny vzhľadom na obvod B. Toto slúži ako vodítko pri pripájaní nového zariadenia ku káblu bez použitia značiek drôtov.
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 rýchlosť výmeny dát vyššia 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 používanými rozbočovačom RS-485 a inými zariadeniami s prezentovaným rozhraním, je potrebné vziať do úvahy 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 najskôr pozastaviť, čo sa časovo rovná rýchlosti vysielania jednej snímky. V tomto prípade môže správny program príjmu plne identifikovať chyby prechodného procesu, ktorý je schopný vykonať normalizačnú procedúru a pripraviť sa na ďalší príjem dát.
Po vydaní posledného dátového bajtu musíte urobiť pauzu pred odpojením zariadenia RS-485. V určitom zmysle je to spôsobené tým, že v radiči sériového portu sú často dva registre súčasne. Prvým je paralelný vstup, je určený na príjem informácií. Druhý sa považuje za posunový výstup, používa sa na účely sériového výstupu.
Keď radič prenáša dáta, generujú sa akékoľvek prerušenia, keď je vstupný register prázdny. K tomu dochádza, keď už boli informácie do posuvného registra zadané, 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 vykonávaní presnejších výpočtov sa odporúča podrobnejšie si preštudovať technickú dokumentáciu použitého radiča sériového portu.
Je možné, že vysielač, prijímač a prevodník RS-485 sú pripojené na spoločnú linku. Vlastný prijímač teda začne vnímať aj vysielanie uskutočnené vlastným vysielačom. Často sa stáva, že v systémoch, ktoré sa vyznačujú náhodným prístupom k linke, sa táto funkcia používa na kontrolu, či nedochádza ku kolízii 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 zaisťuje, že komunikačná linka musí zodpovedať koncovým rezistorom oboch koncov. 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 zodpovedajúci odpor. V prípade potreby je možné ho pripojiť k linke inštaláciou špeciálnej prepojky na dosku zariadenia. Stojí za zmienku, že najskôr je nainštalovaný stav dodávky prepojok, 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. Pokiaľ ide o zariadenia S2000-KS a S2000-K, ktoré sa vyznačujú zabudovaným prispôsobeným odporom, na pripojenie nie je potrebný žiadny jumper. Na zabezpečenie dlhej komunikačnej linky je vhodné použiť špecializované opakovače-opakovače, ktoré sú vopred vybavené plne automatickými prepínačmi smeru prevodovky.
Konfigurácia hviezd
Všetky odbočky na linke RS-485 sa považujú za nechcené, pretože by to viedlo k nadmernému skresleniu signálu. Aj keď z hľadiska praxe sa to pri malej dĺžke konára dá priznať. V tomto prípade nie je potrebné inštalovať zakončovacie odpory na samostatné vetvy.
V systéme RS-485, kde je ovládanie zabezpečené pomocou diaľkového ovládača, keď sú rezistory a zariadenia pripojené na rovnakú linku, ale napájané z rôznych zdrojov, je potrebné skombinovať 0 V obvody všetkých zariadení a diaľkového ovládača. aby sa dosiahlo ich potenciálne vyrovnanie. Ak táto požiadavka nie je splnená, diaľkové ovládanie je schopné prerušovanej komunikácie so zariadeniami. Pri použití vodičov s niekoľkými krútenými pármi je možné v prípade potreby použiť úplne voľný pár pre obvod vyrovnávania potenciálu. Okrem toho je možné použiť tienenú krútenú dvojlinku, ak tienenie nie je uzemnené.
Čo treba zvážiť?
Vo väčšine prípadov sa prúd pretekajúci drôtom na vyrovnanie potenciálov považuje za dosť malý. Ak sú 0 V zariadenia alebo samotné napájacie zdroje pripojené k niekoľkým lokálnym uzemňovacím zberniciam, potom môže potenciálny rozdiel medzi rôznymi 0 V obvodmi dosiahnuť niekoľko jednotiek. Niekedy je táto hodnota okolo desiatok voltov a prúd, ktorý preteká obvodom vyrovnávania potenciálu, je dosť významný. To je často dôvod, prečo je medzi diaľkovým ovládačom a zariadeniami nestabilné spojenie. V dôsledku toho sú dokonca schopné zlyhať.
Preto je potrebné vylúčiť možnosť uzemnenia obvodu 0 V, prípadne tento obvod uzemniť v konkrétnom bode. Okrem toho by sa mala zvážiť možnosť prepojenia medzi 0 V a ochranným uzemňovacím obvodom, ktorý je prítomný v zariadení používanom v poplachovom systéme. Je potrebné poznamenať, že na miestach, kde je charakteristické relatívne silné elektromagnetické prostredie, je možné pripojiť sa k tejto sieti pomocou kábla "tieneného krúteného páru". Zostáva zdôrazniť, že v tejto situácii môže existovať kratší limitný rozsah, pretože kapacita drôtu sa považuje za vyššiu.
Je ľahké robiť návrhy pomocou RS-485 schudnúť, ak pochopíte, ako súčasne zachovať dobrú kvalitu komunikácie. Tento článok obsahuje fakty, mýty a kruté vtipy, ktoré by ste si mali uvedomiť, aby ste dosiahli tento cieľ.
V priemyselnej automatizácii a systémoch automatizácie budov existuje množstvo vzdialené zariadenia zber údajov, ktoré prenášajú a prijímajú informácie prostredníctvom centrálneho modulu, ktorý poskytuje prístup k údajom používateľom a iným spracovateľom. Pre tieto aplikácie sú typické dátové záznamníky a čítačky. Takmer ideálna dátová linka na to je definovaná štandardom RS-485, ktorý spája zariadenia na zber dát s krútenou dvojlinkou.
Keďže mnohé zo zariadení na zber a ukladanie údajov v sieťach RS-485 sú kompaktné, samostatné zariadenia napájané z batérie, opatrenia na zníženie ich spotreby energie sú potrebné na riadenie ich tvorby tepla a zvýšenie životnosti batérie. Rovnako tak sú úspory energie dôležité pre nositeľné zariadenia a iné aplikácie, kde sa RS-485 používa na sťahovanie dát do centrálnej procesorovej jednotky.
Nasledujúca časť je primárne určená pre tých, ktorí nepoznajú RS-485.
RS-485: história a popis
Štandard RS-485 spoločne vyvinuli dve asociácie výrobcov: Electronics Industries Association (EIA) a Telecommunications Industry Associastion (TIA). EIA kedysi označila všetky svoje normy predponou „RS“ (odporúčaná norma). Mnoho inžinierov naďalej používa toto označenie, ale EIA / TIA formálne nahradila „RS“ za „EIA / TIA“, aby sa uľahčila identifikácia pôvodu ich noriem. Dnes rôzne rozšírenia štandardu RS-485 pokrývajú širokú škálu aplikácií.
RS-485 a RS-422 majú veľa spoločného, a preto sú často zamieňané. Tabuľka 1 ich porovnáva. RS-485, ktorý definuje obojsmernú poloduplexnú komunikáciu, je jediným štandardom EIA / TIA, ktorý umožňuje viac prijímačov a ovládačov v konfiguráciách zbernice. EIA / TIA-422, na druhej strane, definuje jeden jednosmerný ovládač pre viac prijímačov. Prvky RS-485 sú spätne kompatibilné a zameniteľné s ich náprotivkami RS-422, avšak ovládače RS-422 by sa nemali používať v systémoch založených na RS-485, pretože sa nemôžu vzdať riadenia zbernice.
Tabuľka 1. Štandardy RS-485 a RS-422
| RS-422 | RS-485 | |
| Pracovný čas | Diferenciál | Diferenciál |
| Povolené číslo Tx a Rx | 1 Tx, 10 Rx | 32 Tx, 32 Rx |
| Maximálna dĺžka kábla | 1200 m | 1200 m |
| Maximálna prenosová rýchlosť | 10 Mbps | 10 Mbps |
| Minimálny rozsah výstupu ovládača | ± 2V | ± 1,5V |
| Maximálny výstupný rozsah meniča | ± 5V | ± 5V |
| Maximálny skratový prúd vodiča | 150 mA | 250 mA |
| Odolnosť voči zaťaženiu Tx | 100 ohmov | 54 ohmov |
| Citlivosť vstupu Rx | ± 200 mV | ± 200 mV |
| Maximálna vstupná impedancia Rx | 4 kΩ | 12 kΩ |
| Rozsah vstupného napätia Rx | ± 7V | -7 V až +12 V |
| Logic-one level Rx | > 200 mV | > 200 mV |
| Rx logická nulová úroveň | < 200 мВ | < 200 мВ |
ESD ochrana
Diferenciálny prenos signálu v systémoch založených na RS-485 a RS-422 poskytuje spoľahlivý prenos dát v prítomnosti šumu a diferenciálne vstupy ich prijímačov dokážu potlačiť aj významné bežné napätia. Musia sa však prijať dodatočné opatrenia na ochranu pred výrazne vyššími úrovňami napätia, ktoré sú bežne spojené s elektrostatickým výbojom (ESD).
Nabitá kapacita ľudského tela umožňuje človeku zničiť integrovaný obvod jednoduchým dotykom. K takémuto kontaktu môže ľahko dôjsť pri ukladaní a pripájaní kábla rozhrania. Na ochranu pred takýmito škodlivými vplyvmi obsahujú čipy rozhrania MAXIM „štruktúry ESD“. Tieto štruktúry chránia výstupy vysielačov a vstupy prijímačov v transceiveroch RS-485 pred úrovňami ESD až do ± 15 kV.
Aby sa zabezpečila uvedená ESD ochrana, Maxim opakovane testuje kladné a záporné napájacie kolíky v krokoch po 200 V na overenie konzistencie úrovní až do ± 15 kV. Zariadenia v tejto triede (spĺňajúce špecifikácie Human Body Model alebo IEC 1000-4-2) sú označené dodatočnou príponou „E“ v označení produktu.
Zaťažiteľnosť budiča RS-485 / RS-422 je kvantifikovaná v jednotkovej záťaži, ktorá je zase definovaná ako vstupná impedancia jedného štandardného prijímača RS-485 (12 kΩ). Štandardný ovládač RS-485 teda môže riadiť 32 jednotkových záťaží (32 paralelných záťaží 12 kΩ). Pri niektorých prijímačoch RS-485 je však vstupná impedancia vyššia – 48 kOhm (1/4 jednotkové zaťaženie) alebo dokonca 96 kOhm (1/8 jednotkové zaťaženie) – a preto je možné k jednému prijímaču pripojiť 128 alebo 256 takýchto prijímačov. autobus naraz.... Môžete pripojiť akúkoľvek kombináciu typov prijímačov, pokiaľ ich paralelná impedancia neprekročí 32 jednotkových záťaží (t. j. celková impedancia nie je menšia ako 375 ohmov).
Dôsledky vysokých rýchlostí
Rýchlejšie prenosy vyžadujú vyššie rýchlosti otáčania na výstupe budiča, čo zase spôsobuje vyššiu úroveň elektromagnetického rušenia (EMI). Niektoré RS-485 transceivery udržujú EMI na minime obmedzením ich rýchlosti. Pomalšie rýchlosti tiež pomáhajú kontrolovať odrazy spôsobené rýchlymi prechodmi, vysokými prenosovými rýchlosťami alebo dlhými spojeniami. Kľúčom k minimalizácii odrazov je použitie zakončovacích odporov dimenzovaných tak, aby zodpovedali charakteristickej impedancii kábla. Pre bežné káble RS-485 (24AWG krútená dvojlinka) to znamená umiestnenie 120 ohmových odporov na oba konce komunikačnej linky.
Kam ide všetka sila?
Zjavným zdrojom straty výkonu je pokojový prúd transceivera (IQ), ktorý je v moderných zariadeniach výrazne znížený. Tabuľka 2 porovnáva pokojové prúdy nízkoenergetických CMOS transceiverov s priemyselným štandardom 75176.
Tabuľka 2. Porovnanie zvodových prúdov pre rôzne RS-485 transceivery
Ďalšia charakteristika spotreby energie transceiverov RS-485 sa objaví, keď nie je zaťaženie, je povolený výstup ovládača a prítomnosť periodického vstupného signálu. Keďže v RS-485 by sa malo vždy vyhnúť otvoreným linkám, ovládače zatĺkajú svoje výstupné štruktúry pri každom prepnutí výstupu. Toto krátke zopnutie oboch výstupných tranzistorov okamžite spôsobí nábehový prúd v napájaní. Dostatočne veľký vstupný kondenzátor tlmí tieto rázy a vytvára RMS prúd, ktorý stúpa s prenosovou rýchlosťou na maximálnu hodnotu. Pre transceivery MAX1483 je toto maximum približne 15 mA.
Pripojenie štandardného RS-485 transceivera na minimálnu záťaž (jeden ďalší transceiver, dva zakončovacie odpory a dva ochranné odpory) umožňuje merať závislosť napájacieho prúdu od prenosovej rýchlosti za reálnejších podmienok. Obrázok 2 ukazuje ICC verzus prenosovú rýchlosť pre MAX1483 za nasledujúcich podmienok: štandardné odpory 560 ohmov, 120 ohmov a 560 ohmov, VCC = 5 V, DE = / RE \ = VCC a 300 m kábel.
Ako môžete vidieť na obrázku 2, prúdová spotreba stúpa na približne 37 mA aj pri extrémne nízkych prenosových rýchlostiach; toto je primárne spôsobené pridaním zakončovacích odporov a predpätia. Pre aplikácie s nízkou spotrebou energie by to malo demonštrovať dôležitosť typu použitého vyjednávania, ako aj spôsobu dosiahnutia odolnosti voči chybám. Odolnosť voči chybám je diskutovaná v ďalšej časti a Detailný popis zmierenie je dostupné v sekcii „Zlé vtipy o zmierení“.
odolnosť proti chybám
Pri napätiach na vstupoch prijímačov RS-485 v rozsahu od -200 mV do + 200 mV zostáva stav výstupu nedefinovaný. Inými slovami, ak je rozdielové napätie na strane RS-485 v poloduplexnej konfigurácii 0 V a žiadny z transceiverov nevedie linku (alebo je prerušené spojenie), potom je logická jednotka a logická nula na výstupe. rovnako pravdepodobné. Na zabezpečenie určitého stavu na výstupe za takýchto podmienok väčšina moderných transceiverov RS-485 vyžaduje inštaláciu predpätia: počiatočný odpor vysokej úrovne (pullup) na jednej linke (A) a nízkej úrovne (pulldown) na druhej ( B), ako je znázornené na obrázku 1. Historicky boli predpätie vo väčšine obvodov špecifikované ako 560 ohmov, ale na zníženie straty výkonu (keď sa končí iba na jednom konci spoja) sa táto hodnota môže zvýšiť na približne 1,1 kΩ. Niektorí vývojári inštalujú odpory na oba konce s menovitými hodnotami od 1,1k do 2,2k. Tu musíte nájsť kompromis medzi odolnosťou proti hluku a spotrebou energie.
Obrázok 1. Tri externé odpory tvoria zakončovací a predpäťový obvod pre tento transceiver RS-485.
Obrázok 2. MAX1483 napájací prúd transceivera vs. prenosová rýchlosť.
Výrobcovia transceiverov RS-485 predtým eliminovali potrebu externých predpäťových odporov poskytovaním interných kladných predpätí na vstupoch prijímača, ale tento prístup bol účinný len pri riešení problému s otvoreným obvodom. Kladné predpätia použité v týchto pseudo-bezpečných prijímačoch boli príliš slabé na to, aby vyrovnali výstup prijímača na prispôsobenej zbernici. Ďalšie pokusy vyhnúť sa použitiu externých odporov zmenou prahových hodnôt prijímača na 0 V a -0,5 V porušili špecifikáciu RS-485.
Rodina transceiverov MAX3080 a MAX3471 od Maxim vyriešila oba tieto problémy definovaním presného prahového rozsahu -50 mV až -200 mV, čím sa eliminovala potreba predpätia rezistorov pri zachovaní plnej zhody so štandardom RS-485. Tieto integrované obvody zabezpečujú, že vstup 0 V do prijímača spôsobí, že výstup bude vysoký. Okrem toho táto konštrukcia zaručuje známy výstupný stav prijímača pre podmienky otvoreného a uzavretého vedenia.
Ako je uvedené v tabuľke 2, transceivery sa značne líšia v hodnotách pokojového prúdu. Prvým krokom pri šetrení energie by preto mal byť výber zariadenia s nízkou spotrebou energie, ako je MAX3471 (2,8 μA s vypnutým ovládačom, až 64 Kbps). Keďže spotreba energie sa počas prenosu dát výrazne zvyšuje, ďalším cieľom je minimalizovať dobu chodu ovládača prenosom krátkych telegramov (údajové bloky, približne za) s dlhými čakacími dobami medzi nimi. Tabuľka 3 ukazuje štruktúru typického sériového telegramu.
Tabuľka 3. Sériový telegram
Systém založený na RS-485 využívajúci prijímače v jednej jednotkovej záťaži (až 32 adresovateľných zariadení) môže mať napríklad tieto bity: 5 adresných bitov, 8 dátových bitov, štartovacie bity (všetky snímky), stop bity (všetky snímky) , paritné bity (voliteľné) a bity CRC (voliteľné). Minimálna dĺžka telegramu pre túto konfiguráciu je 20 bitov. Pre bezpečné prenosy musíte odoslať dodatočné informácie, ako je veľkosť údajov, adresa odosielateľa a smer, čím sa dĺžka telegramu zvýši na 255 bajtov (2040 bitov).
Táto zmena dĺžky telegramu so štruktúrou definovanou štandardmi ako X.25 poskytuje spoľahlivosť údajov na úkor predĺženia času zbernice a spotreby energie. Napríklad prenos 20 bitov rýchlosťou 200 kbps by trval 100 µs. Pri použití MAX1483 na odosielanie 200 Kbps dát za sekundu je priemerný prúd
(100 μs * 53 mA + (1 s - 100 μs) * 20 μA) / 1 s = 25,3 μA
Keď je transceiver v nečinnom režime, jeho ovládač by mal byť deaktivovaný, aby sa minimalizovala spotreba energie. Tabuľka 4 ukazuje vplyv dĺžky telegramu na spotrebu energie pre jeden ovládač MAX1483, ktorý pracuje s určitými prerušeniami medzi prenosmi. Použitie režimu vypnutia môže ďalej znížiť spotrebu energie v systéme, ktorý využíva technológiu dopytovania v pevných intervaloch alebo dlhších, deterministických medzier medzi prenosmi.
Tabuľka 4. Vzťah medzi dĺžkou telegramu a spotrebou prúdu pri použití ovládača MAX1483
Okrem týchto softvérových aspektov ponúka hardvér mnoho miest na zlepšenie napájania. Obrázok 3 porovnáva prúdy spotrebované rôznymi vysielačmi a prijímačmi pri prenose signálu so štvorcovými vlnami cez 300 metrový kábel s aktívnymi budičmi a prijímačmi. 75ALS176 a MAX1483 používajú štandardnú ukončovaciu sieť 560Ω / 120Ω / 560Ω na oboch koncoch linky, zatiaľ čo „skutočne bezpečné“ zariadenia (MAX3088 a MAX3471) majú na oboch koncoch zbernice iba 120Ω ukončovacie odpory ... Pri 20 Kbps sa odberové prúdy pohybujú od 12,2 mA (MAX3471 s VCC = 3,3 V) do 70 mA (75ALS176). K výraznému zníženiu spotreby energie teda dôjde okamžite, keď vyberiete nízkoenergetické zariadenie s funkciou „skutočného zabezpečenia proti poruche“, čo tiež eliminuje potrebu inštalácie predpätia (k zemi a k VCC). Overte si, že prijímač vášho zvoleného transceivera RS-485 vysiela správne logické úrovne pre podmienky otvoreného aj uzavretého obvodu.
Obrázok 3. Mikroobvody transceivera sa značne líšia v závislosti spotreby prúdu od rýchlosti prenosu dát.
Zlé vtipy o vyrovnaní
Ako je uvedené vyššie, zakončovacie odpory eliminujú odrazy spôsobené nesúladom impedancie, ale nevýhodou je dodatočný rozptyl energie. Ich vplyv je znázornený v tabuľke 5, ktorá ukazuje odberové prúdy pre rôzne transceivery (s aktívnym budičom) pre podmienky bez rezistorov, s použitím iba zakončovacích odporov a tiež kombináciu zakončovacích odporov a ochranných predpätia.
Tabuľka 5. Použitie ukončovacích odporov a predpätia zvyšuje spotrebu prúdu
| MAX1483 | MAX3088 | MAX3471 | SN75ALS176 | |
| I VCC (bez 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 |
Eliminovať vyjednávanie
Prvým spôsobom zníženia spotreby energie je úplné odstránenie ukončovacích odporov. Táto možnosť je možná len pri krátkych spojeniach a nízkych rýchlostiach prenosu dát, ktoré umožňujú upokojiť odrazy ešte predtým, ako prijímač spracuje dáta. Ako ukazuje prax, prispôsobenie nie je potrebné, ak je čas nárastu signálu aspoň štvornásobkom času oneskorenia jednosmerného šírenia signálu cez kábel. Nasledujúce kroky používajú toto pravidlo na výpočet maximálnej povolenej dĺžky nezodpovedajúceho kábla:
MAX3471 teda môže poskytnúť slušnú kvalitu signálu pri prenose a príjme pri 64 Kbps cez 38 m kábel bez ukončovacích odporov. Obrázok 4 ukazuje dramatické zníženie spotreby MAX3471 dosiahnuté pri použití 30 metrov kábla bez ukončovacieho odporu namiesto 300 metrov kábla a 120 ukončovacích odporov.
Obrázok 4. Zakončovacie odpory - hlavný spotrebič energie.
RC zhoda
Schopnosť RC zakončenia blokovať jednosmerný prúd je na prvý pohľad veľmi sľubná. Zistíte však, že táto technika kladie určité podmienky. Zakončenie pozostáva zo sériovej RC siete paralelnej so vstupmi diferenciálneho prijímača (A a B), ako je znázornené na obrázku 5. Hoci sa R vždy rovná impedancii kábla (Z 0), výber C si vyžaduje určitú úvahu. Veľká hodnota C poskytuje dobrú zhodu, čo umožňuje akémukoľvek signálu vidieť R, ktoré zodpovedá Z0, avšak veľká hodnota tiež zvyšuje špičkový výstupný prúd budiča. Bohužiaľ, dlhšie káble vyžadujú vyššie hodnoty C. Celé články boli venované určovaniu hodnotenia C, aby sa dosiahol tento kompromis. Podrobné rovnice na túto tému nájdete v tutoriáloch prepojených na konci tohto článku.
Obrázok 5. RC prispôsobenie znižuje spotrebu energie, ale vyžaduje starostlivý výber hodnoty C.
Priemerné napätie signálu je ďalším dôležitým faktorom, ktorý sa často prehliada. Pokiaľ nie je priemerné napätie signálu vyrovnané vzhľadom na priamy prúd Efekt krokovania po schodoch DC spôsobuje značné chvenie v dôsledku efektu známeho ako "medzisymbolové rušenie." Stručne povedané, zakončenie RC je účinné pri znižovaní spotreby energie, ale má tendenciu zhoršovať kvalitu signálu. Keďže vyjednávanie RC ukladá toľko obmedzení na jeho použitie, najlepšou alternatívou v mnohých prípadoch nie je žiadne vyjednávanie.
Prispôsobovanie Schottkyho diódy
Schottkyho diódy ponúkajú alternatívnu metódu prispôsobenia, keď je problémom vysoká spotreba energie. Na rozdiel od iných typov zakončení sa Schottkyho diódy nepokúšajú prispôsobiť impedanciu zbernice. Namiesto toho jednoducho potláčajú pozitívne a negatívne vrcholy spôsobené odrazmi. V dôsledku toho sú zmeny napätia obmedzené na kladné prahové napätie a nulu.
Schottkyho prispôsobovací obvod plytvá málo energiou, pretože vedie len v prítomnosti kladných a záporných rázov. Na druhej strane štandardné odporové zakončenie (s alebo bez predpätia rezistorov) neustále rozptyľuje energiu. Obrázok 6 znázorňuje použitie Schottkyho diód na boj proti odrazom. Schottkyho diódy neposkytujú bezpečnú prevádzku, ale prahové úrovne napätia zvolené v transceiveroch MAX308X a MAX3471 umožňujú bezpečnú prevádzku s týmto typom ukončenia.
Obrázok 6. Napriek vysokým nákladom má obvod prispôsobenia Schottkyho diódy mnoho výhod.
Schottkyho dióda, najlepšia dostupná aproximácia ideálnej diódy (nulové priepustné napätie Vf, nulový čas zapnutia tON a nulový čas spätného zotavenia trr), je veľmi zaujímavá ako náhrada za ukončovacie odpory náročné na energiu. Nevýhodou tohto prispôsobenia v systémoch založených na RS-485 / RS-422 je, že Schottkyho diódy nedokážu potlačiť všetky odrazy. Akonáhle odrazený signál klesne pod dopredné napätie Schottkyho diódy, jeho energia zostane nedotknutá zodpovedajúcimi diódami a zostane, kým nebude rozptýlená káblom. Či je toto pretrvávajúce rušenie významné alebo nie, závisí od veľkosti signálu na vstupoch prijímača.
Hlavnou nevýhodou terminátora Schottky je jeho cena. Jeden koncový bod vyžaduje dve diódy. Keďže zbernica RS-485 / RS-422 je diferenciálna, toto číslo sa opäť vynásobí dvomi (obrázok 6). Použitie viacrozmerných Schottkyho terminátorov na zbernici nie je nezvyčajné.
Terminátory Schottkyho diódy poskytujú mnoho výhod pre systémy založené na RS-485 / RS-422 a hlavnou z nich je úspora energie (obrázok 7). Nie je potrebné nič počítať, pretože špecifikovaná dĺžka kábla a limity prenosovej rýchlosti budú dosiahnuté pred akýmikoľvek limitmi Schottkyho terminátora. Ďalšou výhodou je, že viaceré Schottkyho terminátory v rôznych odbočkách a na vstupoch prijímača zlepšujú kvalitu signálu bez zaťaženia komunikačnej zbernice.
Obrázok 7. Spotreba prúdu v systémoch RS-485 veľmi závisí od prenosovej rýchlosti a typu ukončenia.
Zhrnutie
Keď je prenosová rýchlosť vysoká a kábel je dlhý, je ťažké zabezpečiť ultranízku spotrebu energie v systéme RS-485 (v originálnom "blšom výkone" - približne za per.), pretože je potrebné inštalovať zodpovedajúce zariadenia na komunikačnej linke ( terminátory). V tomto prípade môžu vysielače/prijímače so skutočným šumom na výstupoch prijímača ušetriť energiu aj s terminátormi tým, že eliminujú potrebu predpätia rezistorov. Softvérová komunikácia môže tiež pomôcť znížiť spotrebu energie umiestnením transceivera do vypnutého stavu alebo deaktiváciou ovládača, keď sa nepoužíva.
Pri nižších rýchlostiach a kratších kábloch je rozdiel v spotrebe energie obrovský: Prenos dát rýchlosťou 60 Kbps cez 30 metrový kábel pomocou štandardného transceivera SN75ALS176 so 120 ohmovými zakončovacími odpormi bude vyžadovať 70 mA energie z napájacieho systému. Na druhej strane, použitie MAX3471 za rovnakých podmienok by vyžadovalo iba 2,5 mA z napájacieho zdroja.
RS-485 je štandard, ktorý ako prvý prijala asociácia Electronics Industries Association. Dnes sa táto norma zaoberá elektrickými charakteristikami všetkých druhov prijímačov a vysielačov používaných v rôznych vyvážených digitálnych systémoch.
Medzi odborníkmi je RS-485 názov pomerne populárneho rozhrania, ktoré sa aktívne používa v rôznych priemyselných riadiacich systémoch na prepojenie niekoľkých ovládačov, ako aj mnohých ďalších zariadení. Hlavným rozdielom medzi týmto rozhraním a nemenej bežným RS-232 je, že umožňuje kombináciu niekoľkých typov zariadení súčasne.
Pomocou RS-485 je zabezpečená vysokorýchlostná výmena informácií medzi niekoľkými zariadeniami prostredníctvom jediného dvojvodičové vedenie komunikácia v polovičnom duplexnom režime. Je široko používaný v modernom priemysle v procese formovania systému riadenia procesov.
Pomocou tohto štandardu sa informácie prenášajú rýchlosťou až 10 Mbit/s, pričom maximálny možný dosah bude priamo závisieť od rýchlosti, ktorou sa dáta prenášajú. Pre zaistenie maximálnej rýchlosti je teda možné prenášať dáta maximálne na 120 metrov, pričom pri rýchlosti 100 kbps sa informácie vysielajú na vzdialenosť 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, ale musíte pochopiť, že existujú prijímače, ktorých vstupná impedancia je 50%, 25% alebo dokonca menej štandardu, a ak sa takéto zariadenie použije, celkový počet zariadení sa zvýši. podľa toho.
Kábel RS-485 neštandardizuje žiadny špecifický 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 prípadne 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 výmenu požiadaviek na odosielanie medzi všetkými podradenými zariadeniami, ktoré sa navzájom líšia. podľa logických adries. Najpopulárnejším protokolom súčasnosti je Modbus RTU.
Je potrebné poznamenať, že kábel RS-485 tiež nemá žiadny špecifický typ konektorov alebo káblov, to znamená, že môžu existovať koncové konektory, DB9 a iné.
Najčastejšie pomocou tohto rozhrania existuje lokálna sieť, ktorá kombinuje niekoľko transceiverov súčasne.
Pri vytváraní pripojenia RS-485 musíte kompetentne skombinovať signálové obvody medzi sebou, 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 zvážiť niekoľko funkcií jeho prevádzky:
Pomocou koncových rezistorov, štandardné alebo USB RS-485 poskytuje úplné prispôsobenie otvoreného konca kábla nasledujúcej linke, úplne eliminuje možnosť odrazu signálu.
Menovitý odpor rezistorov zodpovedá charakteristickej impedancii kábla a pre káble, ktoré sú založené na krútenej dvojlinke, je vo väčšine prípadov približne 100-120 ohmov. Napríklad kábel UTP-5, ktorý je dnes veľmi populárny a ktorý sa aktívne používa v procese kladenia Ethernetu, má charakteristickú impedanciu 100 Ohm. 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 odpojené, linka je úplne nesúladná. 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.
Tam, kde je prijímač umiestnený, musí byť minimálna úroveň prijímaného signálu v každom prípade aspoň 200 mV.
V prípade, že na signálnych obvodoch nie je signál, dochádza k miernemu posunu, ktorý chráni prijímač pred falošnými poplachmi.
Odborníci odporúčajú posun o niečo viac ako 200 mV, pretože táto hodnota zodpovedá zóne nespoľahlivosti 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 predpätím a napätím napájacieho zdroja sa vykoná výpočet. Napríklad, ak chcete získať posun 250 mV pri použití koncových odporov RT = 120 Ohm, vzhľadom na to, že zdroj má napätie 12 V. Ak vezmeme do úvahy, že v tomto prípade sú dva odpory zapojené paralelne bez ohľadu na zaťaženie z 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 použijeme 1,5k predpätie a externý 12V rezistor. Náš systém má navyše izolovaný výstup od napájacieho zdroja regulátora, ktorý je vedúcim článkom vo svojom segmente obvodu.
Samozrejme, existuje veľa ďalších možností implementácie predpätia, v ktorých sa používa prevodník RS-485 a ďalšie prvky, ale v každom prípade pri umiestňovaní obvodov predpätia je potrebné vziať do úvahy, že uzol, ktorý to zabezpečí sa bude pravidelne vypínať alebo dokonca môže byť úplne odstránená zo siete.
Ak je prítomné predpätie, potom je potenciál úplnej nečinnosti obvodu A kladný vzhľadom na obvod B, čo je vodítko, ak sa nové zariadenie pripojí 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 sú splnené aspoň niektoré požiadavky, dôjde k skresleniu signálu. Najvýraznejšie skreslenia sa začínajú objavovať, keď rýchlosť výmeny dát presiahne 1 Mbit / s, ale v skutočnosti aj v prípade nižších rýchlostí sa neodporúča ignorovať tieto odporúčania, aj keď sieť „bežne funguje“.
Pri programovaní rôznych aplikácií, ktoré pracujú so zariadeniami využívajúcimi rozbočovač RS-485 a inými zariadeniami s týmto rozhraním, je potrebné mať na pamäti niekoľko dôležitých bodov. Poďme si ich vymenovať:
Toto rozhranie poskytuje možnosť kombinácie zariadení vo formáte "bus", keď sú všetky zariadenia prepojené pomocou jedného páru vodičov. V tomto prípade sa komunikačná linka musí zhodovať s koncovými odpormi na oboch koncoch.
Na zabezpečenie zhody sú v tomto prípade nainštalované odpory s odporom 620 ohmov. Inštalujú sa vždy na prvé a posledné zariadenie pripojené k linke. Vo väčšine moderných zariadení je zabudovaný aj prispôsobený odpor, ktorý je možné v prípade potreby zaradiť do linky inštaláciou špeciálnej prepojky na dosku zariadenia.
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 prevodníkoch modelu S2000-PI pre každý jednotlivý výstup sa prispôsobovací odpor zapína pomocou spínača, zatiaľ čo zariadenia S2000-KS a S2000-K sa vyznačujú zabudovaným prispôsobovacím odporom, v dôsledku čoho na pripojenie nie je potrebný žiadny jumper.
Na zabezpečenie dlhšej komunikačnej linky sa odporúča použiť špecializované opakovače vybavené plne automatickým prepínaním smeru vysielania.
Akékoľvek odbočky v linke RS-485 sú nežiaduce, pretože v tomto prípade dochádza k dosť silnému skresleniu signálu, avšak z praktického hľadiska sa dajú tolerovať, ak je krátka dĺžka odbočky. V tomto prípade nie je potrebné inštalovať zakončovacie odpory na samostatné vetvy.
V distribučnom systéme RS-485, ktorý je ovládaný z konzoly, ak sú konzola a zariadenia pripojené k rovnakej linke, ale napájané z rôznych zdrojov, bude potrebné skombinovať 0 V obvody všetkých zariadení a konzoly. aby sa zabezpečilo ich potenciálne vyrovnanie. Ak táto požiadavka nie je splnená, diaľkové ovládanie môže mať 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, ak tienenie nie je uzemnené.
V drvivej väčšine je prúd, ktorý prechádza potenciálovým vyrovnávacím vodičom, dosť malý, ak je však 0 V zariadení alebo samotných napájacích zdrojov pripojených k niekoľkým lokálnym pozemným zberniciam, potenciálny rozdiel medzi rôznymi 0 V obvodmi môže byť niekoľko jednotiek. a v niektorých prípadoch aj desiatky voltov, pričom prúd pretekajúci obvodom vyrovnávania potenciálu môže byť dosť významný. Toto je častý dôvod, prečo existuje nestabilné spojenie medzi diaľkovým ovládačom a zariadeniami, v dôsledku čoho môžu dokonca zlyhať.
Z tohto dôvodu je potrebné vylúčiť možnosť uzemnenia obvodu 0 V, alebo maximálne uzemnenie tohto obvodu v určitom bode. Musíte tiež zvážiť možnosť prepojenia medzi 0 V a ochranným uzemňovacím obvodom, ktorý je prítomný v zariadení, ktoré sa používa v zabezpečovacom systéme.
Pri objektoch, ktoré sa vyznačujú pomerne silným elektromagnetickým prostredím, je možné túto sieť pripojiť cez kábel "tienenej krútenej dvojlinky". V tomto prípade môže byť prítomný kratší dosah, pretože kapacita kábla je vyššia.
Pre priemyselné aplikácie, bezdrôtové dátové linky nemôže nikdy úplne nahradiť káblové... Medzi poslednými je stále najbežnejší a najspoľahlivejší sériové rozhranie
Rs
-485
... A výrobcom najviac chránených pred vonkajšími vplyvmi a rôznymi konfiguráciami a stupňom integrácie transceiverov pre neho zostáva spoločnosťMaxim
Integrovaný
.
Napriek rastúcej obľube bezdrôtových sietí poskytujú najspoľahlivejšie a najstabilnejšie pripojenie najmä v náročných prevádzkových podmienkach tie káblové. Správne navrhnuté káblové siete umožňujú efektívnu komunikáciu v priemyselných aplikáciách a priemyselných riadiacich systémoch a zároveň poskytujú odolnosť voči rušeniu, elektrostatickým výbojom a prepätiam. Charakteristické vlastnosti rozhrania RS-485 viedli k jeho širokému použitiu v priemysle.
Transceiver RS-485 je najbežnejšie rozhranie fyzickej vrstvy na implementáciu sériových dátových sietí pre náročné prostredia v priemyselných systémoch a systémoch správy budov. Tento štandard sériového rozhrania poskytuje vysokorýchlostnú komunikáciu na relatívne veľkú vzdialenosť cez jednu diferenciálnu linku (krútený pár). Hlavným problémom používania RS-485 v priemysle a v automatizovaných systémoch riadenia budov je, že elektrické prechodové javy vznikajúce pri rýchlom spínaní indukčných záťaží, elektrostatických výbojoch, ako aj rázových napätiach, pôsobiacich na siete automatizovaných riadiacich systémov, môžu skresliť prenášaný signál. údajov alebo viesť k ich zlyhaniu.
V súčasnosti existuje niekoľko typov rozhraní na prenos údajov, z ktorých každé je navrhnuté pre špecifické aplikácie, pričom zohľadňuje požadovanú sadu parametrov a štruktúru protokolu. Sériové rozhrania zahŕňajú CAN, RS-232, RS-485 / RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI a SMBus, avšak RS-485 a RS-422 sú stále najspoľahlivejšie, najmä v drsnej prevádzke podmienky.
Rozhrania RS-485 a RS-422 sú v mnohých ohľadoch podobné, majú však niekoľko významných rozdielov, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri navrhovaní systémov prenosu údajov. V súlade s normou TIA / EIA-422 je rozhranie RS-422 určené pre priemyselné aplikácie s jedným masterom dátovej zbernice, ku ktorému je možné pripojiť až 10 slave (obrázok 1). Poskytuje prenos rýchlosťou až 10 Mbps pomocou krútenej dvojlinky, ktorá zlepšuje odolnosť voči šumu a dosahuje najvyšší možný rozsah a rýchlosť prenosu dát. Typickými aplikáciami pre RS-422 sú automatizácia priemyselných procesov (chemická výroba, spracovanie potravín, papierne), integrovaná automatizácia výroby (automobilový a kovospracujúci priemysel), ventilačné a klimatizačné systémy, bezpečnostné systémy, riadenie motorov a riadenie pohybu objektov.
RS-485 poskytuje väčšiu flexibilitu tým, že umožňuje viacero masterov na spoločnej zbernici a zvyšuje maximálny počet zariadení na zbernici z 10 na 32. Podľa štandardu TIA / EIA-485 má RS-485 väčšie napätie v spoločnom režime rozsah (-7 ... 12 V namiesto ± 7 V) a o niečo menší rozsah rozdielového napätia (± 1,5 V namiesto ± 2 V), čo zaisťuje dostatočnú úroveň signálu prijímača pri maximálnom zaťažení linky. Pomocou pokročilých možností dátovej zbernice multidrop môžete vytvárať siete zariadení pripojených k jednému sériový port RS-485. Vďaka svojej vysokej odolnosti voči šumu a schopnosti viacerých pádov je RS-485 najlepším sériovým rozhraním na použitie v priemyselných distribuovaných systémoch pripojených k programovateľnému logickému ovládaču (PLC), grafickému ovládaču (HMI) alebo iným ovládačom zberu dát. Keďže RS-485 je rozšírenou verziou RS-422, všetky zariadenia RS-422 je možné pripojiť na zbernicu riadenú masterom RS-485. Typické aplikácie pre RS-485 sú podobné tým, ktoré sú uvedené vyššie pre RS-422, s častejším používaním RS-485 kvôli jeho pokročilým schopnostiam.
Štandard TIA / EIA-485 umožňuje použitie RS-485 na vzdialenosť až 1200 m.Pri kratších vzdialenostiach je rýchlosť prenosu dát viac ako 40 Mbps. Použitie diferenciálneho signálu poskytuje rozhraniu RS-485 dlhší dosah, ale prenosová rýchlosť klesá so zvyšujúcou sa dĺžkou linky. Na prenosovú rýchlosť má vplyv aj plocha prierezu vodičov vedenia a počet zariadení, ktoré sú k nemu pripojené. Odporúča sa používať vysielače/prijímače RS-485 so vstavanou funkciou korekcie vysokej frekvencie, ako je MAX3291, ak potrebujete dosiahnuť veľký dosah a vysoké rýchlosti prenosu dát. Rozhranie RS-485 je možné použiť v poloduplexnom režime pomocou jedného krúteného páru vodičov alebo v plnoduplexnom režime so súčasným prenosom a príjmom dát, ktorý je zabezpečený pomocou dvoch krútených párov (štyri vodiče). V konfigurácii multidrop v polovičnom duplexnom režime je RS-485 schopný podporovať až 32 vysielačov a až 32 prijímačov. Avšak IC transceiveru novej generácie majú vyššiu vstupnú impedanciu, ktorá môže znížiť zaťaženie linky prijímača z 1/4 na 1/8 štandardnej hodnoty. Napríklad pomocou transceivera MAX13448E je možné zvýšiť počet prijímačov pripojených na zbernicu RS-485 na 256. Vďaka vylepšenému rozhraniu RS-485 multidrop môžete prepojiť viacero zariadení pripojených k rovnakému sériovému portu, ako je znázornené na obr. 2.
Citlivosť prijímača je ± 200 mV. Preto na rozpoznanie jedného dátového bitu musia byť úrovne signálu v bode pripojenia prijímača väčšie ako +200 mV pre nulu a menšie ako -200 mV pre jednotu (obrázok 3). V tomto prípade prijímač potlačí rušenie, ktorého úroveň je v rozsahu ± 200 mV. Diferenciálna čiara tiež poskytuje efektívne odmietnutie spoločného režimu. Minimálna vstupná impedancia prijímača je 12 kOhm, výstupné napätie vysielača je v rozsahu ± 1,5 ... ± 5 V.
Dizajnéri priemyselných systémov čelia náročným výzvam zabezpečenia spoľahlivej prevádzky v elektromagnetickom prostredí, ktoré môže poškodiť zariadenia alebo narušiť systémy digitálneho prenosu údajov. Jeden príklad podobné systémy je automatické ovládanie technologické vybavenie v automatizovanom priemyselnom závode. Riadiaca jednotka, ktorá riadi proces, meria jeho parametre, ako aj parametre prostredia a prenáša príkazy do výkonných zariadení alebo generuje núdzové upozornenia. Priemyselné regulátory sú spravidla zariadenia na báze mikroprocesorov, ktorých architektúra je optimalizovaná na riešenie problémov daného priemyselného podniku. Dátové linky typu point-to-point v takýchto systémoch sú vystavené silnému elektromagnetickému rušeniu z prostredia.
Priemyselné DC / DC meniče pracujú s vysokým vstupným napätím a poskytujú izolované napätie zo vstupu na napájanie záťaže. Na napájanie zariadení distribuovaného systému, ktoré nemajú vlastný sieťový zdroj, sa používajú napätia 24 alebo 48 V DC. Svorková záťaž je napájaná 12 alebo 5 V, získaným konverziou vstupného napätia. Systémy, ktoré komunikujú so vzdialenými snímačmi alebo akčnými členmi, vyžadujú ochranu proti prechodovým javom, elektromagnetickému rušeniu a rozdielom zemného potenciálu.
Mnohé spoločnosti, ako napríklad Maxim Integrated, vynakladajú veľké úsilie, aby zabezpečili, že integrované obvody pre priemyselné aplikácie budú vysoko spoľahlivé a odolné voči drsnému elektromagnetickému prostrediu. Transceivery Maxim RS-485 majú vstavanú vysokonapäťovú ESD a prepäťovú ochranu a sú vymeniteľné za chodu bez straty dát na linke.
Elektrostatický výboj (ESD) nastáva, keď sa dva opačne nabité materiály dostanú do kontaktu, čím sa prenesie statický náboj a vytvorí sa iskrový výboj. ESD sa často vyskytuje, keď ľudia prichádzajú do kontaktu s okolím. Iskrové výboje vznikajúce pri neopatrnej manipulácii s polovodičovými súčiastkami môžu výrazne zhoršiť ich vlastnosti alebo viesť k úplnému zničeniu polovodičovej štruktúry. ESD sa môže vyskytnúť napríklad pri výmene kábla alebo jednoduchom dotyku I/O portu a spôsobiť deaktiváciu portu v dôsledku zlyhania jedného alebo viacerých mikroobvodov rozhrania (obrázok 4).
Takéto nehody môžu viesť k značným stratám, pretože zvyšujú náklady na záručné opravy a spotrebitelia ich vnímajú ako dôsledok. Nízka kvalita produkt. V priemyselnej výrobe je ESD vážnym problémom s potenciálom spôsobiť straty v miliardách dolárov ročne. V reálnych podmienkach môže ESD viesť k zlyhaniu jednotlivých komponentov a niekedy aj celého systému. Externé diódy je možné použiť na ochranu dátových rozhraní, ale niektoré integrované obvody rozhrania obsahujú vstavané komponenty ESD ochrany a nevyžadujú dodatočné externé ochranné obvody. Obrázok 5 zobrazuje zjednodušenú funkčnú schému typického zabudovaného obvodu ESD ochrany. Impulzy signálneho vedenia sú obmedzené diódovou ochranou pri napájacom napätí V CC a kostrou a chránia tak vnútro obvodu pred poškodením. V súčasnosti vyrábané prepojovacie čipy a analógové prepínače so zabudovanou ESD ochranou vo všeobecnosti vyhovujú IEC 61000-4-2.
Maxim Integrated veľa investoval do vývoja čipov so spoľahlivou, vstavanou ESD ochranou a v súčasnosti je lídrom v oblasti transceiverov RS-232 až RS-485. Tieto zariadenia odolajú IEC 61000-4-2 a JEDEC JS-001 ESD testovacím impulzom priamo na I/O portoch. Riešenia Maxim ESD sú spoľahlivé, cenovo dostupné, nemajú žiadne ďalšie externé komponenty a sú lacnejšie ako väčšina podobných. Všetky mikroobvody rozhrania vyrábané touto spoločnosťou obsahujú zabudované prvky, ktoré zabezpečujú ochranu každého výstupu pred ESD vznikajúcim pri výrobe a prevádzke. Rad transceiverov MAX3483AE / MAX3485AE chráni výstupy vysielača a prijímača pred vysokonapäťovými impulzmi až do ± 20 kV. Súčasne je zachovaný normálny prevádzkový režim produktov, nie je potrebné vypínať a znova zapínať napájanie. Okrem toho vstavané ESD ochrany poskytujú zapnutie / vypnutie a pohotovostnú prevádzku s nízkou spotrebou energie.
V priemyselných aplikáciách sú vstupy a výstupy ovládačov RS-485 náchylné na poruchy v dôsledku prepätia. Parametre rázového napätia sú odlišné od ESD – kým trvanie ESD je zvyčajne v rozsahu do 100 ns, trvanie rázových napätí môže byť 200 μs a viac. Prepätia môžu byť spôsobené chybami zapojenia, zlým spojením, poškodenými alebo chybnými káblami a kvapkami spájky, ktoré môžu vytvoriť vodivé spojenie medzi napájacím a signálnym vedením na vytlačená obvodová doska alebo v konektore. Keďže priemyselné energetické systémy používajú napätie vyššie ako 24 V, vystavenie štandardných transceiverov RS-485, ktoré nie sú chránené proti prepätiu, takýmto napätiam ich poškodí v priebehu niekoľkých minút alebo dokonca sekúnd. Na ochranu pred prepätím vyžadujú konvenčné čipy rozhrania RS-485 drahé externé zariadenia založené na diskrétnych komponentoch. Transceivery RS-485 so vstavanou prepäťovou ochranou dokážu zvládnuť šum v bežnom režime dátovej linky až ± 40, ± 60 a ± 80 V. Maxim vyrába rad transceiverov RS-485 / RS-422 MAX13442E ... MAX13444E, ktoré odoláva jednosmernému vstupnému napätiu a výstupom až do ± 80 V vzhľadom na zem. Bezpečnostné funkcie fungujú bez ohľadu na aktuálny stav čipu – zapnutý, vypnutý alebo v pohotovostnom režime – vďaka čomu sú tieto transceivery najspoľahlivejšie v tomto odvetví, ideálne pre priemyselné aplikácie. Transceivery Maxim prežijú prepätia spôsobené skratovaným napájacím a signálnym vedením, chybami zapojenia, nesprávnym zapojením zástrčiek, chybnými káblami a nesprávnym používaním.
Dôležitou charakteristikou mikroobvodov rozhrania RS-485 je odolnosť prijímačov voči nedefinovaným stavom linky, čo zaručuje nastavenie vysokej logickej úrovne na výstupe prijímača pri otvorených alebo zatvorených vstupoch, ako aj pri pripojení všetkých vysielačov na linka prejde do neaktívneho režimu (vysokoimpedančný stav výstupov). Problém správneho vnímania signálov uzavretého dátového vedenia prijímačom je vyriešený posunutím prahov vstupného signálu na záporné napätia -50 a -200 mV. Ak je vstupné rozdielové napätie prijímača V A - V B väčšie alebo rovné -50 mV, výstup R 0 je nastavený na vysokú úroveň. Ak je VA - VB menšie alebo rovné -200 mV, výstup R0 je nastavený na nízku úroveň. Keď všetky vysielače prejdú do neaktívneho stavu a na linke je ukončenie, rozdielové vstupné napätie prijímača je blízko nule, v dôsledku čoho je výstup prijímača vysoký. V tomto prípade je hranica odolnosti proti šumu na vstupe 50 mV. Na rozdiel od transceiverov predchádzajúcej generácie prahové hodnoty -50 a -200 mV zodpovedajú hodnotám ± 200 mV stanoveným štandardom EIA / TIA-485.
