Стандартът RS-485 е приет за първи път от Асоциацията на електронната индустрия. Днес той изследва електрическите характеристики на различни приемници и предаватели, които се използват в балансирани цифрови системи.

Какъв е този стандарт?

RS-485 е името на добре познат интерфейс, който се използва активно във всички видове индустриални системи за управление с цел свързване на определени контролери и много други устройства помежду си. Основната разлика между този интерфейс и RS-232 е, че включва комбиниране на няколко вида оборудване едновременно. При използване на RS-485 се гарантира високоскоростен обмен на данни между няколко устройства чрез използване на една двупроводна комуникационна линия в полудуплексен режим. Той участва в съвременната индустрия в създаването на системи за управление на процеси.

Обхват и скорост

С помощта на представения стандарт е възможно да се постигне излъчване на информация със скорост до 10 Mbit/s. Струва си да се отбележи, че максималният възможен обхват директно зависи от скоростта на предаване на данни. Струва си да се отбележи, че за да се осигури максимална скорост, информацията може да се предава на не повече от 120 метра. В същото време при скорост от 100 kbit/s данните се предават на повече от 1200 метра.

Брой свързани устройства

Броят на устройствата, които интерфейсът RS-485 може да интегрира, зависи пряко от това какви трансивъри са включени в тях. Всеки предавател осигурява специфичен контрол над 32 стандартни приемника. Все пак трябва да знаете, че има приемници с входен импеданс, който се различава с 50%, 25% или по-малко от стандартния. Ако използвате това оборудване, общият брой на устройствата се увеличава съответно.

Конектори и протоколи

Кабелът RS-485 не може да нормализира какъвто и да е специфичен формат на информационна рамка или протокол за обмен. По правило подобни рамки, използвани от RS-232, се използват за излъчване. С други думи, битове данни, стоп и старт битове и бит за паритет, ако е необходимо. Що се отнася до работата на комуникационните протоколи, в повечето съвременни системи тя се извършва на принципа „главен-подчинен“. Това означава, че определено устройство в мрежата действа като лидер и инициира обмен на заявки за изпращане между подчинени устройства, които се различават по логически адреси. Най-известният протокол в момента е Modbus RTU. Трябва да се отбележи, че кабелът RS-485 няма определен тип конектори или окабеляване. С други думи, има терминални конектори, DB9 и други.

Връзка

Често с помощта на представения интерфейс се открива локална мрежа, която едновременно комбинира няколко вида приемо-предаватели. Когато свързвате RS-485, е необходимо правилно да свържете сигналните вериги заедно. По правило те се наричат ​​A и B. По този начин обръщането на полярността не е голяма работа, то просто кара свързаните устройства да спрат да работят.

При използване на интерфейса RS-485 е необходимо да се вземат предвид някои характеристики на неговата работа. Следователно препоръките са следните:

1. Оптималната среда за предаване на сигнал е кабел с усукана двойка.
2. Краищата на кабела трябва да бъдат свързани с помощта на специализирани крайни резистори.
3. Мрежа, използваща стандарт или USB RS-485, трябва да бъде положена без разклонения според топологията на шината.
4. Устройствата трябва да бъдат свързани към кабела с кабели с възможно най-къса дължина.

Координация

Чрез използване на крайни резистори, стандартен или USB RS-485 гарантира, че отвореният край на кабела е напълно съвпадащ с линията надолу по веригата. В този случай възможността за отразяване на сигнала е напълно изключена. Номиналното съпротивление на резисторите, свързано с характеристичния импеданс на кабели и проводници, базирани на усукани двойки, обикновено е около 100-120 ома. Например, известният в момента кабел UTP-5, който често се използва в процеса на полагане на Ethernet, има характерен импеданс от 100 ома.

Що се отнася до други кабелни опции, може да се използва различен рейтинг. Резисторите могат да бъдат запоени към контактите на кабелните конектори в крайните устройства, ако е необходимо. Рядко резисторите се монтират в самото оборудване, което води до необходимостта от инсталиране на джъмпери за свързване на резистора. В този случай, когато устройството е свързано, линията не съответства. За да осигурите нормалното функциониране на останалата част от системата, ще трябва да свържете съответстващ щепсел.

Нива на сигнала

Портът RS-485 използва балансирана схема за предаване на данни. С други думи, нивата на напрежение в сигналните вериги A и B се променят извън фаза. Сензорът осигурява ниво на сигнала от 1,5 V, като се вземе предвид максималното натоварване. Освен това се осигурява не повече от 6 V, когато устройството работи на празен ход. Нивото на напрежението се измерва диференциално. На мястото на приемника минималното ниво на приемания сигнал трябва да бъде най-малко 200 mV.

Пристрастие

Когато не се наблюдава сигнал в сигналните вериги, се прилага малко отклонение. Предпазва приемника в случай на фалшива аларма. Експертите съветват да се извърши отместване малко по-голямо от 200 mV, тъй като тази стойност се счита за съответстваща на зоната на ненадеждност на входния сигнал според стандарта. В такава ситуация верига A се доближава до положителния полюс на източника, а верига B се изтегля към общия.

Пример

Въз основа на необходимото отклонение и напрежение на захранването се изчисляват стойностите на резистора. Например, ако искате да получите отместване от 250 mV, като използвате крайни резистори, RT = 120 ома. Заслужава да се отбележи, че източникът има напрежение от 12 V. Като се вземе предвид факта, че в този случай два резистора са свързани паралелно един на друг и не отчитат натоварването от страната на приемника, токът на отклонение достига 0,0042 . В същото време общото съпротивление на веригата на отклонение е 2857 ома. Rcm ще бъде около 1400 ома. Следователно ще трябва да изберете най-близката деноминация. Пример за това е резистор от 1,5 kOhm. Необходимо е за изместване. Освен това се използва външен 12-волтов резистор.

Необходимо е също така да се отбележи, че в системата има изолиран изход на захранването на контролера, който представлява основната връзка в собствения сегмент на веригата. Вярно е, че има и други опции за извършване на отклонение, където са включени RS-485 конвертор и други елементи, но все пак трябва да се има предвид, че възелът, осигуряващ отклонение, понякога ще се изключи или в крайна сметка ще бъде напълно премахнат от мрежата. Когато съществува отместване, пълният потенциал на отворена верига на верига A се счита за положителен по отношение на верига B. Това действа като ръководство при свързване на ново оборудване към кабела без използване на маркировка на проводника.

Неправилно окабеляване и изкривяване

Прилагането на препоръките, посочени по-горе, позволява да се постигне правилно предаване на електрически сигнали до различни точки на мрежата, когато протоколът RS-485 се използва като основа. Ако поне едно от изискванията не е изпълнено, възниква изкривяване на сигнала. Най-забележими изкривявания се появяват, когато скоростта на обмен на информация е над 1 Mbit/s. Вярно е, че дори при по-ниски скорости не се препоръчва да пренебрегвате тези съвети. Това правило важи и при нормална работа на мрежата.

Как се програмира?

При програмиране на различни приложения, които работят с устройства, използвани от сплитер RS-485 и други устройства с представения интерфейс, трябва да се вземат предвид няколко важни момента.

Преди да започне доставката на пакета, е необходимо да активирате предавателя. Струва си да се отбележи, че според някои източници доставката може да се извърши веднага след активирането. Въпреки това някои експерти съветват първо да направите пауза за време, равно на скоростта на излъчване на един кадър. В този случай правилната приемна програма може да има време да идентифицира напълно грешките в преходния процес, който е в състояние да извърши процедурата за нормализиране и да се подготви за следващото приемане на данни.

Когато последният байт данни бъде издаден, трябва също да направите пауза, преди да изключите RS-485 устройството. Това в известен смисъл се дължи на факта, че контролерът на серийния порт често съдържа два регистъра едновременно. Първият е паралелен вход, той е предназначен да получава информация. Вторият се счита за смяна на изхода, той се използва за целите на последователния изход.

Когато контролерът предава данни, всички прекъсвания се генерират, когато входният регистър е празен. Това се случва, когато информацията вече е предоставена на регистъра на смените, но все още не е издадена. Това е и причината след спиране на излъчването да е необходимо да се направи известна пауза, преди да се изключи предавателят. Трябва да е приблизително 0,5 бита по-дълъг от рамката. При извършване на по-точни изчисления се препоръчва да се проучи по-подробно техническата документация на използвания контролер за сериен порт.

Възможно е предавателят, приемникът и RS-485 конверторът да са свързани към обща линия. По този начин собственият приемник също ще започне да възприема предаването, извършено от собствения предавател. Често се случва в системи, които се характеризират с произволен достъп до линията, тази функция се използва, за да се провери дали няма сблъсък между два предавателя.

Конфигурация на формат на шина

Представеният интерфейс има възможност за комбиниране на устройства, използващи формат „шина“, когато цялото оборудване е свързано с помощта на една двойка проводници. Това означава, че комуникационната линия трябва да бъде съчетана с крайни резистори в двата края. За да се гарантира това, е необходимо да се монтират резистори със съпротивление от 620 ома. Те винаги се монтират на първото и последното устройство, свързано към линията.

По правило съвременните устройства имат вградено съпротивление за съгласуване. Ако възникне необходимост, той може да бъде свързан към линията чрез инсталиране на специален джъмпер на платката на устройството. Струва си да се отбележи, че състоянието на доставка на джъмперите е първо инсталирано, така че трябва да ги премахнете от всички устройства, с изключение на първото и последното. Трябва също да се отбележи, че в преобразувателите-ретранслатори на модела S2000-PI, за отделен изход, съгласуващото съпротивление се активира с помощта на превключвател. Що се отнася до устройствата S2000-KS и S2000-K, които се характеризират с вграден съгласуващ резистор, не е необходим джъмпер за свързването му. За осигуряване на дълга комуникационна линия е препоръчително да се използват специализирани повторители-релета, които са предварително оборудвани с напълно автоматично превключване на посоката на предаване.

Звездна конфигурация

Всички разклонения в линията RS-485 се считат за нежелани, тъй като причиняват прекомерно изкривяване на сигнала. Въпреки че от практическа гледна точка е възможно това да се позволи, когато има къса дължина на клона. В този случай няма нужда да инсталирате съвпадащи резистори на отделни клонове.

В система RS-485, където управлението се осигурява с помощта на дистанционно управление, когато резистори и устройства са свързани към една и съща линия, но се захранват от различни източници, е необходимо да се комбинират 0 V веригите на всички устройства и дистанционното управление в за да се постигне изравняване на техните възможности. Когато това изискване не е изпълнено, дистанционното управление може да има нестабилна комуникация с устройства. При използване на проводник с няколко усукани двойки може да се използва напълно свободна двойка за веригата за изравняване на потенциала, ако е необходимо. Освен това е възможно да се използва екранирана усукана двойка, ако няма заземяване на екрана.

Какво трябва да имате предвид?

В повечето случаи токът, преминаващ през проводника за изравняване на потенциала, се счита за доста малък. Ако 0 V на устройствата или самите захранващи устройства са свързани към няколко локални заземителни шини, тогава потенциалната разлика между различните 0 V вериги може да достигне няколко единици. Понякога тази стойност е около десетки волта и токът, който протича през веригата за изравняване на потенциала, е доста значителен. Често това е причината да има нестабилна връзка между дистанционното управление и устройствата. В резултат на това те дори могат да се провалят.

По този начин е необходимо да се изключи възможността за заземяване на веригата 0 V или да се заземи тази верига в определена точка. Освен това трябва да се вземе предвид възможността за взаимно свързване между 0 V и веригата за защитно заземяване, която присъства в оборудването, използвано в алармената система. Струва си да се отбележи, че в съоръжения, където електромагнитната среда е сравнително тежка, е възможно да се свържете към тази мрежа с помощта на екраниран кабел с усукана двойка. Остава да се подчертае, че в тази ситуация може да има по-къс максимален обхват, тъй като капацитетът на проводника се счита за по-висок.

Интерфейсът RS-485 е може би най-разпространеният интерфейс за организиране на малки индустриални мрежи за автоматизация.

Това се улеснява от неговите високи технически характеристики и лекота на изпълнение. Интерфейсът RS-485 ви позволява да създавате мрежи с помощта на прост хардуер:

• шинна топология;
• с кабел с усукана двойка като среда за предаване на данни;
• Дължината на комуникационната линия може да достигне 1200 m;
• скорост на трансфер на данни до 10 Mbit/s.

За управление на разпределени системи, базирани на RS-485, могат да се използват много стандартни протоколи, включително ModBus. Интерфейсът ви позволява да създавате мрежи със специализирани протоколи. За да внедрите RS-485 в хардуера, е достатъчно да добавите само една микросхема с ниска интеграция към микроконтролера.

RS-485 е описан в ANSI TIA/EIA–485–A:1998. Стандартът определя само електрически и времеви параметри. Не предвижда:

• обменен протокол;
• видове кабели и конектори;
• галванична изолация на мрежови абонати.

Основни параметри на стандарта RS-485.

Метод за предаване на данни RS-485.

Стандартът за интерфейс RS-485 дефинира следните сигнали:

• А – неинвертиращ;
• B – обръщане;
• C – обща линия (допълнителен сигнал).

Понякога се използват алтернативни обозначения на сигнала:

• Данни+ / Данни-;
• D+ / D-;
• + / -.

Интерфейсът използва диференциален метод за пренос на данни. Информацията се предава с помощта на два антифазни сигнала A и B, а състоянието на шината RS-485 се определя от потенциалната разлика между линии A и B спрямо общата линия C. Напрежението на всяка линия спрямо земята може да бъде всяко, но в диапазона -7 ... +12 V.

RS-485 изисква диференциални приемници и предаватели.

Трансмитерите генерират 2 противофазни сигнала с разлика в напрежението минимум 1,5 V (според стандарта).

За получаване на данни се използват диференциални приемници, които подчертават разликата в напрежението между линии A и B. Ако разликата е повече от 200 mV, но до +12 V, състоянието на линията се счита за равно на логическо. Когато разликата в напрежението е по-малка от – 200 mV, но не по-ниска от – 7 V, линията е в състояние на логическа нула.

• Va > Vb съответства на log. 1;
• Va< Vb соответствует лог. 0.

Лесно е да се изчисли, че нивото на смущения и спадът на напрежението в активното съпротивление на линията може да достигне 1,3 V (изходно напрежение на предавателя 1,5 V минус прага на реакция на приемника 0,2 V). Тази граница осигурява работа на интерфейса на дълги комуникационни линии със значително активно съпротивление. От този параметър се определя максималната дължина на комуникационната линия (1200 m). Действителната разлика в напрежението на изхода на предавателите може да достигне 5 V.

Линиите A и B са симетрични спрямо земята C. В тях се индуцират смущения и смущения и са сходни по форма и величина. В диференциалните приемници напреженията на линиите се изваждат, сигналът се изолира и напрежението на смущението се оказва нула. Разбира се, в реални условия винаги има лека асиметрия на линии и товари, което води до смущения в изходния сигнал, но той е значително отслабен.

Поради симетрията на интерфейсните предаватели и приемници, използването на кабели с усукана двойка като комуникационна линия има значителен ефект в борбата срещу електромагнитните смущения. Интерферентните токове в съседни навивки са насочени един срещу друг и взаимно се компенсират.

Стандартът RS-485 определя следните електрически параметри на предаватели и приемници.

Параметър	Условия	Значение		Мерна единица
		Мин.	Макс.
Изходно напрежение на трансмитера без товар	Rload = ∞	1,5 -1,5	6 -6	IN
Изходно напрежение на трансмитера под товар	Rload = 54 ома	1,5 -1,5	5 -5	IN
Изходен импеданс на предавателя			54	Ом
Ток на късо съединение на предавателя	Затваряне на изхода към захранването +12 V или – 7 V	-	±250	mA
Напрежение в общ режим на изхода на трансмитера	Rload = 54 ома	-1	3	IN
Чувствителност на приемника	Напрежение в общ режим -7 V до +12 V	-	±200	mV
Напрежение в общ режим на входа на приемника		-7	+12	IN
Входен импеданс на приемника		12	-	kOhm
Общ входен импеданс		375	-	Ом

По правило устройствата с интерфейс RS-485 се комбинират в мрежа с топология „Обща шина“. Абонатите са свързани паралелно към една двупроводна комуникационна линия с допълнителен общ проводник.

Всеки абонат е свързан към мрежата чрез диференциален предавател (D) и приемник (R). В даден момент може да бъде активен (включен) само един мрежов предавател. Всички останали предаватели трябва да са в трето състояние (високо съпротивление). Състоянието на предавателя се контролира от отделен сигнал (DE).

Общата последователност на обмен на данни изглежда така. Главното устройство включва своя предавател, предава данни, след което се изключва и получава отговор. Всички останали устройства към този момент са в състояние с деактивирани предаватели. Подчиненото устройство получава данните, след което включва своя предавател и предава отговор на главното устройство.

Естествено, има моменти, когато всички предаватели са изключени, „линията виси във въздуха“. Ако не се вземат специални мерки, състоянието на линията ще бъде несигурно. Изходите на приемника могат да бъдат на всяко ниво.

Тази несигурност може да бъде елиминирана чрез свързване на неинвертиращия вход на приемника към захранващата шина чрез резистори и инвертиращия вход към земя.

Съпротивлението на резисторите трябва да бъде такова, че да създава отклонение между входовете на приемниците, което да не е по-малко от работния праг (200 mV). Тези резистори трябва да се вземат предвид при изчисляването на крайните резистори - терминатори.

Има и други възможности за елиминиране на несигурността на състоянието на мрежата, когато всички предаватели са изключени. Но всички те са на ниво протокол.

Можете да предадете поредица от кодове на услуги в началото на обмена. Но това значително усложнява обмена и изисква прехвърляне на ненужни данни.

Ако винаги има активно устройство в мрежата, тогава има опция - изключване на предавателя в момента, когато вторият предавател вече е включен, но и двата са в състояние на журнал. 1. Да кажем, че главното устройство предава данни. След това превключва изхода на своя предавател в състояние на журнал. 1. Подчиненото устройство включва своя предавател, също в състояние на журнал. 1. След това главното устройство изключва предавателя и подчиненото устройство започва да предава данни. Линията никога не остава прекъсната. Такъв алгоритъм изисква прецизна синхронизация и отработване на времевите интервали на превключване на предавателя.

Друг проблем е ехото. Всичко, което устройството предава, се приема от неговия собствен приемник. Трябва да вземем предвид това. Някои системи обработват ехо данни като част от протокола. В други работата на приемника по време на предаване е забранена. В моите библиотеки Tiny_ModBusRTU_Master и Tiny_ModBusRTU_Slave главният изчиства буфера за получаване след всяко прехвърляне на данни.

Координация на комуникационната линия.

При предаване на данни на значително разстояние може да възникне забележимо изкривяване на сигнала в комуникационната линия. Електромагнитната вълна се отразява от края на кабела, връща се към предавателя и възниква резонанс.

Причината са разпределените капацитивни и индуктивни свойства на кабела. На практика кабелът има еднакъв дизайн по цялата си дължина, следователно, еднакви разпределени параметри. Следователно свойството на кабела може да се характеризира с един параметър - характерен импеданс. Така че изкривяването на сигнала в кабела може да бъде значително намалено, ако резистор със съпротивление, равно на характеристичния импеданс на кабела, е свързан към приемащия край. Такъв резистор се нарича терминатор. В мрежите RS-485 терминаторите се поставят в двата края на кабела, т.к и двете страни могат да приемат и предават.

Характерният импеданс на усуканите двойки обикновено е 100 ... 150 ома. За мрежи RS-485 са разработени специални кабели с характерен импеданс 120 ома. Това съпротивление на терминатора се счита за стандартно. Често 120 Ohm терминатори вече са инсталирани в RS-485 устройства и могат да бъдат деактивирани с превключвател.

В практиката се използват терминатори с по-високо съпротивление от характеристичния импеданс на кабела. Ако активното съпротивление на кабела е високо и сравнимо със съпротивлението на терминаторите, тогава от приемащата страна амплитудата на сигнала може да бъде значително намалена. В този случай е необходимо да се търси компромис между приемливите изкривявания на сигнала и неговата амплитуда. При ниски скорости на предаване, 9600 бода и по-ниски, използването на терминатори с нисък импеданс може дори да намали качеството на приемане.

Топологията на мрежата също влияе върху изкривяването на сигнала в комуникационната линия. Отраженията на сигнала възникват от всяка нееднородност на линията, включително поради разклонения. Следователно комуникационната линия трябва физически да заобикаля мрежовите устройства последователно, без дълги разклонения.

Изключение правят мрежите с ниска скорост на предаване на данни и мрежите, използващи повторители. Чрез използването на повторители може да се увеличи и общата дължина на комуникационната линия RS-485.

Галванична изолация.

Стандартът RS-485 не предвижда галванична изолация на интерфейса от комуникационната линия. Но ако мрежовите устройства са разположени на голямо разстояние едно от друго, тогава потенциалите на техните заземяващи проводници могат да се разминават със значително напрежение. В този случай диференциалните сигнали няма да помогнат, техните потенциали могат да се различават повече от допустимите -7 ... + 12 V. Това ще доведе до неработоспособност на интерфейса и дори до повреда.

В индустриални приложения, безжично линии за данниникога няма да може напълно да замени кабелен. Сред последните най-често срещаният и надежден е все още сериен интерфейс Р.С. -485 . А компанията от своя страна остава производител на най-защитените от външни влияния и различни по конфигурация и степен на интеграция трансивъри за неяМаксим Интегриран .

Въпреки нарастващата популярност на безжичните мрежи, кабелните мрежи осигуряват най-надеждната и стабилна комуникация, особено при тежки работни условия. Правилно проектираните кабелни мрежи позволяват ефективна комуникация в промишлени приложения и приложения за управление на процеси, като същевременно осигуряват имунитет към смущения, ESD и пренапрежения. Отличителните характеристики на интерфейса RS-485 доведоха до широкото му използване в индустрията.

Сравнение на RS-485 и RS-422 интерфейси

Трансивърът RS-485 е най-разпространеният интерфейс на физическия слой за внедряване на серийни мрежи за тежки среди в индустриални приложения и системи за автоматизация на сгради. Този стандарт за сериен интерфейс осигурява високоскоростен обмен на данни на сравнително голямо разстояние по една диференциална линия (усукана двойка). Основният проблем с използването на RS-485 в промишлеността и в автоматизираните системи за управление на сгради е, че електрическите преходни процеси, които възникват по време на бързо превключване на индуктивни товари, електростатични разряди, както и импулсни пренапрежения, засягащи мрежи от автоматизирани системи за управление, могат да изкривят предадени данни или да доведат до техния отказ.

В момента има няколко типа интерфейси за пренос на данни, всеки от които е предназначен за конкретни приложения, като се вземат предвид необходимия набор от параметри и структура на протокола. Серийните комуникационни интерфейси включват CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI и SMBus, но RS-485 и RS-422 все още са най-надеждните, особено при тежки работни условия .

Интерфейсите RS-485 и RS-422 са сходни по много начини, но имат някои съществени разлики, които трябва да се вземат предвид при проектирането на системи за предаване на данни. Съгласно стандарта TIA/EIA-422 интерфейсът RS-422 е определен за индустриални приложения с едно главно устройство на шина за данни, към което могат да бъдат свързани до 10 подчинени устройства (Фигура 1). Осигурява скорост на предаване до 10 Mbps с помощта на кабел с усукана двойка, което подобрява шумоустойчивостта и постига възможно най-висок обхват и скорост на трансфер на данни. Типичните приложения за RS-422 включват автоматизация на процеси (химическо производство, преработка на храни, хартиени мелници), сложна производствена автоматизация (автомобилна и металообработваща промишленост), вентилационни и климатични системи, системи за сигурност, управление на мотори и управление на движението на обекти.

RS-485 осигурява по-голяма гъвкавост поради възможността за използване на множество главни устройства на обща шина, както и увеличаване на максималния брой устройства на шината от 10 на 32. Според стандарта TIA/EIA-485 RS- Интерфейсът 485 има по-широк диапазон на напрежение в общ режим (-7...12 V вместо ±7V) и малко по-малък диапазон на диференциално напрежение (±1,5 V вместо ±2 V), което осигурява достатъчно ниво на сигнала на приемника при максимално натоварване на линията. Използвайки разширените възможности на многоточковата шина за данни, можете да създавате мрежи от устройства, свързани към един RS-485 сериен порт. Поради високата си устойчивост на шум и многокапкова свързаност, RS-485 е най-добрият сериен интерфейс за използване в индустриални разпределени системи, свързващи се с програмируем логически контролер (PLC), графичен контролер (HMI) или други контролери за събиране на данни. Тъй като RS-485 е разширение на RS-422, всички RS-422 устройства могат да бъдат свързани към шина, управлявана от RS-485 master. Типичните приложения за RS-485 са подобни на изброените по-горе за RS-422, с по-често използване на RS-485 поради разширените му възможности.

RS-485 е най-популярният индустриален интерфейс

Стандартът TIA/EIA-485 позволява използването на RS-485 на разстояние до 1200 м. На по-къси разстояния скоростта на трансфер на данни е над 40 Mbit/s. Използването на диференциален сигнал дава на интерфейса RS-485 по-дълъг обхват, но скоростта на трансфер на данни намалява с увеличаване на дължината на линията. Скоростта на пренос на данни също се влияе от площта на напречното сечение на линейните проводници и броя на устройствата, свързани към него. Когато е необходимо да се получат както дълги разстояния, така и високи скорости на трансфер на данни, се препоръчва използването на RS-485 приемо-предаватели с вградено високочестотно изравняване, например MAX3291. Интерфейсът RS-485 може да се използва в полудуплексен режим с помощта на една усукана двойка проводници или в пълен дуплексен режим с едновременно предаване и приемане на данни, което се осигурява чрез използване на две усукани двойки (четири проводника). В конфигурация с много точки в полудуплексен режим, RS-485 може да поддържа до 32 предавателя и до 32 приемника. Въпреки това, по-новото поколение трансивърни интегрални схеми имат по-висок входен импеданс, което позволява натоварването на линията на приемника да бъде намалено с 1/4 до 1/8 от стандартната стойност. Например, използвайки приемо-предавателя MAX13448E, броят на приемниците, свързани към RS-485 шината, може да бъде увеличен до 256. С подобрения интерфейс Multidrop RS-485 можете да свържете множество устройства, свързани към един сериен порт, както е показано на фигура 2.

Чувствителността на приемника е ±200 mV. Следователно, за да се разпознае един бит данни, нивата на сигнала в точката на свързване на приемника трябва да бъдат по-големи от +200 mV за нула и по-малко от -200 mV за единица (Фигура 3). В този случай приемникът ще потисне смущенията, чието ниво е в диапазона ±200 mV. Диференциалната линия също осигурява ефективно отхвърляне на общ режим. Минималният входен импеданс на приемника е 12 kOhm, изходното напрежение на предавателя е в диапазона ± 1,5…± 5 V.

Проблеми, свързани с използването на сериен интерфейс в индустриална среда

Разработчиците на промишлени системи са изправени пред предизвикателството да осигурят надеждна работа в електромагнитна среда, която може да повреди оборудването или да наруши цифровите комуникационни системи. Един пример за такива системи е автоматичното управление на технологичното оборудване в автоматизирано промишлено предприятие. Контролерът, който контролира процеса, измерва неговите параметри, както и параметрите на околната среда, и предава команди към изпълнителните механизми или генерира аларми. Индустриалните контролери по правило са микропроцесорни устройства, чиято архитектура е оптимизирана за решаване на проблемите на дадено индустриално предприятие. Линиите за данни от точка до точка в такива системи са обект на силни електромагнитни смущения от околната среда.

DC-DC преобразувателите, използвани в промишленото производство, работят с високо входно напрежение и осигуряват входно изолирано напрежение за захранване на товара. За захранване на устройства с разпределена система, които нямат собствен мрежов източник на захранване, се използват 24 или 48 V DC напрежения. Клемният товар се захранва от напрежение 12 или 5 V, получено чрез преобразуване на входното напрежение. Системите, които комуникират с дистанционни сензори или изпълнителни механизми, изискват защита от преходни процеси, електромагнитни смущения и разлики в земния потенциал.

Много компании, като Maxim Integrated, работят усилено, за да гарантират, че интегралните схеми за промишлени приложения са много надеждни и устойчиви на тежки електромагнитни среди. Трансивърите RS-485 на Maxim имат вградени високоволтови ESD и вериги за защита от пренапрежение и могат да се сменят горещо без загуба на данни по линията.

Защита на системи за предаване на данни от неблагоприятни външни въздействия

Подобрена ESD защита

Електростатичен разряд (ESD) възниква, когато два противоположно заредени материала влязат в контакт, което води до прехвърляне на статични заряди и образуване на искров разряд. ESD често възниква, когато хората влязат в контакт с околните предмети. Искровите разряди, които възникват при небрежно боравене с полупроводникови устройства, могат значително да влошат техните характеристики или да доведат до пълно разрушаване на полупроводниковата структура. ESD може да възникне например при смяна на кабел или просто докосване на I/O порт и да доведе до деактивиране на порта поради повреда на един или повече интерфейсни чипове (Фигура 4).

Такива аварии могат да доведат до значителни загуби, тъй като оскъпяват гаранционните ремонти и се възприемат от потребителите като следствие от ниското качество на продукта. В промишленото производство ESD е сериозен проблем, който може да причини милиарди долари загуби годишно. При реални условия на работа ESD може да доведе до отказ на отделни компоненти, а понякога и до отказ на системата като цяло. Външни диоди могат да се използват за защита на интерфейси за данни, но някои интерфейсни ИС съдържат вградени компоненти за ESD защита и не изискват допълнителни външни вериги за защита. Фигура 5 показва опростена функционална диаграма на типична интегрирана схема за ESD защита. Шумът от пренапрежение на сигналната линия е ограничен от веригата за диодна защита при VCC и нивата на напрежение на земята и по този начин предпазва вътрешната верига от повреда. Произвежданите в момента интерфейсни интегрални схеми и аналогови превключватели с вградена ESD защита обикновено отговарят на стандарта IEC 61000-4-2.

Maxim Integrated инвестира сериозно в разработването на интегрални схеми със стабилна вградена ESD защита и в момента е лидер в RS-232 до RS-485 трансивъри. Тези устройства са проектирани да издържат на IEC 61000-4-2 и JEDEC JS-001 ESD тестови импулси, приложени директно към I/O портовете. ESD решенията на Maxim са надеждни, достъпни, не изискват допълнителни външни компоненти и са по-евтини от повечето конкуренти. Всички интерфейсни чипове, произведени от тази компания, съдържат вградени елементи, които предпазват всеки щифт от ESD, възникващ по време на производство и работа. Фамилията трансивъри MAX3483AE /MAX3485AE защитава изходите на предавателя и входовете на приемника от високоволтови импулси с амплитуда до ±20 kV. В същото време се поддържа нормалната работа на продуктите, няма нужда да се изключва и включва отново захранването. В допълнение, вградените функции за ESD защита осигуряват работа с ниска мощност по време на режими на включване, изключване и режим на готовност.

Защита от пренапрежение

В промишлени приложения входовете и изходите на RS-485 драйверите са податливи на повреди в резултат на пренапрежение. Параметрите на пренапреженията от удар се различават от ESD - докато продължителността на ESD обикновено е в диапазона до 100 ns, продължителността на пренапреженията на импулса може да бъде 200 μs или повече. Причините за пренапрежения включват грешки в окабеляването, лоши връзки, повредени или дефектни кабели и капки спойка, които могат да образуват проводима връзка между захранващите и сигналните линии на печатна платка или конектор. Тъй като индустриалните захранващи системи използват напрежение, по-голямо от 24 V, излагането на стандартни RS-485 трансивъри, които нямат защита от пренапрежение, на такива напрежения ще доведе до повреда в рамките на минути или дори секунди. За да се предпазят от пренапрежение, конвенционалните RS-485 интерфейсни микросхеми изискват скъпи външни устройства, направени от отделни компоненти. RS-485 трансивърите с вградена защита от пренапрежение могат да издържат на общ режим на шума по линията за данни до ±40, ±60 и ±80 V. Maxim произвежда линия RS-485/RS-422 трансивъри MAX13442E ... MAX13444E, които са толерантни към DC входни напрежения и изходи до ±80 V спрямо земята. Защитните елементи работят независимо от текущото състояние на чипа - дали е включен, изключен или в режим на готовност - което прави тези трансивъри най-надеждните в индустрията, идеални за индустриални приложения. Трансивърите Maxim остават работещи при пренапрежения на напрежението, причинени от къси захранващи и сигнални линии, грешки в окабеляването, неправилни връзки на конектори, дефектни кабели и неправилна работа.

Устойчивост на приемника на несигурни условия на линията

Важна характеристика на микросхемите на интерфейса RS-485 е устойчивостта на приемниците към недефинирани условия на линията, което гарантира, че на изхода на приемника е зададено високо логическо ниво, когато входовете са отворени или затворени, както и когато всички предаватели, свързани към линията преминете в неактивен режим (състояние с висок импеданс на изходите). Проблемът с правилното възприемане на сигнали от приемника от затворена линия за данни се решава чрез изместване на праговете на входния сигнал към отрицателни напрежения от -50 и -200 mV. Ако входното диференциално напрежение на приемника V A - V B е по-голямо или равно на -50 mV, изходът R 0 се настройва на високо ниво. Ако V A – V B е по-малко или равно на -200 mV, изходът R 0 е настроен на ниско ниво. Когато всички предаватели преминат в неактивно състояние и има прекъсване на линията, диференциалното входно напрежение на приемника е близо до нула, в резултат на което изходът на приемника е настроен на високо ниво. В този случай границата на устойчивост на шум на входа е 50 mV. За разлика от трансивърите от предишно поколение, праговете -50 и -200 mV съответстват на стойностите ±200 mV, определени от стандарта EIA/TIA-485.

Гореща смяна

Литература

1. Бележка за приложение 4491, „Щети от мълния или искра – зависи колко си висок!“;
2. Бележка за приложение 5260, „Съображения за проектиране за тежка промишлена среда“;
3. Бележка за приложение 639, „Maxim води пътя в ESD защитата.“

Интерфейсът RS-485 включва използването на връзка тип "шина" между устройствата, когато всички устройства са свързани чрез интерфейса с една двойка проводници (линии A и B). Комуникационната линия трябва да бъде завършена в двата края с крайни резистори

Максималната възможна дължина на RS-485 линия се определя основно от характеристиките на кабела и електромагнитната среда на работното място. При използване на кабел с диаметър на сърцевината 0,5 мм (напречно сечение около 0,2 кв. мм), препоръчителната дължина на линията RS-485 е не повече от 1200 м, със сечение 0,5 кв. мм. мм - не повече от 3000 м. Използване на кабел с напречно сечение на сърцевината по-малко от 0,2 кв. mm нежелателно. Препоръчително е да използвате кабел с усукана двойка, за да намалите чувствителността на линията към електромагнитни смущения и също така да намалите нивото на излъчваните смущения. Когато дължината на RS-485 линията е повече от 100 m, използването на усукана двойка е задължително.
За да свържете устройства към интерфейса RS-485, е необходимо да свържете контактите "A" и "B" на устройствата съответно към линии A и B на интерфейса.

За съвпадение се използват резистори със съпротивление от 620 ома, които са инсталирани на първото и последното устройство в линията. Повечето устройства имат вграден съгласуващ резистор, който може да бъде включен в линията чрез инсталиране на джъмпер („джъмпер“) на платката на устройството. Тъй като джъмперите са инсталирани в състояние на доставка, те трябва да бъдат премахнати на всички устройства, с изключение на първото и последното в линията RS-485. В ретранслаторите S2000-PI съгласуващото съпротивление за всеки (изолиран и неизолиран) RS-485 изход се включва от ключове. Устройствата S2000-K и S2000-KS нямат вграден съгласуващ резистор или джъмпер за свързването му. Ако устройство от този тип е първото или последното в линията RS-485, е необходимо да се монтира резистор 620 Ohm между клеми "A" и "B". Този резистор е включен в устройството. Дистанционното управление “S2000M” (“S2000”) може да се инсталира навсякъде по линията RS-485. Ако това е първото или последното устройство в линията, между клеми “A” и “B” се монтира терминиращ резистор 620 Ohm (включен в доставката).

За увеличаване на дължината на комуникационната линия могат да се използват повторители на интерфейс RS-485 с автоматично превключване на посоката на предаване (вижте фигурата).

Например преобразувателят-повторител на интерфейси с галванична изолация „S2000-PI“ ви позволява да увеличите дължината на линията с максимум 1500 m, осигурява галванична изолация между сегментите на линията и автоматично изключва сегментите на късо съединение на RS-485 интерфейс. Всеки изолиран RS-485 линеен сегмент трябва да бъде съпоставен от двете страни - в началото и в края. Трябва да обърнете внимание на включването на съвпадащи резистори във всеки сегмент от линията RS-485: те трябва да се включват от превключватели в повторителите S2000-PI, а не от джъмпери в устройствата, тъй като превключвателите не само свързват съвпадащия резистор , но също и изходно напрежение към изместването на линията RS 485, което е необходимо, за да работят тези повторители правилно.

ВНИМАНИЕ! Веригите “0 V” на изолирани линейни сегменти не се комбинират една с друга. Освен това изолираните устройства не могат да се захранват от общ източник на захранване, за да се избегне галванично свързване чрез общи електрически вериги.

С помощта на повторители S2000-PI можете да направите дълги разклонения от главната RS-485 магистрала, за да изградите звездна топология. В този случай както сегментът, от който е направен клонът, така и всеки от клоните трябва да са последователни, както е показано на фиг. 83. Специално внимание трябва да се обърне на факта, че съгласуващите резистори на "S2000-PI" трябва да бъдат инсталирани чрез ключове.

Разклоненията по линията RS-485 са нежелателни, тъй като увеличават изкривяването на сигнала в линията, но са практически приемливи за къси дължини на разклоненията (не повече от 50 m). Крайните резистори не се монтират на отделни клонове. Препоръчва се да се правят дълги разклонения с помощта на повторители S2000-PI, както е показано на фиг.

В разпределена система, в която конзолата и устройствата, свързани към една и съща RS-485 линия, се захранват от различни източници на захранване, е необходимо да се комбинират веригите "0 V" на всички устройства и конзолата, за да се изравнят техните потенциали. Неспазването на това изискване може да доведе до нестабилна комуникация между дистанционното управление и устройствата. При използване на кабел с няколко усукани двойки проводници може да се използва свободна двойка за веригата за изравняване на потенциала. Допустимо е използването на екраниран екран с усукана двойка за тази цел, при условие че екранът не е заземен. Схемата за свързване на устройства и дистанционно управление към линията RS-485 е показана на фиг.
В съоръжения с тежка електромагнитна среда може да се използва екраниран кабел с усукана двойка за линията RS-485. Максималният обхват на комуникация при използване на екраниран кабел може да е по-къс поради по-големия капацитет на екранирания кабел. Екранът на кабела трябва да бъде заземен само в една точка

Понякога става необходимо да се предаде информационният протокол на системата Orion през локална Ethernet мрежа. Едно решение на този проблем е използването на S2000-Ethernet интерфейс конвертори.

При използване на преобразувателя са възможни два режима на работа:

• Прозрачен режим.Прехвърля данни от RS-232 или RS-485 интерфейс към Ethernet и обратно. Проектиран за използване както като част от системата Orion (протокол Orion и Orion Pro), така и като част от други системи;
• Режим за запазване на събития.Осигурява увеличаване на скоростта на обмен между устройствата на системата Orion и намаляване на количеството информация, предавана през локалната мрежа. Режимът се използва само в система с обменен протокол Orion.

В случай на използване на топология от точка към много точки, до 8 S2000-Ethernet от страната на клиента могат да бъдат свързани към един S2000-Ethernet от страната на запитващия.

Блокова схема за използване на "S2000-Ethernet" с "S2000M"

За свързване на отдалечени устройства към мрежовия контролер чрез оптична линия се използват два преобразувателя „RS-FX-MM“ (за многомодови оптични линии) или „RS-FX-SM40“ (за едномодови оптични линии). : един от страната на мрежовия контролер, вторият от страната на мрежовия контролер.от страната на дистанционните инструменти на системата Orion.

Компанията Bolid доставя преобразуватели на информационни интерфейси ISO Orion към оптични комуникационни линии, сертифицирани в съответствие със стандартите ISO, които могат да се използват, наред с други неща, в алармени системи и противопожарна автоматика. Максималната дължина на предаване на данни за конвертора RS-FX-MM е 2 км, за конвертора RS-FX-SM40 - 40 км. Диаграмата за свързване на устройства чрез интерфейса RS-485 с помощта на оптични преобразуватели е показана на фиг.

В редица случаи се налага предаването на информационния протокол на системата Орион по радиоканал. Основните предимства на тази мрежа са:

• искро-експлозивна безопасност;
• няма нужда от полагане на кабели.

За да разрешите този проблем, можете да използвате радиомодемите „S2000-RPI“ (честота 2,4 GHz) и „Nevod-5“ (433,92 MHz).

Ретранслаторът на радиоканал на интерфейси “S2000-RPI” (наричан по-долу RPI) ви позволява да свържете различно оборудване (с интерфейс RS-232/RS-485) чрез радиоканал и да излъчвате данни от RS-232/RS- 485 интерфейса в честотния диапазон от 2405 до 2483,5 MHz. Проектиран за използване както като част от системата Orion, така и като част от други системи, които използват пакетно предаване на данни. Поддържа работа в радиомрежи с топологии Point-to-Point и Point-to-Point и препредаване на пакети. Има две версии: “S2000-RPI” - с външна антена и “S2000-RPI isp. 01" - без външна антена.

Дължина на радиоканала между два FIR в рамките на пряка видимост:

при мощност 10 mW:

• “S2000-RPI” - до 200 м (със стандартна антена);
• „S2000-RPI исп. 01" - до 150 м;

при мощност 100 mW:

• “S2000-RPI” - до 600 m (със стандартна антена);
• „S2000-RPI исп. 01" - до 350м.

Възможни са два режима на работа на RPI:

• Режим на готовност. Предава данни от интерфейса RS-232 или RS-485 към радиоканала и обратно;
• Релеен режим. Приема и предава (препредава пакети) по радиоканал с едновременно извеждане на информация към избрания кабелен интерфейс.

Характеристики на системата, използваща FIR:

• Трябва да се вземе предвид състоянието на радиопредаване, наличието на технологични източници на радиосмущения и възможността за естествени смущения;
• За FIR с вътрешна антена е необходимо да изберете място с възможно най-високо ниво на сигнала.

В следващите примери системата може да работи със или без компютър.

Връзка от точка до точка

Връзка от точка към много точки

В случай на използване на топология „точка до точка“, до 6 „S2000-RPI“ от страната на клиента могат да бъдат свързани към един „S2000-RPI“ от страната на сървъра.

Работа на RPI в режим на пакетно предаване по радиоканал

Данните, получени от РПИ № 1 по интерфейса RS-485, се предават по радиоканал в броудкаст пакет. При получаване на пакет по RPI радиоканал № 2...4 той се издава през интерфейса RS-485 към устройствата на системата Orion. РПИ № 3 е в режим „Реле“ и предава получения пакет по радиоканал към РПИ № 4 и по интерфейса RS-485 към устройствата на системата „Орион“.

Специалисти от компанията Bolid тестваха системата Orion с помощта на радиомодеми Nevod-5, произведени от Geolink Electronics (наричани по-нататък Nevod-5), работещи на честота 433,92 ± 0,2% MHz.

Връзка от точка към много точки

В случай на използване на топология от точка до много точки, броят на Nevod-5 от страна на клиента е ограничен само от необходимата скорост на системата.

Повтаряме, че в следващите примери системата може да работи както със, така и без компютър.

Работа в режим на пакетно предаване по радиоканал

Характеристики на системата, използваща радиомодеми Nevod-5:

• Когато се използват стандартни антени за вълна с честота 433,92 MHz, предавателите не могат да бъдат разположени на по-малко от 6 метра един от друг.
• Трябва да се вземе предвид състоянието на радиопредаване, наличието на технологични източници на радиосмущения и възможността за естествени смущения.

За системи за сигурност и системи за контрол на достъп е възможно да се изградят вериги без дистанционното управление "S2000M", докато "S2000-Ethernet", в допълнение към предаването на интерфейса, преобразува интерфейса RS-232 в RS-485.
Конверторите RS-FX-MM и RS-FX-SM40 не могат да се използват в този режим.

Ако се използва въздушно полагане за интерфейсни сегменти RS-485, трябва да се използват модули за защита на линията “BZL”.

За галванична изолация на интерфейсни сегменти е препоръчително да използвате повторители S2000-PI. В този случай захранването на устройства, свързани преди и след S2000-PI, трябва да се захранва от различни източници на захранване. Шините “0V” на тези устройства не трябва да се комбинират. Препоръчителната схема, използваща примера на съоръжение, състоящо се от 3 сгради, е показана на фигурата.

Описание

RS-485 (Препоръчителен стандарт 485 или EIA/TIA -485-A) е препоръчителен стандарт за предаване на данни по двупроводен полудуплексен многоточков сериен симетричен комуникационен канал. Съвместно развитие на асоциации: Electronic Industries Alliance (EIA) и Telecommunications Industry Association (TIA). Стандартът описва само физическите слоеве на сигнализирането (т.е. само слой 1 от модела за взаимно свързване на отворени системи OSI). Стандартът не описва модела за обмен на софтуер и протоколите за обмен. RS-485 е създаден, за да разшири физическите възможности на интерфейса RS232 за предаване на двоични данни.

RS-485 версии

Име: Препоръчителен стандарт 485
Електрически характеристики на генератори и приемници за използване в балансирани многоточкови системи
Електрически характеристики на генератори и приемници за използване в балансирани многоточкови системи.

Разработчик: Асоциация на електронните индустрии (EIA). Асоциация за индустриална електроника.
Стандартни версии:
RS-485A (Препоръчително стандартно издание 485: A)година на производство 1983г.
EIA 485-Aгодина на производство 1986г.
TIA/EIA 485-Aгодина на производство 1998г.
TIA/EIA 485-Aгодина на издание 2003г.

Международни и национални стандарти, базирани на стандарта RS-485

ISO/IEC 8482 (1993 активен)
Издател: ISO, IEC
Име: Информационни технологии - Телекомуникации и обмен на информация между системи - Многоточкови връзки по усукана двойка.
Стари издания:
ISO 8284 (1987 не е активен)

ITU-T v.11 (1996 активен)
Издател: МЕЖДУНАРОДЕН ТЕЛЕКОМУНИКАЦИОНЕН СЪЮЗ
Име: Електрически характеристики за работа на схеми за балансиран двутоков обмен при скорости на сигнализиране на данни до 10 Mbit/s.
Стари издания:
ITU-T v.11 (1993 не е активен)
CCITT v.11 (1988 не е активен)

ANSI/TIA-485-A (1998 активен)
Издател: Американски национален институт по стандартизация, ANSI
Име: Електрически характеристики на генератори и приемници за използване в балансирани цифрови многоточкови системи.

Свойства на стандартния интерфейс RS-485

Двупосочно полудуплексно предаване на данни.Серийният поток от данни се предава едновременно само в една посока; предаването на данни в другата посока изисква превключване на трансивъра. Трансивърите обикновено се наричат ​​„драйвери“; те са устройство или електрическа верига, която генерира физически сигнал от страната на предавателя.

Симетричен комуникационен канал.Два еднакви сигнални проводника се използват за получаване/предаване на данни. Проводниците са обозначени с латинските букви "A" и "B". Тези два проводника извършват последователен обмен на данни в двете посоки (последователно). Когато се използва усукана двойка, симетричният канал значително увеличава устойчивостта на сигнала към смущения в общ режим и добре потиска електромагнитното излъчване, създадено от полезния сигнал.

Диференциал (балансиран метод за предаване на данни).При този метод на предаване на данни потенциалната разлика на изхода на трансивъра се променя; при предаване на „1“ потенциалната разлика между AB е положителна; при предаване на „0“ потенциалната разлика между AB е отрицателна. Тоест, токът между контактите A и B, когато предава "0" и "1", тече (балансира) в противоположни посоки.

Многоточков.Позволява множество връзки на приемници и трансивъри към една комуникационна линия. В този случай е разрешено да се свърже само един предавател към линията в даден момент и много приемници; останалите предаватели трябва да изчакат комуникационната линия да се освободи за предаване на данни.

Изход на предавател с нисък импеданс.Буферният усилвател на предавателя има изход с нисък импеданс, което позволява предаването на сигнала към много приемници. Стандартният капацитет на натоварване на предавателя е 32 приемника на предавател. В допълнение, текущият сигнал се използва за работа на усуканата двойка (колкото по-висок е работният ток на усуканата двойка, толкова повече той потиска шума в общ режим на комуникационната линия).

Мъртва зона.Ако диференциалното ниво на сигнала между контактите AB не надвишава ±200 mV, тогава се счита, че в линията няма сигнал. Това повишава устойчивостта на шум при предаване на данни.

RS-485 Спецификации

Допустим брой трансивъри (драйвери) 32

Максимална дължина на връзката 1200 m (4000 фута)

Максимална скорост на трансфер 10 Mbit/s

Минимална мощност на драйвера ±1,5 V

Максимална мощност на драйвера ±5 V

Максимален ток на късо съединение на драйвера 250 mA

Изходен импеданс на драйвера 54 ома

Входен импеданс на драйвера 12 kOhm

Допустим общ входен импеданс 375 Ohm

Диапазон на нечувствителност на сигнала ±200 mV

Ниво на логическа единица (Uab) >+200 mV

Ниво на логическа нула (Uab) ←200 mV

Входният импеданс за някои приемници може да бъде повече от 12 kOhm (единичен товар). Например 48 kOhm (1/4 от единичен товар) или 96 kOhm (1/8), което ви позволява да увеличите броя на приемниците до 128 или 256. При различни входни импеданси на приемниците е необходимо общият входен импеданс е не по-малък от 375 ома.

Описание на работата на RS-485

Тъй като стандартът RS-485 описва само физическото ниво на процедурата за обмен на данни, всички проблеми на обмена, синхронизацията и потвърждението се възлагат на по-висок протокол за обмен. Както вече казахме, най-често това е стандартът RS-232 или други по-високи протоколи (ModBus, DCON и др.).

Самият RS-485 изпълнява само следните действия:

Преобразува входяща последователност от "1s" и "0s" в диференциален сигнал.

Предава диференциален сигнал към балансирана връзка.

Свързва или изключва предавателя на драйвера въз основа на сигнал с по-висок протокол.

Получава диференциален сигнал от комуникационната линия.

Ако свържете осцилоскоп към контактите A-B (RS-485) и GND-TDx (RS-232), тогава няма да видите разлика във формата на сигналите, предавани в комуникационните линии. Всъщност формата на сигнала RS-485 напълно повтаря формата на сигнала RS-232, с изключение на инверсията (в RS-232 логическа единица се предава с напрежение -12 V, а в RS-485 +5 V) .

Фиг. 1 Форма на RS-232 и RS-485 сигнали при предаване на два знака “0” и “0”.

Както може да се види от фиг. 1, възниква просто преобразуване на нивата на сигнала чрез напрежение.

Въпреки че формата на сигналите е еднаква за горните стандарти, методът на тяхното формиране и мощността на сигналите са различни.

Фиг.2 Формиране на RS-485 и RS-232 сигнали

Преобразуването на нивата на сигнала и нов метод за тяхното формиране направи възможно решаването на редица проблеми, които по едно време не бяха взети предвид при създаването на стандарта RS-232.

Предимства на физическия сигнал RS-485 пред сигнала RS-232

Използва се еднополярно +5V захранване, което се използва за захранване на повечето електронни устройства и микросхеми. Това опростява дизайна и улеснява координирането на устройствата.

Мощността на сигнала на предавателя RS-485 е 10 пъти по-голяма от мощността на сигнала на предавателя RS-232. Това ви позволява да свържете до 32 приемника към един RS-485 предавател и по този начин да излъчвате данни.

Използването на симетрични сигнали, които имат галванична изолация с нулев потенциал на захранващата мрежа. В резултат на това се предотвратява навлизането на смущения в неутралния захранващ проводник (както при RS-232). Като се има предвид способността на предавателя да работи при натоварване с нисък импеданс, става възможно да се използва ефектът от потискане на смущенията в общ режим, като се използват свойствата на "усукана двойка". Това значително увеличава обхвата на комуникация. Освен това става възможно „горещо“ свързване на устройството към комуникационната линия (въпреки че това не е предвидено от стандарта RS-485). Обърнете внимание, че при RS-232 „горещото“ включване на устройство обикновено води до отказ на COM порта на компютъра.

Описание на обмена на данни по стандарт RS-485

Всеки RS-485 трансивър (драйвер) може да бъде в едно от двете състояния: предаване на данни или получаване на данни. Драйверът RS-485 превключва с помощта на специален сигнал. Например, фиг. 3 показва обмен на данни с помощта на конвертора AC3 от Aries. Режимът на конвертора се превключва от RTS сигнала. Ако RTS=1 (True) AC3 предава данните, които идват към него от COM порта към мрежата RS-485. В този случай всички други драйвери трябва да са в режим на получаване (RTS=0). По същество RS-485 е двупосочен буферен мултиплексиран усилвател за RS-232 сигнали.

Фиг.3 Пример за използване на конвертора Aries AC3.

Ситуацията, когато повече от един RS-485 драйвер работи в режим на предавател едновременно, води до загуба на данни. Тази ситуация се нарича "сблъсък". За да се предотврати възникването на сблъсъци в каналите за обмен на данни, е необходимо да се използват по-високи протоколи (OSI). Като MODBUS, DCON, DH485 и т.н. Или програми, които работят директно с RS-232 и решават проблеми с колизия. Тези протоколи обикновено се наричат ​​485 протокола. Въпреки че всъщност хардуерната основа на всички тези протоколи е, разбира се, RS-232. Осигурява хардуерна обработка на целия информационен поток. Софтуерната обработка на потока от данни и решаването на проблеми със сблъсъци се извършва от протоколи от по-високо ниво (Modbus и др.) и софтуер.

Основни принципи на прилагане на протоколи от горно ниво (тип MODBUS)

Нека да разгледаме набързо тези протоколи, въпреки че те не са свързани със стандарта RS-485. Обикновено протоколът от най-високо ниво включва комуникация с пакет, рамка или рамка. Тоест информацията се предава на логически завършени части. Всеки кадър трябва да бъде маркиран, т.е. нейното начало и край се обозначават със специални символи. Всеки кадър съдържа адреса на устройството, командата, данните, контролната сума, които са необходими за организиране на многоточков обмен. За да се избегнат сблъсъци, обикновено се използва схема главен-подчинен. „Главният“ има право самостоятелно да превключва своя RS-485 драйвер в режим на предаване; останалите RS-485 драйвери работят в режим на приемане и се наричат ​​„подчинени“. За да може „подчиненият“ да започне да предава данни към комуникационната линия, „главният“ му изпраща специална команда, която дава на устройството с посочения адрес правото да превключи своя драйвер в режим на предаване за определено време.

След предаване на командата за разрешаване на подчинено устройство, главният изключва своя предавател и изчаква отговора на подчинения за период от време, наречен изчакване. Ако не се получи отговор от „подчинения“ по време на изчакването, тогава „главният“ отново поема комуникационната линия. Ролята на „хост“ обикновено се играе от програма, инсталирана на компютъра. Има и по-сложна организация на пакетните протоколи, която ви позволява циклично да прехвърляте ролята на „главен“ от устройство на устройство. Обикновено такива устройства се наричат ​​„лидери“ или се казва, че предават „маркер“. Притежаването на „токен“ прави устройството „главно“, но то ще трябва да го прехвърли на друго устройство в мрежата според определен алгоритъм. По принцип горните протоколи се различават по тези алгоритми.

Както виждаме, горните протоколи имат пакетна организация и се изпълняват на софтуерно ниво, позволяват решаване на проблема с „сблъсъците“ на данни и многоточковата организация на обмена на данни.

Внедряване на RS-485 трансивъри (драйвери)

Много компании произвеждат RS485 трансивъри. Те обикновено се наричат ​​RS232 - RS485 конвертори или RS232-RS485 конвертори. За реализирането на тези устройства се произвеждат специални микросхеми. Ролята на тези микросхеми се свежда до преобразуване на нивата на сигнала RS232C в нива на сигнала RS485 (TTL/CMOS) и обратно, както и осигуряване на полудуплексна работа.

В зависимост от метода на превключване към режим на предаване се разграничават устройства:

Възможност за превключване чрез отделен сигнал. За да превключите в режим на предаване, трябва да зададете активния сигнал на отделен вход. Обикновено това е RST сигнал (COM порт). Тези трансивъри вече рядко се срещат. Но въпреки това понякога те не са заменими. Да приемем, че трябва да слушате обмена на данни между контролерите на индустриално оборудване. В същото време вашият трансивър не трябва да превключва в режим на предаване, за да не създаде сблъсък в тази мрежа. Тук не е разрешено използването на трансивър с автоматично превключване. Пример за такъв конвертор е Aries AC3.

С автоматично превключване и без проверка на състоянието на линията. Най-често срещаните преобразуватели, които се превключват автоматично, когато на входа им се появи информационен сигнал. Те обаче не контролират заетостта на съобщителната линия. Тези конвертори изискват внимателна употреба поради високата вероятност от сблъсъци. Пример за Aries AC3M конвертор.

С автоматично превключване и проверка на състоянието на линията. Най-модерните конвертори, които могат да предават данни към мрежата само ако мрежата не е заета от други приемо-предаватели и има информационен сигнал на входа.

Хардуерно внедряване на RS485, използвайки примера на конвертора RS232-RS485 AC3 Aries

Фиг.4 Принципна диаграма на AC3 Aries.

Фигура 4 показва схематична диаграма на конвертора AC3 Aries. Този конвертор има отделен сигнал за активиране на режим на пренос на данни. Изходният сигнал на COM порта RST се използва като управляващ сигнал. Ако RST=1 (+12V), преобразувателят предава данни от TD (COM порт) към мрежата RS485, ако RST=0 (-12V), тогава данните се получават от мрежата RS-485 към входа RD (COM порт ). Преобразувателят работи от промишлена променливотокова мрежа с напрежение 220 волта. Захранването на преобразувателя е направено по импулсна схема, базирана на микросхемата TOP232N (DA1). Захранването произвежда две независими +5V напрежения. За получаване и преобразуване на полярни RS232 сигнали (±12 V) в униполярни сигнали на ниво TTL/CMOS (+5 V) се използва чипът MAX232N (DD1). Тази микросхема е интересна с това, че се захранва от еднополярно напрежение от +5 V и има вградени източници на напрежение, които са необходими за работа с полярни сигнали от ±12 V. За правилна работа на вградените източници на напрежение, външни кондензатори C14, C15, C17, C18 са свързани към чипа MAX232N. В допълнение, микросхемата има два преобразувателя на нивото на сигнала RS-232C към TTL/CMOS в двете посоки.

Цел на сигналите:
RST - за превключване на конвертора в режим на предаване/приемане
TD - пренос на данни от RS232 към RS485
RD - приемане на данни в RS232 от RS485

След това сигналите RS232, преобразувани в ниво TTL/CMOS, се подават към оптрони 6N137, които осигуряват галванична изолация на сигналите RS232 и RS485. За предаване/получаване на данни от страната на интерфейса RS485 се използва чипът DS75176 (многоточков трансивър RS485). Тази микросхема се захранва от отделен източник с напрежение +5 V. Микросхемата е усилвател на сигнала на ниво TTL/COMOS с превключваща посока на предаване. Изходите на DS75176 са свързани към щифтове A и B чрез резистори от 100 ома, което осигурява ток на късо съединение A-B от 250 mA. Мощността на сигнала на RS485 е приблизително 10 пъти по-голяма от тази на RS232 сигналите. Този чип усилва сигнала до необходимата мощност и осигурява полудуплексна работа.

RS-485 мрежова топология

Мрежата RS-485 е изградена по схема на серийна шина (bus), т.е. устройствата в мрежата са свързани последователно със симетрични кабели. Краищата на комуникационните линии трябва да бъдат натоварени със съгласувани резистори - "терминатори", чиято стойност трябва да бъде равна на характеристичния импеданс на комуникационния кабел.

Терминаторите изпълняват следните функции:

Намалете отражението на сигнала от края на комуникационната линия.

Осигурява достатъчен ток през цялата комуникационна линия за потискане на смущенията в общ режим с помощта на кабел с усукана двойка.

Ако разстоянието на мрежов сегмент надвишава 1200 m или броят на драйверите в сегмент е повече от 32, трябва да използвате повторител, за да създадете следващия мрежов сегмент. В този случай всеки мрежов сегмент трябва да бъде свързан към терминатори. В този случай за мрежов сегмент се счита кабелът между крайното устройство и повторителя или между два повторителя.

Стандартът RS-485 не уточнява какъв тип балансиран кабел трябва да се използва, но де факто се използва кабелът с усукана двойка с характерен импеданс от 120 ома.

Фиг.6 Индустриален кабел Belden 3106A за RS485 мрежи

Препоръчително е да използвате промишлен кабел Belden3106A за полагане на RS485 мрежи. Този кабел има характерен импеданс от 120 ома и двоен екран с усукана двойка. Кабелът Belden3106A съдържа 4 проводника. Оранжевият и белият проводник са симетрични екранирани проводници с усукана двойка. Синият проводник на кабела се използва за свързване на нулевия потенциал на захранванията на устройствата в мрежата и се нарича „Общ“. Проводник без изолация се използва за заземяване на оплетката на кабела и се нарича "източване". В мрежов сегмент дренажният проводник е заземен чрез съпротивление на шасито на устройството в единия край на сегмента, за да се предотврати протичането на блуждаещи токове през оплетката на кабела с различни земни потенциали в отдалечени точки.

Обикновено терминаторът и защитното заземяване се намират вътре в устройството. Те трябва да бъдат свързани правилно с помощта на джъмпери или превключватели. Трябва да намерите описание на тези връзки в техническата документация на производителя на устройството.

Фиг.7 Диаграма на свързване 1747-AIC (Allen Bradley)

Фигура 7 показва кабелните връзки с междинни устройства на мрежовия сегмент. За първото устройство в мрежовия сегмент DH-485 трябва да инсталирате джъмпер 5-6 (това свързва терминатора от 120 ома, разположен вътре в 1747-AIC) и джъмпер 1-2 (свързва дренажния проводник към шасито на устройството чрез вътрешно съпротивление ). За последното устройство в мрежовия сегмент трябва да инсталирате само джъмпер 5-6 (свържете терминатор)

При използване на други симетрични кабели, особено когато техният характерен импеданс не е известен, размерът на терминаторите се избира експериментално. За да направите това, трябва да инсталирате осцилоскопа в средата на мрежовия сегмент. Наблюдавайки формата на правоъгълните импулси, предавани от един от драйверите, можем да заключим, че е необходимо да се коригира стойността на съпротивлението на терминатора.

Софтуер за работа в RS-485 мрежи

Интерфейсът RS-485 се превърна в основния физически интерфейс за индустриални мрежи за данни. Протоколи като ModBus, ProfiBus DP, DCON, DH-485 работят на физическо ниво RS-485.

Протоколите за индустриален трансфер на данни често се класифицират от производителите. Информацията за конкретен комуникационен протокол трябва да се събира малко по малко.

Специалист, работещ с индустриални мрежи, се нуждае от програма, която да чете цялата информация, предавана в информационните мрежи. Основните тайни на индустриалните протоколи могат да бъдат открити само чрез цялостен анализ на предадените и получените данни. Програмата ComRead v.2.0 е предназначена за записване и показване на данни и служебни сигнали, предавани в информационни мрежи, работещи по стандартите RS-232, RS-485, Bell-202 и др.. Програмата не само запазва цялата информация, но и създава времева база на данните и служебните сигнали. Програмата ComRead v.2.0 сканира информационния канал, без да засяга работата му, т.е. работи в режим на слушане на физическата среда за предаване на информация. Освен това програмата може да работи в режим на преводач на данни и сервизен сигнал. В същото време тя става пряка част от информационния комуникационен канал. Можете да научите повече за програмата тук

Възможност за излъчване.

Многоточкова връзка.

Недостатъци на RS485

Висока консумация на енергия.

Няма служебни сигнали.

Възможност за сблъсъци.