У сучасній техніці все більшого значення набуває обміну інформацією між різними пристроями. А для цього потрібно передавати дані як на невеликі відстані, так і на значні близько кілометрів. Один із таких видів передачі даних – зв'язок між пристроями за інтерфейсом RS-485.
Один із найпоширеніших прикладів застосування пристроїв для обміну даними – . Електролічильники, що об'єднуються в єдину мережу, розосереджені по шафах, осередках розподільних пристроїві навіть підстанціях, що знаходяться на значній відстані один від одного. У цьому випадку інтерфейс служить для надсилання даних від одного або кількох пристроїв обліку.
Система «один лічильник – один модем» активно впроваджується передачі даних у служби енергозбутових компаній від вузлів обліку приватних будинків, невеликих підприємств.
Інший приклад: отримання даних від мікропроцесорних терміналів релейного захисту у режимі реального часу, а також централізований доступ до них з метою внесення змін. Для чого термінали обв'язуються через інтерфейс зв'язку аналогічно, а дані від нього надходять у комп'ютер, встановлений у диспетчера. У разі спрацьовування захисту оперативний персонал має можливість відразу отримати інформацію про місце дії і характер пошкодження силових ланцюгів.
Але найскладнішим завданням, яке вирішується інтерфейсами зв'язку, є системи централізованого управління складними виробничими процесами – АСУ ТП. Оператор промислової установки на столі має комп'ютер, на дисплеї якого він бачить поточний стан процесу: температури, продуктивність, включені та відключені агрегати, їх режим роботи. І може всім цим керувати легким клацанням миші.
Комп'ютер обмінюється даними з контролерами – пристроями, що перетворюють команди від датчиків на мову, зрозумілий машині, і зворотне перетворення: від мови машини до команди управління. Зв'язок з контролером, а також між різними контролерами, здійснюється через інтерфейси зв'язку.
Інтерфейс RS-232 – молодший брат RS 485.Не можна хоча б коротко не згадати про інтерфейс RS-232, який ще називають послідовним. Роз'єм під відповідний порт мають деякі ноутбуки, а деякі цифрові пристрої (ті ж термінали релейного захисту) мають виходи для зв'язку за допомогою RS-232.
Для того, щоб обмінюватися інформацією, потрібно вміти її передавати та приймати. Для цього є передавач і приймач сигналів. Вони є у кожному пристрої. Причому вихід передавача одного пристрою (TX) з'єднується з входом приймача іншого пристрою (RX). І, відповідно, по іншому провіднику аналогічно сигнал рухається у зворотний бік.
При цьому забезпечується напівдуплексний режим зв'язку, тобто приймач і передавач можуть працювати одночасно. Дані по кабелю RS-232 можуть одночасно переміщатися і в одну, і в іншу сторону.
Недолік цього інтерфейсу - низька перешкода. Це відбувається через те, що сигнал у сполучний кабель і на прийом, і на передачу формується щодо загального дроту – землі. Будь-яке наведення, що існує навіть у екранованому кабелі, може призвести до збою зв'язку, втрати окремих бітів інформації. А це неприпустимо при керуванні складними та недешевими механізмами, де будь-яка помилка – аварія, а втрата зв'язку – тривалий простий.
Тому в основному застосовується для невеликих тимчасових підключень ноутбука до цифрового пристрою, наприклад для встановлення початкової конфігурації або виправлення помилок.
Організація інтерфейсу RS-485.Головна відмінність RS-458 від RS-232 - всі приймачі та передавачі працюють на одну пару проводів, що є лінією зв'язку. Провід землі при цьому не використовується, а сигнал лінії формується диференціальним методом. Він передається одночасно по двох дротах («А» та «В») в інверсному вигляді.
Якщо виході передавача – логічний «0», то провідник «А» видається нульовий потенціал. На провіднику "В" формується сигнал "не 0", тобто - "1". Якщо передавач транслює "1", виходить все навпаки.
У результаті отримуємо зміну напруги сигналу між двома проводами, що є крученою парою. Будь-яке наведення, потрапляючи в кабель, змінює напругу щодо землі однаково на обох проводах пари. Але напруга корисного сигналу формується між проводами, а тому нітрохи не страждає від потенціалів на них.
Всі пристрої, що об'єднуються інтерфейсом RS-485, мають всього два клеми: "А" і "В". Для підключення до спільної мережі ці клеми з'єднуються в паралельний ланцюг. Для цього від одного пристрою до іншого прокладається ланцюжок кабелів.
При цьому виникає необхідність упорядкувати обмін даними між пристроями, встановивши черговість передачі та прийому, а також – формат даних, що пересилаються. І тому служить спеціальна інструкція, звана протоколом.
Протоколів обміну даними за інтерфейсом RS-485 існує багато, що найчастіше використовується – Modbas. Коротко розглянемо, як працює найпростіший протокол, і які проблеми доводиться вирішувати з його допомогою.
Наприклад розберемо мережу, у якій один пристрій збирає дані з кількох джерел даних. Це може бути модем та група електролічильників. Для того, щоб знати, від якого лічильника підуть дані, кожному приймачу надається номер, унікальний для цієї мережі. Номер присвоюється і приймачу модему.
Коли настав час збирати дані про витрати електроенергії, модем формує запит. Спочатку передається стартовий імпульс, яким всі пристрої розуміють, що зараз прийде кодове слово – посилка з послідовності нулів і одиниць. У ній перші біти відповідатимуть номеру абонента в мережі, решта – дані, наприклад команда передати необхідну інформацію.
Всі пристрої приймають посилку і порівнюють номер абонента зі своїм власним. Якщо вони збігаються, виконується команда, передана у складі запиту. Якщо ні – пристрій ігнорує його текст і нічого не робить.
При цьому в багатьох протоколах надсилається тому підтвердження, що команда прийнята до виконання або виконана. Якщо відповіді немає, передавальний пристрій може повторити запит певну кількість разів. Якщо реакції так і не буде, генеруються відомості про помилку, пов'язані з несправністю каналу зв'язку з абонентом, що мовчить.
Відповіді може не наслідувати не тільки при поломці. За наявності сильних перешкод у каналі зв'язку, які проникають туди, команди можуть не доходити до пункту призначення. Ще вони зазнають спотворень і неправильно при цьому розпізнаються.
Неправильного виконання команди допустити не можна, тому дані посилки вводять свідомо надмірну інформацію – контрольну суму. Вона підраховується за певним законом, прописаним у протоколі, на стороні, що передає. На приймальні підраховується контрольна сума за таким же принципом і порівнюється з переданою. Якщо вони збігаються, прийом вважається успішним і команда виконується. Якщо ні – пристрій надсилає повідомлення про помилку на передавальну сторону.
Для з'єднання пристроїв інтерфейсом RS-485 використовуються кабелі "кручена пара". Хоча для передачі цей достатньо однієї пари проводів, зазвичай застосовуються кабелі мінімум з двома, щоб був закладений резерв.
Для кращого захисту від перешкод кабелі екрануються, при цьому екрани по всій лінії з'єднують один з одним. Для цього на пристроях, що об'єднуються, крім висновків «А» і «В» є клема «СОМ». Заземляється лінія тільки в одній точці, зазвичай у місці розташування контролера, модему або комп'ютера. У двох точках це робити заборонено, щоб уникнути наведень, які неминуче підуть по екрану через різницю потенціалів у точках заземлення.
Кабелі з'єднують лише послідовно один з одним, робити відгалуження не можна. Для узгодження лінії на її кінці підключається резистор з опором 120 Ом (це хвильовий опір кабелю).
Загалом монтаж кабельних ліній інтерфейсу – просте заняття. Набагато складніше налаштувати апаратуру, для чого знадобляться люди зі спеціальними знаннями.
Для кращого розуміння роботи інтерфейсу RS-485 пропонуємо Вам переглянути наступне відео:
RS-485 є стандартом, який був вперше прийнятий в Асоціації електронної промисловості. На сьогоднішній момент цей стандарт розглядає електричні характеристики всіляких приймачів та передавачів, що використовуються у різних балансових цифрових системах.
Серед фахівців RS-485 є назва досить популярного інтерфейсу, який активно використовується в різних промислових АСУТП для з'єднання кількох контролерів, а також безлічі інших пристроїв між собою. Головною відмінністю даного інтерфейсу від не менш поширеного RS-232 є те, що він передбачає поєднання одночасно кількох видів обладнання.
За допомогою RS-485 забезпечується швидкісний обмін інформацією між декількома пристроями через єдину двопровідну лініюзв'язку у напівдуплексному режимі. Його досить широко використовують у сучасній промисловості у процесі формування АСУТП.
За допомогою цього стандарту досягається транслювання інформації на швидкості до 10 Мбіт/с, при цьому гранично можлива дальність безпосередньо залежатиме від того, з якою швидкістю транслюються дані. Таким чином, для забезпечення граничної швидкості дані можуть передаватися не далі ніж на 120 метрів, тоді як при швидкості 100 кбіт/с інформація транслюється більш ніж на 1200 метрів.
Кількість пристроїв, які може об'єднувати в собі інтерфейс RS-485, безпосередньо залежатиме від того, які в пристрої використовуються приймачі. Кожен передавач розрахований на одночасне управління 32 стандартними приймачами, однак при цьому потрібно розуміти, що є приймачі, вхідний опір яких становить 50%, 25% або навіть меншу частину від стандартного, і у разі використання такого обладнання загальна кількість пристроїв буде збільшуватися відповідно.
Кабель RS-485 не нормує якийсь певний формат інформаційних кадрів або протокол обміну. У переважній більшості випадків застосовуються такі ж кадри, які використовує RS-232, тобто біти даних, стоповий і стартовий біти, а також біт паритету в разі необхідності.
Робота протоколів обміну у більшості сучасних систем здійснюється за принципом «провідний-відомий», тобто якийсь пристрій у мережі є провідним і бере на себе ініціативу обміну посилкою запитів між усіма підлеглими пристроями, що розрізняються між собою за логічними адресами. Найбільш популярним протоколом на сьогоднішній день є Modbus RTU.
Варто відзначити, що кабель RS-485 не має якогось певного типу з'єднувачів або розпаювання, тобто можуть зустрічатися клемні з'єднувачі, DB9 та інші.
Найчастіше із застосуванням даного інтерфейсу зустрічається локальна мережа, що об'єднує у собі одночасно кілька приймачів.
Здійснюючи підключення RS-485, потрібно грамотно поєднувати між собою сигнальні ланцюги, звані зазвичай А і В. У даному випадку переполюсування є не таким страшним, просто підключені пристрої не працюватимуть.
Використовуючи інтерфейс RS-485, слід враховувати кілька особливостей його роботи:
За допомогою термінальних резисторів стандартний або USB RS-485 забезпечує повноцінне узгодження відкритого кінця кабелю з наступною лінією, виключаючи можливість відображення сигналу.
Номінальний опір резисторів є відповідним хвильовому опору кабелю і для тих кабелів, що ґрунтуються на кручений парі, переважно становить приблизно 100-120 Ом. Наприклад, досить популярний на сьогоднішній день кабель UTP-5, що активно використовується в процесі прокладання Ethernet, має хвильовий опір 100 Ом. Для інших варіантів кабелю може використовуватися якийсь інший номінал.
Резистори у разі потреби можуть запаюватися на контактах кабельних роз'ємів у кінцевих пристроях. Рідко резистори встановлюються в самому пристрої, внаслідок чого для підключення резистора доводиться встановлювати перемички. У разі, якщо здійснюється відключення пристрою, лінія повністю неузгоджується. І для того щоб забезпечити нормальну роботу решти системи, потрібно підключити погоджувальну заглушку.
Порт RS-485 використовує балансну схему транслювання даних, тобто рівні напруги на сигнальних ланцюгах А і будуть змінюватися в протифазі.
За допомогою датчика повинен забезпечуватися рівень сигналу 1.5 В при граничному навантаженні, а також не більше 6 У тому випадку, якщо пристрій працює на холостому ходу. Рівень напруги вимірюється диференціально, кожен сигнальний провід щодо іншого.
Там, де знаходиться приймач, мінімальний рівень сигналу в будь-якому випадку повинен знаходитися на рівні не менше 200 мВ.
У тому випадку, якщо немає сигналу на сигнальних ланцюгах, відбувається незначне зсув, яким забезпечується захист приймача від випадків помилкового спрацьовування.
Фахівці рекомендують здійснювати зміщення трохи більше 200 мВ, так як це значення відповідає зоні недостовірності вхідного сигналу за стандартом. У цьому випадку ланцюг А підтягується до позитивного полюса джерела, тоді як ланцюг підтягується до загального.
Відповідно до необхідного зсуву і напруги джерела живлення здійснюється розрахунок Наприклад, якщо потрібно отримати зсув на рівні 250 мВ при використанні термінальних резисторів RT = 120 Ом при тому, що джерело має напругу 12 В. Враховуючи, що в цьому випадку два резистори включені паралельно один одному і при цьому абсолютно не беруть до уваги навантаження з боку приймача, струм зсуву становить 0.0042 А, тоді як загальний опір ланцюга зміщення становить 2857 Ом. R см у даному випадку становитиме приблизно 1400 Ом, тому потрібно вибрати якийсь найближчий номінал.
Як приклад використовуватиметься резистор 1.5 кОм, призначений для зміщення, а також зовнішній резистор на 12 вольт. Крім цього, в нашій системі присутній розв'язаний вихід блоку живлення контролера, що є провідною ланкою у своєму сегменті ланцюга.
Звичайно, є маса інших варіантів реалізації зміщення, в яких використовується перетворювач RS-485 та інші елементи, але в будь-якому випадку, здійснюючи розміщення ланцюгів зміщення, потрібно враховувати те, що вузол, який його забезпечуватиме, періодично вимикатиметься або навіть у кінцевому підсумку може бути повністю видалено з мережі.
Якщо є зсув, то в такому випадку потенціал ланцюга А на повністю холостому ходу є позитивним по відношенню до ланцюга, що є орієнтиром, якщо буде підключатися новий пристрій до кабелю без маркування проводів.
Виконання зазначених вище рекомендацій дозволяє домогтися нормальної передачі електричних сигналів у різні точки мережі, якщо основою використовується протокол RS-485. Якщо буде не дотримано хоча б якоїсь вимоги, виникатимуть спотворення сигналу. Найбільш помітні спотворення починають з'являтися в тому випадку, якщо швидкість обміну даними перевищує 1 Мбіт/с, проте насправді навіть у разі менших швидкостей не рекомендується нехтувати зазначеними рекомендаціями, навіть якщо мережа «і так нормально працює».
У процесі програмування різних програм, що працюють із пристроями, що використовують розгалужувач RS-485 та інші пристрої з цим інтерфейсом, потрібно враховувати кілька важливих моментів. Перерахуємо їх:
Цей інтерфейс передбачає можливість об'єднання пристроїв за форматом «шина», коли всі пристрої об'єднуються за допомогою єдиної пари дротів. У разі лінія зв'язку обов'язково повинна узгоджуватися кінцевими резисторами двох кінців.
Задля узгодження у разі встановлюються резистори, характеризуються опором 620 Ом. Вони завжди встановлюються на першому та останньому пристрої, підключеному до лінії. У переважній більшості сучасних пристроїв є також вбудований узгоджуючий опір, який у разі потреби можна включити в лінію за допомогою установки спеціальної перемички на плату приладу.
Так як у стані поставки перемички спочатку встановлені, потрібно спочатку зняти їх з усіх пристроїв відповідно, крім першого і останнього, підключених до лінії. У перетворювачах-повторювачах моделі С2000-ПІ для кожного окремого виходу узгоджуючий опір включається за допомогою перемикача, у той час як пристрої С2000-КС, а також С2000-К характеризуються вбудованим узгоджувальним опором, внаслідок чого перемичка, необхідна для його підключення, відсутня.
Для того щоб забезпечити більшу лінію зв'язку, рекомендується використовувати спеціалізовані повторювачі-ретранслятори, оснащені повністю автоматичним перемиканнямнапрями передачі.
Будь-які відгалуження в лінії RS-485 є небажаними, тому що в даному випадку з'являється досить сильне спотворення сигналу, проте з практичної точки зору їх можна припустити, якщо є невелика довжина відгалуження. В даному випадку не потрібне встановлення узгоджувальних резисторів на окремих відгалуженнях.
У розподільній системі RS-485, управління якою здійснюється з пульта, якщо останній і пристрої підключені до однієї лінії, але живляться від різних джерел, потрібно буде об'єднувати ланцюги 0 У всіх пристроїв і пульта для того, щоб забезпечити вирівнювання їх потенціалів. Якщо ця вимога не буде дотримана, то в такому випадку пульт може мати нестійкий зв'язок із пристроями. Якщо використовуватиметься кабель з декількома витими парами проводів, то у такому разі для ланцюга вирівнювання потенціалів при необхідності може використовуватися повністю вільна пара. Крім іншого, передбачається також можливість застосування екранованої кручений пари в тому випадку, якщо відсутня заземлення екрана.
У переважній більшості струм, який проходить по дроту вирівнювання потенціалів, є досить маленьким, проте в тому випадку, якщо пристроїв 0 В або самих джерел живлення будуть підключатися до декількох локальних шин заземлення, різниця потенціалів між різними ланцюгами 0 В може становити кілька одиниць, а в деяких випадках навіть десятків вольт, тоді як струм, що протікає по ланцюгу вирівнювання потенціалів, може бути досить значним. Саме це є частою причиною того, що є нестійкий зв'язок між пультом і пристроями, внаслідок чого вони навіть можуть виходити з ладу.
Саме з цієї причини потрібно виключити можливість заземлення ланцюга 0 або ж, як максимум, заземляти цей ланцюг в якійсь певній точці. Також потрібно враховувати можливість взаємозв'язку між 0 і ланцюгом захисного заземлення, присутньою в тому обладнанні, яке використовується в системі ОПС.
На об'єктах, котрим характерна досить важка електромагнітна обстановка, передбачається можливість підключення даної мережі через кабель "екранована кручена пара". У цьому випадку може бути менша гранична дальність, так як ємність кабелю є більш високою.
Мережева комунікація розлучається кабелем «вита пара п'ятої категорії». Контролери з'єднуються між собою топологією «шина», тобто. послідовно один за одним.
Коректна робота мережі (особливо при використанні довгих кабелів) можлива лише у тому випадку, коли між усіма приймальними пристроями йде одна єдина лінія (“шинна топологія”).
У лінію може бути включено до 32 пристроїв (для стандартної одиниці навантаження або більше для ¼ навантаження), розташованих як завгодно по всій її довжині. Пристрої повинні підключатися до лінії дуже короткими кабелями (завдовжки не більше 30 см) для того, щоб уникнути виникнення Y-розщеплення.
Насправді, однак, ця довжина може бути збільшена до кількох метрів. Найчастіше проблему складної конфігурації можна вирішити за допомогою повторювачів-ретрансляторів інтерфейсу.
Лінії передачі сигналу повинні бути не ближче 50 см від кабелів електричного живлення, особливо від навантажувальних кабелів. Тим більше вони не повинні прокладатися в одному обплетенні з цими кабелями або кабелями, якими протікають струми великої величини, т.к. це може призвести до проникнення перешкод та помилок.
Перетин силових ліній має бути під кутом 90 градусів. Забороняється зрощування кручених пар та використання «скруток». Для кабельного розведення рекомендується застосовувати кабелі з двома - чотирма витими парами для того, щоб:
Стандарт RS485 забезпечує роботу пристроїв на лінії завдовжки до 1,2 км. Ця величина є максимумом. На практиці ж рекомендується використовувати лінії довжиною не більше 500 м. При побудові систем з довгими лініями слід дотримуватися особливої обережності при виборі кабелю, який повинен мати відповідний поперечний переріз.
Використовуваний кабель повинен забезпечувати на термінаторі номіналом 120 Ом на дальньому кінці лінії напруга не менше 0.2 У тому випадку, якщо на виході передавального пристрою напруга становить 2 В. Не рекомендується використовувати кабелі менше 22 AWG.
Для дистанційного управлінняоб'єктами або контролю параметрів датчиків з диспетчерського пункту зараз широко використовують персональні комп'ютери. У промисловості для цих цілей використовується інтерфейс RS485, що дозволяє приєднувати по кручений парі до 32 приймачів на відстань до 1200 метрів зі швидкістю до 10 Мбіт/с. Докладніше про цей інтерфейс можна прочитати в все б добре, але комп'ютери не комплектуються подібними інтерфейсами. Інтерфейс RS232 і той на сучасних комп'ютерах можна зустріти досить рідко. А ось USB порт є практично на будь-якому.
Автор наводить практичну схему віртуального адаптера USB портуу RS485. А також RS485 в послідовний порт USART, який є в PIC18F8720 та багатьох інших мікроконтролерах. Рис1. Принадність віртуального USB порту полягає в тому, що програмне забезпеченняна комп'ютері можна писати як порту RS232. А це означає, що керувати портом можна буде за допомогою такого елемента керування, як MSComm. У цій статті керуюча програма комп'ютера не розглядається, тому надсилати дані з комп'ютера ми будемо за допомогою терміналки COMPump. Докладний описроботи з даною терміналкою розглядалося у статті Віртуальний USB/RS-232 порт, установка драйверів також розглядалися у статті. З програмної точки зору вона ні чим не відрізняється від USB/RS485, хоча RS232 це повнодуплексний приймач, а RS485 напівдуплексний.
Отже драйвер USB/RS485 відрізняється від USB/RS232 заміною мікросхеми DD2 рис1 у статті ADM213EARS на мікросхему D103 типу SN75176 рис1 даної статті. Дана мікросхема є закінченим напівдуплексним приймачем RS485, вихідний драйвер розрахований на струм +-60ма. Мікросхема має вбудований пристрій захисту від перегріву лише на рівні 150гр.С. Мінімальний вхідний опір 12ком, чутливість до входу 200мв. та вхідний гістерезис 50мв. Алгоритм роботи приймача та передавача наведено у таблицях 1,2. Мікросхема віртуального драйвера D101 (FT232BM) дозволяє без переробки програмного інтерфейсу підключити мікросхему SN75176 і працювати з портом RS485 в напівдуплексному режимі. Єдиний нюанс який слід враховувати при розробці програми на комп'ютері, це те, що під час передачі байта по інтерфейсу ви отримаєте в приймачі переданий байт, так звана луна. Інтерфейс RS485 розрахований на з'єднання приймачів за допомогою крученої пари на відстань до 1200 метрів, проте в умовах сильних перешкод слід провід помістити в екран .
Табл1. передавач
| D | DE | A | B |
| 1 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| Z | 0 | Z | Z |
Табл2. приймач
| A-B | Інв.RE | R |
| Vid> = 0,2в | 0 | 1 |
-0,2в | 0
|
?
|
|
| Vid<=-0,2в | 0 | 0 |
| X | 1 | Z |
| Відкритий | 0 | ? |
РІС 1
На місці керуючого пристрою також необхідно встановити мікросхему приймача D3 (SN75176). Так як для мікроконтролера драйвер ми пишемо самі, тому перемикання з прийому на передачу здійснюємо по ніжці 39 порту PORTJ4. На схемі рис1 мікросхема D2 виконує роль розрядного 10 аналого-цифрового перетворювача. Програма наведена в форматі HEX наведена в табл3.
Алгоритм її наступний. Програма кожні 21 мкс. зчитує дані з входу АЦП і записує у внутрішній буфер, що складається з 79байт. Приблизно через 1,7 мс. Буфер повністю заповнюється і процес повторюється. При цьому, щоб прочитати буфер з комп'ютера, необхідно надіслати адресу даного пристрою. У нашому випадку, це 0x0A. Після отримання адреси мікроконтролер передає 79 байт на комп'ютер. Адресація необхідна, якщо до лінії RS485 буде підключено більше одного об'єкта керування.
Весь пристрій було виконано на макетній платі, крім мікроконтролера. Для нього необхідно виготовити друковану плату, щоб можна було до нього припаяти висновки. Оскільки цей мікроконтролер має корпус TQFP80 розміром 12х12мм і має 80 висновків. Друкована плата наведена на рис 2, виготовлена з одностороннього склотекстоліту товщиною 0,5мм і розмірами 35х35мм. Паяти цю мікросхему бажано повітряною паяльною станцією.
Стандарт RS-485 вперше було прийнято в Асоціації електронної промисловості. Сьогодні він розглядає електричні характеристики різних приймачів та передавачів, що використовуються у балансних цифрових системах.
Що являє собою цей стандарт?
RS-485 є назвою відомого інтерфейсу, що активно використовується у всіляких промислових АСУТП з метою з'єднання певних контролерів та багатьох інших пристроїв між собою. Основна відмінність цього інтерфейсу від RS-232 полягає в тому, що він передбачає поєднання одночасно кількох різновидів обладнання. При використанні RS-485 гарантується швидкісний обмін даними між декількома пристроями шляхом застосування єдиної двопровідної лінії зв'язку напівдуплексному режимі. Він задіяний у сучасній промисловості під час створення АСУТП.
Дальність та швидкість
За допомогою представленого стандарту можна досягти транслювання інформації на швидкості до 10 Мбіт/с. При цьому гранично можлива дальність безпосередньо залежить від швидкості транслювання даних. Варто зазначити, що для забезпечення граничної швидкості інформація може передаватися не далі 120 метрів. У цей час при швидкості 100 кбіт/с дані транслюються більш ніж 1200 метрів.
Число об'єднаних пристроїв
Кількість пристроїв, які здатний поєднувати в собі інтерфейс RS-485, безпосередньо залежить від того, які в них задіяні приймачі. Кожен передавач передбачає певне керування 32 стандартними приймачами. Правда, слід при цьому знати, що існують приймачі з вхідним опором, який на 50%, 25% або менше відрізняються від стандартного. Якщо використовується обладнання, загальна кількість пристроїв збільшується відповідно.
Роз'єми та протоколи
Шнур RS-485 не здатний нормувати якийсь певний формат інформаційних кадрів або протокол обміну. Як правило, для трансляції застосовуються аналогічні кадри, що використовуються RS-232. Іншими словами, біти даних, стоповий і стартовий біти, а також біт паритету, якщо це необхідно. Щодо роботи протоколів обміну, у більшості сучасних систем вона виконується за принципом «ведучий-відомий». Це означає, що певний пристрій мережі виступає провідним і ініціатором обміну посилкою запитів між підлеглими пристроями, які різняться між собою за логічними адресами. Найвідомішим протоколом зараз є Modbus RTU. Варто зауважити, що кабель RS-485 не має певного типу з'єднувачів або розпаювання. Іншими словами, зустрічаються клемні з'єднувачі, DB9 та інші.
Підключення
Найчастіше з використанням представленого інтерфейсу зустрічається локальна мережа, яка поєднує в собі одночасно кілька різновидів приймачів. Виконуючи підключення RS-485, необхідно грамотно поєднувати між собою сигнальні ланцюги. Як правило, вони називаються А і В. Таким чином, переполюсування не є нічого страшного, просто підключені пристрої перестають працювати.
При використанні інтерфейсу RS-485 необхідно враховувати певні особливості роботи. Отже, рекомендації такі:
1. Оптимальне середовище для транслювання сигналу – кабель, створений на основі крученої пари.
2. Кінці шнура обов'язково слід заглушити за допомогою спеціалізованих термінальних резисторів.
3. Мережа, де використовується стандартний або USB RS-485, повинна прокладатися без відгалужень по топології шини.
4. Пристрої повинні підключатися до кабелю мінімально можливої довжини.
Узгодження
За допомогою термінальних резисторів стандартний USB RS-485 гарантує повноцінне узгодження відкритого кінця шнура з наступною лінією. При цьому повністю виключається можливість відображення сигналу. Номінальний опір резисторів, супутнє хвильовому опору кабелю та проводам, заснованих на кручений парі, як правило, становить близько 100-120 Ом. Наприклад, відомий в даний час кабель UTP-5, який найчастіше використовується в процесі прокладання Ethernet, має хвильовий опір 100 Ом.
Що стосується інших варіантів кабелю, то може бути застосований і інший номінал. Резистори здатні запаюватися на контактах кабельних роз'ємів у кінцевих пристроях, якщо це необхідно. Не часто резистори монтуються в самому обладнанні, в результаті чого для підключення резистора необхідно встановлювати перемички. У разі, коли підключення пристрою, лінія неузгоджується. Щоб гарантувати нормальне функціонування решти системи, потрібно підключити узгоджувальну заглушку.
рівні сигналів
Порт RS-485 застосовує балансову схему передачі. Іншими словами, рівні напруги на сигнальних ланцюгах А і змінюються в протифазі. За допомогою датчика забезпечується рівень сигналу, що становить 1.5, з урахуванням граничного навантаження. Крім того, передбачено не більше 6 У тому випадку, коли пристрій функціонує на холостому ходу. Рівень напруги вимірюється диференціально. У місці перебування приймача мінімальний рівень сигналу повинен бути не менше 200 мВ.
Зміщення
Коли спостерігається відсутність сигналу на сигнальних ланцюгах здійснюється невелике зміщення. Ним забезпечується захист приймача у разі помилкового спрацьовування. Фахівці радять виконувати зміщення трохи більше 200 мВ, тому що це значення вважається відповідним зоні недостовірності вхідного сигналу за стандартом. У такій ситуації ланцюг А наближається до позитивного полюса джерела, а ланцюг підтягується до загального.
Приклад
Відповідаючи необхідному зсуву та напрузі джерела живлення, виконується розрахунок номіналів резисторів. Наприклад, якщо слід отримати зсув, що знаходиться на рівні 250 мВ при залученні термінальних резисторів, RT = 120 Ом. Варто при цьому відзначити, що джерело має напругу 12 В. З урахуванням того, що в цьому випадку два резистори підключені паралельно один до одного і зовсім не беруть до уваги навантаження з боку приймача, струм зміщення досягає 0.0042. У цей час загальний опір ланцюга зміщення дорівнює 2857 Ом. Rсм при цьому становитиме близько 1400 Ом. Таким чином, потрібно вибрати найближчий номінал. Прикладом буде взято резистор 1.5 кОм. Він необхідний зміщення. Крім того, використовується зовнішній резистор на 12 вольт.
Також необхідно відзначити і те, що в системі існує розв'язаний вихід блоку живлення контролера, який є головною ланкою у власному сегменті ланцюга. Правда, є й інші варіанти виконання зсуву, де задіяний перетворювач RS-485 та інші елементи, проте все одно слід враховувати те, що вузол, що забезпечує зміщення, іноді буде відключатися або зрештою повністю відійде з мережі. Коли існує зміщення, потенціал ланцюга А повністю холостому ходу вважається позитивним по відношенню до ланцюга В. Це виступає як орієнтир при підключенні нового обладнання до кабелю без використання маркування проводів.
Неправильне розведення та спотворення
Здійснення рекомендацій, зазначених вище, дозволяє досягти коректної трансляції електричних сигналів у різні точки мережі, коли у вигляді основи задіяний протокол RS-485. Якщо хоча б одне з вимог нічого очікувати виконано, виникає спотворення сигналу. Найпомітніші спотворення виникають тоді, коли швидкість обміну інформацією вище 1 Мбіт/с. Щоправда, навіть при менших швидкостях не рекомендується нехтувати цими порадами. Це правило діє і за нормального функціонування мережі.
Як програмувати?
Під час програмування різноманітних додатків, які працюють з пристроями, що застосовуються розгалужувачем RS-485 та іншими пристроями з представленим інтерфейсом, слід враховувати кілька важливих моментів.
Перш ніж розпочнеться видача посилки, обов'язково необхідно активувати передавач. Варто зазначити, що, за інформацією деяких джерел, видача здатна здійснюватися відразу після активації. Незважаючи на це, деякі експерти радять спочатку витримати паузу, за часом рівну швидкості трансляції одного кадру. При цьому коректна програма прийому може встигнути повністю виявити помилки перехідного процесу, який здатний провести процедуру нормалізації та підготується до чергового прийому даних.
Коли буде видано останній байт даних, необхідно також витримати паузу, перш ніж відключати RS-485 пристрій. Це у сенсі пов'язані з тим, що у контролері послідовного порту часто перебуває одночасно два регістри. Перший є паралельним вхідним, він призначений прийому інформації. Другий вважається зсувним вихідним, він застосовується з послідовного висновку.
Під час передачі контролером даних будь-які переривання формуються при спустошенні вхідного регістру. Це відбувається тоді, коли інформація вже була надана у зсувний регістр, проте ще не видана. У цьому полягає причина, що після припинення трансляції необхідно витримати деяку паузу перед вимкненням передавача. Вона за часом має бути приблизно більшою на 0.5 біта, ніж кадр. При виконанні більш точних розрахунків рекомендується докладніше вивчити технічну документацію контролера послідовного порту, який використовується.
Можливо, що передавач, приймач і конвертер RS-485 підключені до загальної лінії. Таким чином, власний приймач почне сприймати також передачу, яку виконує власний передавач. Часто буває, що у системах, які характеризуються довільним доступом до лінії, ця особливість застосовується під час перевірки відсутності зіткнення між двома передавачами.
Конфігурація формату "шина"
Представлений інтерфейс може об'єднувати пристрої за форматом «шина», коли все обладнання з'єднується при використанні однієї пари дротів. Це передбачає те, що лінія зв'язку обов'язково має узгоджуватися кінцевими резисторами двох кінців. Щоб це забезпечити, необхідно встановити резистори, що характеризуються опором 620 Ом. Вони монтуються завжди на першому та останньому пристрої, приєднаному до лінії.
Як правило, сучасні пристрої мають вбудований узгоджуючий опір. Якщо виникне потреба, його можна підключити до лінії за допомогою установки спеціальної перемички на плату приладу. Варто зазначити, що стан постачання перемички спочатку встановлений, тому потрібно зняти їх з усіх пристроїв, крім першого та останнього. Необхідно також зауважити, що у перетворювачах-повторювачах моделі С2000-ПІ для окремого виходу узгоджуючий опір активується із застосуванням перемикача. Що стосується пристроїв С2000-КС та С2000-К, які характеризуються вбудованим узгоджуючим опором, перемички, необхідної для його підключення, не існує. Щоб забезпечити довгу лінію зв'язку, бажано використовувати спеціалізовані повторювачі-ретранслятори, які попередньо оснащені автоматичними перемиканнями напряму передачі.
Конфігурація формату «зірка»
Усі відгалуження лінії RS-485 вважаються небажаними, оскільки у разі виникає надмірне спотворення сигналу. Хоча, з погляду практики, є можливість допустити це тоді, коли є невелика довжина відгалуження. При цьому не потрібне встановлення узгоджувальних резисторів на окремих відгалуженнях.
У системі RS-485, де управління передбачено при використанні пульта, коли резистори та пристрої під'єднані до однієї лінії, проте живляться від різних джерел, необхідно об'єднувати ланцюги 0 У всіх пристроїв і пульта, щоб досягти вирівнювання їх потенціалів. Коли цієї вимоги не буде дотримуватися, пульт здатний мати нестійкий зв'язок з пристроями. При використанні дроту з кількома крученими парами, для ланцюга вирівнювання потенціалів можна застосувати повністю вільну пару, якщо в цьому виникне потреба. Крім того, передбачена можливість задіяти екрановану кручена пара, якщо відсутня заземлення екрана.
Що слід враховувати?
Найчастіше струм, що проходить по дроту вирівнювання потенціалів, вважається досить невеликим. Якщо 0 У пристроїв або самих джерел живлення підключаються до кількох локальних шин заземлення, то різниця потенціалів між різними ланцюгами 0 В здатна досягати кілька одиниць. Іноді це значення перебуває на відмітках десятків вольт, а струм, який протікає ланцюгом вирівнювання потенціалів, є досить значним. Найчастіше у цьому полягає причина, що виникає нестійкий зв'язок між пультом і пристроями. В результаті вони навіть здатні вийти з ладу.
Таким чином, необхідно виключити можливість заземлення ланцюга 0 або заземлювати цей ланцюг в певній точці. Крім того, слід брати до уваги можливість взаємозв'язку між 0 і ланцюгом захисного заземлення, яка присутня у обладнанні, що використовується в системі ОПС. Варто зазначити, що на об'єктах, де характерна відносно важка електромагнітна обстановка, існує можливість підключитися до цієї мережі шляхом використання кабелю «екранована кручена пара». Залишається підкреслити, що у цій ситуації може бути менша гранична дальність, оскільки ємність дроту вважається вищою.
