Hvad er forskellen mellem rs232 og rs485. Fysiske grænseflader RS485 og RS422

RS-485 og RS-422 interfaces er beskrevet i standarder ANSI VVM/TIA-485-A og EIA/TIA-422. RS-485-grænsefladen er den mest almindelige inden for industriel automation. Det bruges af industrielle Modbus-netværk, Profibus DP, ARCNET, BitBus, WorldFip, LON, Interbus og mange ikke-standardiserede netværk. Dette skyldes det faktum, at denne grænseflade i alle hovedindikatorer er den bedste af alle mulige på det nuværende niveau af teknologisk udvikling. Dens vigtigste fordele er:

tovejs dataudveksling over kun et snoet par ledninger;
arbejde med flere transceivere forbundet til samme linje, dvs. evnen til at organisere et netværk;
lang kommunikationslinjelængde;
ret høj overførselshastighed.

2.3.1. Konstruktionsprincipper

Differentiel signaltransmission

RS-485-grænsefladen er baseret på differentiel transmissionsmetode signal, når spændingen svarende til niveauet af et logisk et eller nul ikke måles fra jord, men måles som potentialforskellen mellem to transmissionslinjer: Data + og Data - (Fig. 2.1). I dette tilfælde kan spændingen af hver linje i forhold til jord være vilkårlig, men bør ikke gå ud over området -7...+12 V [ - TIA ].

Signalmodtagerne er differentielle, dvs. opfatter kun forskellen mellem spændingerne på Data + og Data - linjerne. Når spændingsforskellen er mere end 200 mV, op til +12 V, anses det for, at linjen er indstillet til en logisk en ved en spænding mindre end -200 mV, op til -7 V - et logisk nul. Differentialspændingen ved senderudgangen skal i overensstemmelse med standarden være mindst 1,5 V, derfor kan interferensen (inklusive spændingsfaldet over ledningens ohmske modstand) med en modtagerresponstærskel på 200 mV have en sving på 1,3 V over 200 mV niveauet. En så stor margin er nødvendig for drift på lange liner med høj ohmsk modstand. Faktisk er det denne spændingsmargen, der bestemmer den maksimale længde af kommunikationslinjen (1200 m) ved lave transmissionshastigheder (mindre end 100 kbit/s).

På grund af linjernes symmetri i forhold til "jorden", induceres interferens i dem, ens i form og størrelse. I en modtager med differentialindgang isoleres signalet ved at trække spændingerne på ledningerne fra, så efter subtraktion er støjspændingen nul. Under virkelige forhold, når der er en lille asymmetri af linjer og belastninger, er interferensen ikke fuldstændig undertrykt, men dæmpes betydeligt.

For at minimere transmissionslinjens følsomhed over for elektromagnetisk interferens bruges et snoet par ledninger. Strømme induceret i tilstødende sving på grund af fænomenet elektromagnetisk induktion, ifølge "gimlet-reglen", viser sig at være rettet mod hinanden og kompenseres gensidigt. Kompensationsgraden bestemmes af kablets kvalitet og antallet af vindinger pr. længdeenhed.

"Tredje" udgangstilstand

Ris. 2.1. Tilslutning af tre enheder med et RS-485-interface ved hjælp af et to-leder kredsløb

Den anden egenskab ved D (D - "Driver") RS-485 interfacesenderen er evnen til at skifte udgangstrinene til den "tredje" (høj modstand) tilstand med et signal (Driver Enable) (Fig. 2.1). For at gøre dette er begge transistorer på senderens udgangstrin slukket. Tilstedeværelsen af den tredje tilstand giver mulighed for halv-dupleks udveksling mellem to vilkårlige enheder, der er tilsluttet linjen ved hjælp af kun to ledninger. Hvis i fig. 2.1 transmissionen udføres af enheden, og modtagelsen udføres af enheden, så overføres sendernes udgange til en højmodstandstilstand, det vil sige, at der faktisk kun er modtagere forbundet til linjen, mens udgangsimpedansen af senderne shunter ikke linjen.

Interfacesenderen skiftes normalt til den tredje tilstand med et signal RTS (Anmodning om at sende) COM-port.

Fire-leder interface

RS-485-grænsefladen har to versioner: to-leder Og fire-leder. To-leder bruges til halv duplex overførsler(Fig. 2.1), når information kan transmitteres i begge retninger, men på forskellige tidspunkter. Til Fuld duplex (duplex) transmissioner bruger fire kommunikationslinjer: to transmitterer information i én retning, og to andre transmitterer information i den modsatte retning (fig. 2.2).

Ulempen ved et fire-leder (fig. 2.2) kredsløb er behovet for strengt at specificere master- og slave-enhederne på systemdesignstadiet, mens i et to-leder-kredsløb kan enhver enhed fungere som både en master og en slave. Fordelen ved et firetrådskredsløb er evnen til samtidig at sende og modtage data, hvilket nogle gange er nødvendigt, når man implementerer nogle komplekse udvekslingsprotokoller.

Ekkomodtagelsestilstand

Ris. 2.2. Fire-leder tilslutning af enheder med RS-485 interface

Hvis modtageren af den transmitterende node er tændt under transmissionen, modtager den transmitterende node sine egne signaler. Denne tilstand kaldes "modtag ekko" og indstilles normalt af en mikroswitch på interfacekortet. Ekkomodtagelse nogle gange brugt i komplekse transmissionsprotokoller, men oftere er denne tilstand deaktiveret.

Jordforbindelse, galvanisk isolering og lynbeskyttelse

Hvis RS-485-portene forbundet til transmissionslinjen er placeret i stor afstand fra hinanden, kan deres jordpotentialer variere meget. I dette tilfælde for at undgå nedbrydning af udgangstrinene for mikrokredsløbene transceivere(transceivere) interface skal bruge galvanisk isolation mellem RS-485-porten og jord. Hvis jordpotentialforskellen er lille, kan der i princippet bruges en leder til at udligne potentialerne, men denne metode bruges ikke i praksis, da næsten alle kommercielle RS-485-grænseflader er galvanisk isolerede (se f.eks. NL- 232C konverter eller interface repeater NL-485C fra RealLab!).

Grænsefladebeskyttelse mod lyn udføres ved hjælp af gasudlednings- og, se afsnittet "Beskyttelse mod interferens".

2.3.2. Standard parametre

For nylig er der dukket mange RS-485 interface transceiver mikrokredsløb op, som har bredere kapaciteter end dem, der er etableret af standarden. For at sikre kompatibilitet af enheder med hinanden er det dog nødvendigt at kende parametrene beskrevet i standarden (se tabel 2.2).

2.3.5. Eliminering af linjeusikkerhed

Når senderne på alle enheder, der er tilsluttet linjen, er i den tredje (høj-modstand) tilstand, er den logiske tilstand af linjen og indgangene på alle modtagere udefineret. For at eliminere denne usikkerhed er modtagerens ikke-inverterende indgang forbundet via en modstand til strømbussen, og den inverterende indgang er forbundet til jordbussen. Modstandsværdierne er valgt således, at spændingen mellem indgangene bliver større end modtagerens responstærskel (+200 mV).

Da disse modstande er forbundet parallelt med transmissionslinjen, for at sikre, at linjen passer til grænsefladen, er det nødvendigt, at den ækvivalente modstand ved linjeindgangen er lig med 120 Ohm.

For eksempel, hvis modstandene, der bruges til at eliminere linjeusikkerhed, er 450 ohm hver, så skal linjeafslutningsmodstanden være 130 ohm, så vil den tilsvarende kredsløbsmodstand være 114.120 ohm. For at finde den differentielle linjespænding i den tredje tilstand af alle sendere (se fig. 2.6), skal du tage højde for, at en anden 120 Ohm modstand og op til 32 modtagere med en input differentiel modstand på 12 kOhm er tilsluttet til modsatte ende af linjen i standardkonfigurationen. Så ved forsyningsspændingen (fig. 2.6) vil differenslinjespændingen være lig med +272 mV, hvilket opfylder standardens krav.

2.3.6. Gennem strømme

I et netværk baseret på RS-485-grænsefladen kan der være en situation, hvor to sendere er tændt samtidigt. Hvis en af dem er i tilstanden logisk en, og den anden er i tilstanden logisk nul, løber en stor "gennem" strøm fra strømkilden til jorden, kun begrænset af den lave modstand af de to åbne transistorer skifter. Denne strøm kan beskadige transistorerne i transmitterens udgangstrin eller få deres beskyttelseskredsløb til at udløse.

Denne situation er ikke kun mulig på grund af grove fejl i softwaren, men også hvis forsinkelsen mellem tidspunktet for slukning af den ene sender og tænding af den anden er forkert indstillet. Slavenheden bør ikke transmittere data, før den afsendende enhed er færdig med at transmittere. Interfacerepeatere skal detektere begyndelsen og slutningen af datatransmission og i overensstemmelse med dem skifte senderen til aktiv eller tredje tilstand.

2.3.7. Kabelvalg

Afhængigt af transmissionshastigheden og den nødvendige kabellængde kan du enten bruge et kabel, der er specielt designet til RS-485-interfacet, eller næsten ethvert ledningspar. Kablet, der er designet specifikt til RS-485-interfacet, er et snoet par med en karakteristisk impedans på 120 ohm.

For god undertrykkelse af udsendt og modtaget interferens er det vigtigt at have et stort antal vindinger pr. kabellængdeenhed samt identiske parametre for alle ledninger.

Ved brug af ikke-isolerede grænsefladetransceivere er det ud over signaltrådene i kablet nødvendigt at tilvejebringe et andet snoet par for at forbinde jordingskredsløbene på de tilsluttede grænseflader. Hvis der er galvanisk isolering af grænsefladerne, er dette ikke nødvendigt.

Kabler kan være eller ikke være afskærmede. Uden eksperimenter er det meget svært at afgøre, om en skærm er nødvendig. Men i betragtning af at prisen på et skærmet kabel ikke er meget højere, er det altid bedre at bruge et kabel med skærm.

Ved lave transmissionshastigheder og ved jævnstrøm spiller spændingsfaldet over kablets ohmske modstand en vigtig rolle. Således har et standardkabel til RS-485-grænsefladen med et tværsnit på 0,35 mm2 en ohmsk modstand på 48,5 * 2 = 97 Ohm med en længde på 1 km. Med en terminalmodstand på 120 Ohm vil kablet fungere som en spændingsdeler med en delefaktor på 0,55, dvs. spændingen ved kabeludgangen vil være cirka 2 gange mindre end ved dens indgang. Dette begrænser den tilladte kabellængde for transmissionshastigheder under 100 kbit/s.

Ved højere frekvenser falder den tilladte kabellængde med stigende frekvens (fig. 2.7) og begrænses af kabeltab og effekten rystelser foran impulser. Tab består af spændingsfaldet over ledernes ohmske modstand, som stiger ved høje frekvenser på grund af forskydning af strøm til overfladen (skin-effekt) og tab i dielektrikumet. For eksempel er signaldæmpningen i Belden 9501PVC-kabel 10 dB (3,2 gange) ved 20 MHz og 0,4 dB (4,7%) ved 100 kHz med en kabellængde på 100 m.

2.3.8. At rykke grænserne

RS-485 standarden tillader tilslutning af højst 32 modtagere til en sender. Denne værdi er begrænset af effekten af senderens udgangstrin med en standard modtagerindgangsimpedans på 12 kOhm. Antallet af belastninger (modtagere) kan øges ved hjælp af kraftigere sendere, modtagere med højere indgangsimpedans og mellemsignalrepeatere (interfacerepeatere). Alle disse metoder bruges i praksis, når det er nødvendigt, selvom de går ud over standardens krav.

I nogle tilfælde skal du tilslutte enheder over en afstand på mere end 1200 m eller tilslutte mere end 32 enheder til ét netværk. Dette kan gøres ved hjælp af repeatere ( gengangere , gengangere) grænseflade. Repeateren er installeret mellem to segmenter af transmissionslinjen, modtager signalet fra et segment, genopretter kanterne af impulserne og sender det ved hjælp af en standardsender til det andet segment (fig. 2.5). Sådanne repeatere er sædvanligvis tovejs og galvanisk isolerede. Et eksempel er NL-485C repeateren fra RealLab! . Hver repeater giver dig mulighed for at tilføje 31 standardenheder til linjen og øge linjelængden med 1200 m.

En almindelig metode til at øge antallet af linjebelastninger er at bruge modtagere med højere indgangsimpedans end EIA/TIA-485-standarden (12 kΩ). For eksempel, med en modtagerindgangsimpedans på 24 kOhm, kan 64 modtagere tilsluttes en standardsender. Transceiver-chips til RS-485-grænsefladen bliver allerede produceret med mulighed for at forbinde 64, 128 og 256 modtagere i ét netværkssegment (www.analog.com/RS485). Bemærk, at en forøgelse af antallet af belastninger ved at øge indgangsimpedansen på modtagere fører til et fald i effekten af signalet, der sendes langs linjen, og som følge heraf til et fald i støjimmunitet.

2.3.9. RS-232 og RS-422 interfaces

RS-422-grænsefladen bruges meget sjældnere end RS-485 og som regel ikke til at skabe et netværk, men til at forbinde to enheder over en lang afstand (op til 1200 m), da grænsefladen RS Fig. 2.9. Tilslutning af to RS-232/RS-422 interfacekonvertermoduler Differential

Differential

Maksimalt antal modtagere

Maksimal kabellængde

Maksimal overførselshastighed

30 Mbit/s**

Common Mode udgangsspænding

Netspænding under belastning

Belastningsimpedans

Lækstrøm i "tredje" tilstand

Tilladt rækkevidde af signaler ved modtagerindgangen

Modtager følsomhed

Modtagerens indgangsimpedans

Bemærk. **Transmissionshastighed på 30 Mbit/s leveres af moderne elementbase, men er ikke standard.

* VVM- Electronic Industries Association - sammenslutning af den elektroniske industri. TIA - Telecommunications Industry Association - sammenslutning af teleindustrien. Begge organisationer udvikler standarder.

Del til:
EIA RS232C standardgrænsefladen er designet til seriel kommunikation af to
enheder. Det er generelt accepteret og udbredt i hardwaresystemer med
tilslutning af eksternt udstyr til en personlig computer. Interface
RS/232C involverer brugen af "single-ended" sendere og
modtagere, mens datatransmission udføres ved hjælp af "asymmetrisk"
signal langs to linjer - ТхD og RxD, og signalamplituden måles i forhold til linjen
GND ("nul"). En logisk enhed svarer til et område af amplitudeværdier
signal (spænding) fra –12 til –3 V, logisk nul – fra +3 til +12 V. Område fra
–3 til +3 V svarer til den døde zone, som bestemmer modtagerens hysterese.
Asymmetrien af signalet forårsager lav støjimmunitet af dette
grænseflade, især med industriel interferens. Tilgængelighed af modtage (RxD) og sende linjer
(TxD) data giver dig mulighed for at understøtte fuld-dupleks informationstransmission, dvs.
information kan både sendes og modtages på samme tid.

Fordele - enkelhed.

Ulemper - kun én enhed er tilsluttet en port, signaltransmissionsrækkevidden uden yderligere gadgets er kun et par meter

Hardware er den mest udbredte metode til dataflowkontrol.
ledelse. For korrekt dataoverførsel er det nødvendigt, at modtageren er i
tilstand af parathed til at modtage information. Med hardwarekontrolmetode
RTS/CTS-signalet bruges til at stoppe datatransmission, hvis
modtageren er ikke klar til at modtage dem. Hardware flow kontrol giver det meste
hurtig reaktion fra senderen på modtagerens tilstand.
Ved design af industrielle automationssystemer, den største
informationsnetværk baseret på standardgrænsefladen er blevet udbredt
EIA RS485. I modsætning til RS/232 sørger denne grænseflade for datatransmission fra
ved hjælp af et "symmetrisk" (differentielt) signal på to linjer (A og B)
(se figur) og brug af en ekstra linje til potentialudligning
jordforbindelse af enheder tilsluttet et RS/485-netværk. Logisk signalniveau
bestemt af spændingsforskellen på linjerne (A - B), med en logisk enhed
svarer til et område af spændingsværdier fra +0,2 til +5 V, og til logisk nul - et område
værdier fra –0,2 til –5 V. Området fra –0,2 til +0,2 V svarer til dødzonen
modtager Ved brug af denne grænseflade er den maksimale længde af kommunikationslinjen mellem
ekstreme enheder kan være op til 1200 m. Desuden i de mest fjerntliggende
Det anbefales at installere terminalafslutningsmodstande ved netværkspunkter fra hinanden
(terminatorer), der giver dig mulighed for at kompensere for den karakteristiske impedans af kablet og
minimere amplituden af det reflekterede signal.

Modstanden af de matchende modstande afhænger af længden af ledningen og antallet af enheder. Det skal være i området fra 100 til 620 ohm.

Begge disse grænseflader understøtter asynkron overførselstilstand. Data
sendes i blokke (rammer), hvis format er vist i fig. 1.2. Overførsel af hver
ramme begynder med en start/bit, der signalerer modtageren om starten af transmission, f.eks
efterfulgt af databit og en paritetsbit. Fuldfører afsendelsen af et stop/bit, garanteret
pause mellem afsendelserne.
For asynkron tilstand anvendes en række standardvalutakurser: 50, 75, 110, 150,
300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps. Antal databits
kan være 5, 6, 7 eller 8 (5/- og 6/bit-formater er ikke særlig almindelige).
Antallet af stop/bit kan være 1, 1,5 eller 2 ("halvanden bit" betyder kun
varigheden af stopintervallet).

Kapitel.

RS-232 og RS-485

RS-232 og RS-485 er to standarder for elektrisk transmission, der går forud for moderne computere. Og trods deres alder bruges de stadig i høj grad i dag. Den største forskel mellem dem er antallet af ledninger, de bruger. RS-232 bruger 9 separate ledninger; selvom nogle stik, såsom DB25, har flere ben; De ekstra ben bruges ikke og er bare forbundet til jord. Til gengæld bruger RS-485 kun 3 ledninger; 2 til dataoverførsel og 1 til almindeligt område. Brug af færre ledninger betyder, at RS-485 er mere omkostningseffektiv end RS-232, fordi ledningsomkostningerne er lavere.

En af fordelene ved RS-232 er, at den allerede er fuld duplex-kompatibel. RS-485 kan kun fungere i halv-dupleks tilstand, medmindre der bruges et andet sæt ledninger, så det ene sæt bruges til at sende og det andet bruges til at modtage.

Der er også forskel på RS-232 og RS-485, når det kommer til de spændinger, de bruger. RS-485 bruger kun positive og negative 5V til at skabe en differentiel spænding, som modtageren så genkender som enere og nuller. På den anden side anbefaler RS-232 en sendespænding på ±12 V, selvom maksimum er ±15 V. Spændingsniveauet kan degraderes til ±3 V i modtagerenden og stadig være forståeligt for modtageren.

En anden fordel ved RS-485 er dens fremragende rækkevidde. En enkelt RS-485-forbindelse kan nå 4000 fod. eller 1200 m Til sammenligning har RS-232 kabler en typisk rækkevidde på 50 fod. eller 15 m Ved hjælp af specialiserede kabler kan rækken af RS-232 kabler udvides, men kun op til 1000 fod. eller cirka 300 m.

Selvom begge disse kraftoverførselsstandarder ikke var beregnet til computerindustrien, så de udbredt brug på et tidspunkt. RS-485 blev engang brugt med SCSI, og RS-232 var en fælles grænseflade til modemer, tastaturer, mus og mange andre computerudstyr. RS-232 er nu forældet og er ved at blive udfaset til fordel for andre standarder som USB og Firewire. Men mange computere har stadig en RS-232-port for kompatibilitet. RS-485 er også ved at blive udfaset i computerudstyr, men er meget brugt i andre elektroniske enheder; et eksempel herpå er overvågning af CCTV-kameraer.

1.RS-232 bruger 9 ledninger, mens RS-485 kun bruger 3. 2.RS-232 er fuld duplex og RS-485 er halv duplex. 3.RS-232 fungerer ved ±15V, mens RS-485 kun fungerer ved ±5V. 4.RS-485 har en større rækkevidde end RS-232. 5.RS-232 er mere almindelig i computere end RS-485.

I den moderne verden opererer et meget stort antal industrielt udstyr gennem fysiske grænseflader til kommunikation.

Det fysiske lag er en kommunikationskanal og en signaltransmissionsmetode (lag 1 i OSI-sammenkoblingsmodellen for åbne systemer).

Lad os overveje flere populære grænseflader: RS-485 og RS422

1. RS-485 interface

RS-485(Anbefalet Standard 485), også EIA-485(Electronic Industries Alliance-485) er en af de mest almindelige fysiske lagstandarder for asynkron kommunikationsgrænseflade.

Standardnavn: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Elektriske karakteristika for generatorer og modtagere til brug i afbalancerede digitale multipunktsystemer.

Standarden har vundet stor popularitet og er blevet grundlaget for skabelsen af en hel familie af industrielle netværk, der er meget udbredt i industriel automatisering.

RS-485-standarden er udviklet i fællesskab af to foreninger:

Electronic Industry Association (EIA - Electronic Industries Association)

Telecommunications Industry Association (TIA)

Tidligere mærkede VVM alle sine standarder med præfikset " R.S."

Mange ingeniører fortsætter med at bruge denne betegnelse, men EIA/TIA har officielt erstattet " R.S." på " VVM/TIA"for at lette identifikation af oprindelsen af dets standarder.

Standarden definerer følgende linjer for signaltransmission:

A - ikke-inverterende

B - invertering

C - valgfri fælles linje (nul)

Selvom definitionen er klar, opstår der nogle gange forvirring med hensyn til, hvilke betegnelser ("A" eller "B") der skal bruges til en inverterende og en ikke-inverterende linje. For at undgå denne forvirring bruges der ofte alternative notationer, for eksempel: "+" / "-"

Et netværk bygget på RS-485-grænsefladen består af transceivere forbundet ved hjælp af et snoet par - to snoede ledninger.

RS-485-grænsefladen er baseret på princippet om differentiel (balanceret) datatransmission. Dens essens er at sende et signal over to ledninger. Desuden bærer en ledning (betinget A) det originale signal, og den anden (betinget B) bærer sin omvendte kopi. Med andre ord, hvis der er et "1" på den ene ledning, så et "0" på den anden og omvendt. Der er således altid en potentialforskel mellem de to ledninger i et snoet par: ved "1" er det positivt, ved "0" er det negativt.

Det er denne potentialforskel, der transmitterer signalet.

RS-485 - halv duplex interface. Modtagelse og transmission sker over et par ledninger med tidsadskillelse. Der kan være mange sendere i et netværk, da de kan slukkes i modtagetilstand.

På trods af at RS-485-grænsefladen er to-leder, er der en fire-wire implementering.

I dette tilfælde bliver grænsefladen ikke Fuld duplex, det er også halv duplex.

Firetrådsversionen tildeler en masterknude, hvis sender fungerer på alle de andres modtagere.

Masterknudepunktets sender er altid aktiv - den behøver ikke en overgang til den tredje tilstand.

Senderne for de resterende slaveknudepunkter skal have tristabile udgange, de er kombineret på en fælles bus med masterknudepunktets modtager. I to-trådsversionen er alle noder ens.

Et netværk bygget på basis af RS-485 understøtter op til 32 "unit load" enheder i henhold til standarden

Enheder med andre "belastnings"-værdier er bredt tilgængelige på markedet - 1/2 (dvs. allerede 64 enheder), 1/4 (128 enheder) af en enhedsbelastning.

Når man konstruerer sådanne linjer, opstår der en del vanskeligheder, så det er nødvendigt at have den rette viden til at designe dem.

2. RS-422 interface

Det serielle differentielle interface RS-422 (Recommended Standard 422) ligner meget i sine funktioner en anden dataoverførselsgrænseflade på netværket - RS-485.

De kan være elektrisk kompatible med hinanden, men der er stadig en række væsentlige forskelle.

RS-422 er fuld duplex interface(fuld duplex), så data kan transmitteres i begge retninger samtidigt. For eksempel sker bekræftelse af modtagelse af datapakker samtidig med modtagelse af efterfølgende pakker.

Duplexing sikres ved, at der bruges to transceivere samtidigt, hvoraf den ene fungerer til modtagelse, den anden til transmission.

Mens RS-485 bruges til at organisere et netværk med mange abonnenter, bruges RS-422 normalt til at etablere dataoverførsel mellem to enheder over lange afstande.

Dette skyldes det faktum, at RS-422 understøtter oprettelsen af kun single-master netværk, hvor kun én enhed kan fungere som en sender, og resten kun er i stand til at modtage et signal.

Den maksimale rækkevidde for RS-422-grænsefladen er nøjagtig den samme som for RS-485 og er 1200 meter.

RS-422-grænsefladen bruges meget sjældnere end RS-485 og som regel ikke til at skabe et netværk, men til at forbinde to enheder over en lang afstand.

Hver RS-422 sender kan indlæses med 10 modtagere.

2.1. Tilslutning af målerens interface Alpha A1800 med fuld duplex interface til modemmetRX.

Disse målere er forbundet til RX-modemet via et 4-leder RS422-interface. Men på trods af, at grænsefladen i dokumentationen til denne måler hedder 4-wire RS485, er det faktisk RS422.

Målere var udstyret med en fuld-duplex interfacetype indtil 2008. I øjeblikket er næsten alle disse målere halv-duplex, men for nøjagtigheden er det bedre at tjekke med leverandøren eller producenten.

3. Funktioner

På trods af ligheden mellem RS-485 og RS-422 interfaces er de ikke kompatible med hinanden.

Du kan ikke forbinde enheder eller enheder med en anden type grænseflade til en enhed med én type grænseflade.

Robert Gee, oversættelse og tilføjelser af Vladimir Rentyuk

Begge grænsefladeprotokoller - RS 485 (fysisk lagstandard for et asynkront interface) og CAN (Controller Area Network - en industriel netværksstandard, der primært fokuserer på at integrere forskellige aktuatorer og sensorer i et enkelt netværk) - har eksisteret siden midten af 1980'erne blev først introduceret som standarder for organisering af kommunikationskanaler. I lang tid udviklede disse grænseflader sig af sig selv uden at røre hinanden. Men tiden gik, og situationen begyndte at ændre sig. Hvorfor? En kort diskussion i artiklen vil hjælpe os med at forstå dette.

I modsætning til tidligere fysiske lagstandarder, især RS-423, RS-422 og RS-232, var fremkomsten af RS-485 virkelig et evolutionært skridt. Kommunikationssystemer, der understøtter denne standard, er et flerpunktssystem og har op til 32 noder i et enkelt system (med op til 256 repeatere).

Omkring samme tid, som de ovennævnte grænseflader, der blev brugt i applikationer som computertastaturer og -mus, printere og industrielt automationsudstyr, blev skabt, blev CANbus-grænsefladen designet som en bilkommunikationsplatform foreslået af Robert Bosch, ejer af Robert Bosch Company GmbH, for at reducere omkostningerne ved bilproduktion. Denne bus er blevet et alternativ til traditionelle tykke multi-core bilkabler og forenklet deres installation takket være brugen af multi-node busser. Først introduceret i BMW-850-modellen i 1986, sparede bilindustriens CAN-grænseflade mere end 2 km af forskellige ledninger! Derudover er antallet af stik reduceret markant med en estimeret maskinvægtbesparelse på 50 kg. Det skete sådan, at RS-485 var beregnet til behovene på det industrielle marked og CAN til bil- og transportsegmentet, men efterhånden fandt den en plads i applikationer, så at sige, uden for sin jurisdiktion, det vil sige inden for bilindustrien og luftfartsindustrien.

Takket være dens høje robusthed i de barske miljøer, der findes i bilapplikationer, dens fejltolerante egenskaber og unikke meddelelseshåndtering, bliver CANbus nu brugt steder, hvor den aldrig har været brugt før. Aktuelle markedstendenser viser den stadig mere udbredte anvendelse af CANbus, som nogle gange erstatter RS-485 i traditionelle industrielle programmer.

Ifølge markedsrapporter stiger anvendelsen af CANbus eksponentielt, hvilket er enestående for grænseflademarkedet. Og selvom rapporter ikke adskiller industri- og bilmarkeder, er mange enige om, at industrimarkeder tegner sig for omkring 20-30% af den samlede produktion. Stigningen i brugen af grænseflader i bilindustrien kan tilskrives den udbredelse af elektronik, der findes i biler i dag. Moderne biler har sofistikerede mikroprocessorsystemer, der er nødvendige for funktioner som backup-kameraer, automatisk parkering, infotainmentsystemer, blindvinkelgenkendelse og mere. Fremkomsten af disse undersystemer er forbundet med en stigning i antallet af sensorer og mikrocontrollere i en bil, der kræves for at behandle information fra alle komplekse systemer, der opererer inde i bilen. Tilbage i 1990'erne begyndte mange bilproducenter overgangen fra manuelle transmissioner til automatiske og senere til elektronisk styrede transmissioner baseret på mikrocontrollerdata om hastighed, gashåndtagsposition og information fra barometriske sensorer. I dag kan du på ét køretøj tælle over 100 sensorer og mikrocontrollere, hvoraf mange kommunikerer via CAN-bussen.  Selv den helelektriske Tesla S har 65 mikrocontrollere indeni .

Det industrielle marked oplever også en stigning i anvendelsen af CAN-grænsefladen. Industrielle CAN-applikationer har et ret bredt anvendelsesområde og er installeret i en lang række applikationer - fra kommercielle ubemandede luftfartøjer (droner) til elevatorstyringer og endda kommercielle plæneklippere. Chipleverandører erkender dette faktum og udvikler produkter for at imødekomme det voksende behov for CAN uden for det traditionelle bilmarked. En anden faktor, der bidrager til den stigende anvendelse af CAN i industrisektoren, er flytningen af mange bilingeniører til industrisegmentet, hvor de naturligvis har brugt deres erfaring med CAN-bussen og dens unikke fordele. En anden grund til vedtagelsen af CAN-grænsefladen på det industrielle marked er på grund af dens iboende fejltolerance og evne til effektivt at håndtere meddelelsesrammer på en multi-node bus.

For at forklare fordelene ved CAN frem for RS-485 er det bedst at forstå lighederne og forskellene mellem de to standarder - ISO 11898-2-2016 og TIA/EIA-485 (i øjeblikket ANSI TIA/EIA-485-A) henholdsvis. Begge standarder definerer transceiverniveauer, som er vist i diagrammet (figur 1) for sendesiden.

Begge protokoller har differentielt output. RS-485-udgangen er et klassisk differentialsignal, hvor det ene signal er et inverteret eller spejlvendt billede af det andet. Output A er den ikke-inverterende linje og output B er den inverterende linje. Differensområdet +1,5...+5 V er lig med logisk 1 eller værdi, og grænserne -1,5...-5 V er lig med logisk 0 eller mellemrum. Et signal med et niveau i området –1,5…+1,5 V betragtes som udefineret. Det er vigtigt at bemærke, at når RS-485 ikke er i brug, er dens output i højimpedanstilstand.

CAN-bussen har et lidt anderledes udgangsdifferenssignal. Der er således to udgange i form af CANH- og CANL-datalinjer, som er en afspejling af hinanden (fig. 1) og repræsenterer inverteret logik. I den dominerende tilstand (nul bit brugt til at angive meddelelsesprioritet) er CANH-CANL defineret som 0, når spændingen over dem er +1,5 ... +3 V. I den recessive tilstand (1 bit og inaktiv bustilstand) driversignal er defineret som logisk 1, når differentialspændingen er i området –120...+12 mV eller tæt på nul.

Ris. 1. Sammenligning af acceptable niveauer af differentielle udgangssignaler for RS 485 og CAN-drivere

For modtagersiden definerer RS-485-standarden indgangsdifferentialsignalet, når det er i området ±200 mV...+5 V. For CAN er indgangsdifferentialsignalet +900 mV...+3 V, og den recessive tilstand er i området -120...+500 mV.  Når bussen er i standbytilstand, eller når den ikke er indlæst, og transceiveren er i en recessiv tilstand, skal spændingerne på CANH- og CANL-linjerne være inden for 2-3 V.

Både RS-485 og CAN har de nødvendige sansningsevner til at håndtere applikationer, hvor signalet kan være dæmpet på grund af karakteristika og kvalitet af det anvendte kabel (skærmet eller uskærmet) og længden af kablerne, hvilket kan påvirke systemets forbindelseskapacitet. Se fig. 2.

Ris. 2. Sammenligning af acceptable niveauer af input differentialsignaler for RS 485 og CAN fra modtagersiden

Derudover har begge standarder termineringsmodstande med samme værdi på 120 ohm installeret i enderne af linjen. Disse modstande er nødvendige for at sikre, at kommunikationslinjen er tilpasset transmissionsledningens karakteristiske impedans og derved undgå signalrefleksion. Andre tekniske specifikationer, såsom dataoverførselshastighed og antal tilladte noder, er kun til informationsformål og er ikke strenge krav, der skal opfyldes. For at imødekomme markedets behov overstiger de fleste producerede RS-485- og CAN-transceivere standarddataoverførselshastigheden og det tilladte antal noder. For eksempel nåede den integrerede halv-dupleks RS-485-transceiver i industriel kvalitet fra Maxims MAX22500E-chip hastigheder på 100 Mbps. Og den nye CAN-FD-standard, ISO 11898-2:2016, begrænser ikke dataoverførselshastigheden til 5 Mbit/s, selvom den definerer timing-karakteristika for hastigheder på 2 og 5 Mbit/s. CAN-transceivere vil overstige kravene i deres standard på samme måde som RS-485-transceivere. Med hensyn til common-mode tolerance er CMR-parameteren (Common-Mode Range) for RS-485 –7…+12 V og for CAN –2…+7 V.

Mange applikationer kræver dog højere CMR-ydeevne, hvilket gælder for begge typer interfaces, der tages i betragtning. Dette skyldes, at de hovedsageligt anvendes til multi-node busser, og deres noder kan have strømforsyninger med forskellige strømtransformatorer eller kablerne kan være i umiddelbar nærhed af udstyr med tilstrækkelig kraftige vekslende elektromagnetiske felter, der kan påvirke jordingen mellem systemknudepunkter. På grund af de mange forskellige applikationer, der fungerer i barske industrielle miljøer, er højere CMR-tolerancer ud over standard -7 til +12 V-niveauer ofte påkrævet.

For at løse dette problem er der en ny generation af RS-485 og CAN transceivere, som har en meget bredere række af immunitet over for common mode interferens, nemlig op til ±25 V. I diagrammet vist i fig. 3 viser det fluktuerende common-mode-område for en RS-485 transceiver. Selvom common mode spændingssignalet stiger op og ned, så længe common mode spændingsniveauet (VCM) er inden for det acceptable område, påvirker det ikke differentialbussignalet, og modtageren er i stand til at modtage og genkende signalet på linjen uden fejl. Diagram i fig. Figur 3 viser det acceptable common mode-signalvariationsområde for RS-485.

Ris. 3. Forklaring af CMR-parameteren ved hjælp af eksemplet med en RS 485-transceiver

En anden funktion, der er fælles for både CAN- og RS-485-transceivere, er fejlbeskyttelse. Fejlbeskyttede enheder har et internt kredsløb, der beskytter mod virkningerne af overspænding på modtagerens indgangsdriverudgange. Dette er nødvendigt for at beskytte enheder mod utilsigtede kortslutninger mellem den lokale strømforsyning og transmissionslinjer. På dette område indtager Maxim-chips en førende position i branchen. De, såsom den i øjeblikket meget brugte MAX13041, garanterer fejlbeskyttelsesniveauer på op til ±80 V og endda med en vis ekstra margin, indtil beskyttelseskredsløbet svigter fuldstændigt. . Desuden er det vigtigt, at dette beskyttelsesniveau er garanteret, uanset om der er strøm til transceiveren, eller om den er afbrudt.

Blandt hovedårsagerne til, at CAN frem for RS-485 transceivere foretrækkes i industrielle applikationer, er den måde, beskeder behandles på bussen. I et multi-node system, der bruges til at kommunikere med en RS-485 mikroprocessor, kan der være tilfælde, hvor flere meddelelser sendes samtidigt. Hvilket nogle gange fører til kollisioner, også kendt som konkurrence. Hvis dette sker, kan bustilstanden være forkert eller ubestemt, hvilket kan forårsage datafejl. Derudover kan en sådan konkurrence skade eller forringe ydeevneparametre, når flere RS-485-transceivere på en bus er i samme tilstand, og en transceiver er i den modsatte tilstand. En enkelt RS-485-sender kan så kræve en betydelig mængde strøm, hvilket sandsynligvis ville få chippen til at lukke ned på grund af overskridelse af den maksimalt tilladte temperatur, eller endda forårsage permanent skade på systemet. Her har CANbus en stor fordel i forhold til RS-485-protokollen. Ved at bruge CANbus er det muligt at løse problemet med at sende flere beskeder på en linje ved at rangere hver af dem.

Ris. 4. CAN-datarammeformat

Inden systemdesignarbejdet påbegyndes, tildeler ingeniører forskellige niveauer af opgaver. Det blev tidligere nævnt, at CAN har en dominerende og recessiv tilstand. Under transmissionen "vinder" beskeden med den højere tildelte dominerende tilstand konkurrencen og vil fortsætte med at transmittere, mens andre noder med lavere prioritet vil se den dominerende bit og stoppe med at transmittere data. Denne metode kaldes voldgift, hvor meddelelser prioriteres og modtages i rækkefølge efter deres status. En node, der taber som følge af en lavere tildelt prioritet, vil sende sin besked igen, når dens niveau er dominerende. Dette fortsætter for alle noder, indtil de fuldfører transmissionen. I fig. 4 diskuterer meddelelsesdatarammeformatet i CAN-protokollen mere detaljeret. Dette timingdiagram og tabel 1 viser tydeligt, hvor og hvordan arbitrage opstår.

Tabel 1. Datatransmissionsrammeformat i CAN-protokollen

Feltnavn	Længde i stykker	Beskrivelse
SOF (Start of frame)		Start af ramme
Identifikator, fremhævet med grønt		Giver beskedprioritet (11 eller 29 bit for standard CAN og udvidet CAN, 12 eller 32 bit for CANFD)
RTR (Remote transmission request), fremhævet med blåt		Anmodning om fjernoverførsel
IDE (Identifier extension bit)		Bitidentifikatoren bruges til at identificere det udvidede format
		Reserveret bit til fremtidig protokoludvidelse
DLC (Datalængdekode), fremhævet med gult		Datalængdekode (4 bit for standard CAN, 8 eller 9 bit for CANFD)
Datafelt, fremhævet med rødt	0–64 (0–8 bytes); 0-512 (0-64 bytes)	Datafelt, overførte data (0–8 bytes for standard CAN, 0–64 bytes for CANFD)
CRC (cyklisk redundanstjek)		Kontrolsum, bruges til at opdage fejl
		CRC afgrænser bit
ACK (Acknowledgement) slot		Konfirmationsområde. Dominant bit ved rapportering af en fejl; recessiv bit, når fejlmeddelelsen afvises
		Kvittering bit afgrænser
EOF (End of frame)		Slut af ramme

Voldgift er tilladt under ID-transmission, et eksempel på denne situation er vist i tabel 2. Uanset netværkstopologien, selv med den nye CAN-FD-standard, er voldgiftsfasen begrænset til 1 Mbps. Men fasen af datafeltet er kun begrænset af transceiverens egenskaber, hvilket betyder, at den kan rejse meget hurtigere.

Tabel 2. Node 3, som et resultat af voldgift, afgiver bussen til node 1 på den tredje bit

Identifikatorbits (voldgiftsfelt)

Start bit

Node 1

Node 3

Stop transmissionen

Udover voldgift hjælper datalinklaget (OSI Layer 2) også med at forbedre pålideligheden af det overordnede CAN-system. På dette niveau kontrolleres rammemeddelelsen gentagne gange for nøjagtighed og fejl. Hvis der modtages en meddelelse med fejl, sendes en fejlramme. Den indeholder et Error Flag, som består af 6 bits af samme værdi (derved overtræder reglen om bitstopning) og en Error Delimiter, som består af 8 recessive bits.

Fejlafgrænseren giver et specifikt rum, hvor andre busknudepunkter kan sende deres fejlflag, efter at de selv har opdaget det første fejlflag. Fra et meddelelsesniveau perspektiv beskytter cyklisk redundanstjek (CRC) information i en ramme ved at tilføje redundante kontrolbits ved slutningen af transmissionen, som derefter kontrolleres i den modtagende ende. Hvis de ikke stemmer overens, opstår der en CRC-fejl. Dette efterfølges af frame (frame) inspektion, som bestemmer korrektheden af strukturen ved at kontrollere bitfelterne for fast format og rammestørrelse SOF, EOF, ACK og CRC separator bits.

Fra et bitniveauperspektiv er der tre fejltjek: bekræftelse, bitkontrol og bitstop. Kvitteringsfejl detekteres, når senderen ikke læser den dominerende ACK-bit (0). Dette indikerer en transmissionsfejl, der er registreret af modtagerne, hvilket betyder, at ACK var beskadiget, eller at der ikke var nogen modtagere. Bitovervågning kontrollerer busniveauet for hver node for sendte og modtagne bits. Bitsubstitution er en metode, der "udfylder" eller indsætter en ekstra modsat bit, når fem af de samme bits forekommer efter hinanden. Den modsatte bit hjælper med at skelne mellem fejlrammer og EOF-bit. I den modtagende ende fjernes den ekstra bit. Hvis den sjette bit er den samme som de foregående fem, så detekteres fejlen af alle CAN-knuder, og fejlrammer sendes. I dette tilfælde skal den oprindelige meddelelse gentransmitteres, naturligvis gå gennem voldgift, hvis der er en konflikt på linjen.

For at opsummere diskussionen kan vi drage en kort konklusion: Hvis vi overvejer punkt-til-punkt-systemer, der kræver høje dataudvekslingshastigheder, så vinder RS-485-grænsefladen uden tvivl her på grund af den højere hastighed og enklere ramme. Men i multi-node-systemer med mulige kollisioner og ved hastigheder, der ikke overstiger 1 Mbit/s, er CAN fortsat en klar fordel, især når man organiserer kommunikation i et system af udstyr, der opererer i barske industrielle miljøer, i en lang række driftstemperaturer (for tidligere nævnte MAX13041 -40... +125 °C) og med et højt niveau af ydre påvirkninger, for ikke at nævne dets "hjemmehørende aktivitetsområde" - bil- og transportsektoren.

Som det er kendt, er mange systemer enten udsat for elektromagnetisk interferens eller lider af fejl fra vedligeholdelsespersonale, som utilsigtet kan levere strøm til kommunikationslinjerne. I denne henseende er CAN-transceivere yderst pålidelige, modstandsdygtige over for betydelige statiske elektricitetsudladninger og har et godt niveau af beskyttelse mod fejl. Den relative ulempe ved CAN, nemlig at alle modtagere på linjen lytter til transmissionen, kan let elimineres ved hjælp af den identifikator, der er inkluderet i transmissionsrammen, og som regel er der ikke noget stort problem i dette.

Med CAN-funktioner såsom voldgift, kontrol af fejlmeddelelser, forbedret gennemløb og et større datafelt, er det nemt at se appellen af CANbus over RS-485 på markedet for industriel automation. CAN-systemer kan prioritere vigtigheden af rammebeskeder og håndtere kritiske korrekt. Alt dette tillader brugen af CAN-transceivere, inklusive dem fra Maxim, i udstyr til en bred vifte af applikationer, og til forskellige applikationer tilbyder denne virksomhed også højeffektive grænseflader med galvanisk isolering .