Ipari alkalmazásokban vezeték nélküli adatvonalak soha nem pótolható teljesen vezetékes. Az utóbbiak közül a legelterjedtebb és legmegbízhatóbb még mindig soros interfész RS -485 . A külső hatásoktól leginkább védett, valamint az adó-vevők különböző konfigurációi és integráltsági foka gyártója viszont továbbra is a vállalat marad.Alapelv integrált .

A népszerűség növekedése ellenére vezeték nélküli hálózatok, a legmegbízhatóbb és legstabilabb kapcsolatot, különösen zord üzemi körülmények között, a vezetékesek biztosítják. A megfelelően kialakított vezetékes hálózatok lehetővé teszik a megvalósítást hatékony kommunikáció ipari alkalmazásokban és rendszerekben automatizált vezérlés ipari folyamatok, amelyek ellenállást biztosítanak az interferencia, az elektrosztatikus kisülés és a túlfeszültség ellen. Az RS-485 interfész megkülönböztető jellemzői széles körben elterjedtek az iparban.

Az RS-485 és RS-422 interfészek összehasonlítása

Az RS-485 adó-vevő a legelterjedtebb fizikai rétegű interfész soros adathálózatok megvalósításához zord környezetekben, ipari és épületautomatizálási alkalmazásokban. Ez a szabvány soros interfész nagy sebességű adatcserét biztosít viszonylag nagy távolságon egyetlen differenciálvonalon (csavart érpáron) keresztül. Az RS-485 ipari és épületautomatizálási rendszerekben való alkalmazásának fő problémája, hogy az induktív terhelések, elektrosztatikus kisülések és túlfeszültségek gyors váltása során fellépő elektromos tranziensek, amelyek az automatizált vezérlőrendszerek hálózatára hatnak, torzíthatják a továbbított adatokat. vagy kudarcot okoz.

Jelenleg többféle adatátviteli interfész létezik, amelyek mindegyike meghatározott alkalmazásokhoz készült, figyelembe véve a szükséges paraméterkészletet és protokollstruktúrát. A soros interfészek közé tartozik a CAN, RS-232, RS-485/RS-422, I 2 C, I 2 S, LIN, SPI és SMBus, de még mindig az RS-485 és RS-422 a legmegbízhatóbb, különösen zord működési körülmények között. körülmények.

Az RS-485 és RS-422 interfészek sok tekintetben hasonlóak, azonban vannak lényeges különbségek, amelyeket figyelembe kell venni az adatátviteli rendszerek tervezésénél. A TIA/EIA-422 szabvány szerint az RS-422 interfész ipari alkalmazásokhoz van előírva egy adatbusz-masterrel, amelyre akár 10 slave csatlakoztatható (1. ábra). Akár 10 Mbps sebességű átvitelt biztosít csavart érpár használatával, ami javítja a zajtűrést, és a lehető legnagyobb hatótávolságot és adatátviteli sebességet éri el. Az RS-422 tipikus alkalmazásai a folyamatautomatizálás (vegyipar, élelmiszer-feldolgozás, papírgyárak), integrált gyárautomatizálás (autó- és fémmegmunkáló ipar), szellőztető- és légkondicionáló rendszerek, biztonsági rendszerek, motorvezérlés és tárgymozgások vezérlése.

Az RS-485 nagyobb rugalmasságot biztosít azáltal, hogy több mastert is engedélyez egy közös buszon, és a buszon lévő eszközök maximális számát 10-ről 32-re növeli. A TIA/EIA-485 szabvány szerint az RS-485 több mint RS-422-vel rendelkezik. széles közös módú feszültségtartomány (±7V helyett -7…12 V) és valamivel kisebb differenciális feszültségtartomány (±2 V helyett ±1,5 V), amely maximális vonali terhelés mellett elegendő vevőjelszintet biztosít. A multidrop adatbusz fejlett képességeinek segítségével egyetlen RS-485 soros portra csatlakoztatott eszközök hálózatait hozhatja létre. Magas zajtűrő képességének és többleadásos képességének köszönhetően az RS-485 a legjobb soros interfész programozható egységhez csatlakoztatott ipari elosztott rendszerekben. logikai vezérlő(PLC), grafikus vezérlő (HMI) vagy más adatgyűjtő vezérlők. Mivel az RS-485 az RS-422 kiterjesztése, minden RS-422 eszköz csatlakozhat az RS-485 master által vezérelt buszhoz. Az RS-485 tipikus alkalmazásai hasonlóak a fent felsorolt ​​RS-422 alkalmazásokhoz, és az RS-485-öt gyakrabban használják továbbfejlesztett képességei miatt.

Az RS-485 a legnépszerűbb ipari interfész

A TIA/EIA-485 szabvány lehetővé teszi az RS-485 használatát 1200 m távolságig, kisebb távolságokon pedig az adatátviteli sebesség meghaladja a 40 Mbps-ot. A differenciáljel használatával az RS-485 interfész nagyobb hatótávolságot biztosít, de az adatsebesség a vonalhossz növekedésével csökken. A vonal vezetékeinek keresztmetszete és a hozzá csatlakoztatott eszközök száma szintén befolyásolja az adatátviteli sebességet. Ha nagy hatótávolságú és nagy adatátviteli sebességet is szeretne elérni, javasoljuk, hogy RS-485 adó-vevőket használjon beépített nagyfrekvenciás kiegyenlítő funkcióval, például MAX3291-et. Az RS-485 interfész használható half-duplex módban egyetlen csavart érpárral, vagy full-duplex módban egyidejű adatátvitellel és -vétellel, amit két vezeték használata biztosít. csavart érpár(négy vezeték). Multidrop half-duplex konfigurációban az RS-485 akár 32 adót és 32 vevőt is képes támogatni. Az újabb generációs adó-vevő IC-k azonban nagyobb bemeneti impedanciával rendelkeznek, ami a vevővonal terhelését a normál érték 1/4-éről 1/8-ára csökkenti. Például a MAX13448E adó-vevő használatával az RS-485 buszra csatlakoztatott vevők száma 256-ra növelhető. A továbbfejlesztett multidrop RS-485 interfésszel lehetővé válik a különböző, egyetlen soros portra csatlakoztatott eszközök hálózatba kapcsolása, pl. a 2. ábrán látható.

A vevő érzékenysége ±200 mV. Ezért egy bit adat felismeréséhez a vevő csatlakozási pontján a jelszinteknek nagyobbnak kell lenniük, mint +200 mV nullánál és -200 mV-nál egynél (3. ábra). Ebben az esetben a vevő elnyomja az interferenciát, amelynek szintje ± 200 mV tartományba esik. A differenciálvonal hatékony közös módú elutasítást is biztosít. A vevő minimális bemeneti impedanciája 12 kOhm, az adó kimeneti feszültsége ± 1,5 ... ± 5 V tartományban van.

A soros interfész ipari környezetben való használatával kapcsolatos problémák

Az ipari rendszerek tervezőinek összetett kihívásokkal kell szembenézniük, hogy biztosítsák megbízható működésüket olyan elektromágneses környezetben, amely tönkreteheti a berendezéseket vagy megzavarhatja a működést. digitális rendszerek adatátvitel. Az ilyen rendszerek egyik példája automatikus vezérlés technológiai berendezések egy automatizált ipari vállalkozásnál. A folyamatot vezérlő vezérlő méri annak paramétereit, valamint a környezeti paramétereket, és parancsokat továbbít az aktuátoroknak, vagy vészriasztásokat generál. Az ipari vezérlők főszabály szerint mikroprocesszoros eszközök, amelyek architektúrája egy adott ipari vállalkozás problémáinak megoldására van optimalizálva. Az ilyen rendszerekben a pont-pont adatkapcsolatok erős elektromágneses interferenciának vannak kitéve a környezetből.

Az ipari alkalmazásokban használt DC/DC konverterek nagy bemeneti feszültségen működnek, és a bemenetről elkülönített feszültséget biztosítanak a terhelés táplálására. Az elosztott rendszerű eszközök, amelyek nem rendelkeznek saját hálózati tápegységgel, 24 vagy 48 V egyenfeszültségről kapnak tápellátást. A lezárást 12 vagy 5 V táplálja, amelyet a bemeneti feszültség átalakításával kapnak. A távoli érzékelőkkel vagy működtetőszervekkel kommunikáló rendszerek tranziens, EMI és földpotenciál védelmet igényelnek.

Sok vállalat, például a Maxim Integrated mindent megtesz annak érdekében, hogy az ipari alkalmazásokhoz használt integrált áramkörök rendkívül megbízhatóak legyenek, és ellenálljanak a zord elektromágneses környezetnek. A Maxim RS-485 adó-vevői beépített nagyfeszültségű ESD- és túlfeszültség-védelmi áramköröket tartalmaznak, és üzem közben cserélhetők adatvesztés nélkül.

Az adatátviteli rendszerek védelme a káros külső hatásoktól

Továbbfejlesztett ESD védelem

Elektrosztatikus kisülés (ESD) akkor lép fel, amikor két ellentétes töltésű anyag érintkezik, ami statikus töltések átvitelét és szikrakisülés kialakulását eredményezi. Az ESD gyakran akkor fordul elő, amikor az emberek kapcsolatba kerülnek a körülöttük lévő tárgyakkal. A félvezető eszközök gondatlan kezelése során fellépő szikrakisülések jelentősen ronthatják azok teljesítményét, vagy a félvezető szerkezet teljes tönkremeneteléhez vezethetnek. Az ESD előfordulhat például kábel cseréjekor vagy egyszerűen megérintve egy I/O portot, és a port leállását okozhatja egy vagy több interfészchip meghibásodása miatt (4. ábra).

Az ilyen balesetek jelentős veszteségekhez vezethetnek, mivel megnövelik a garanciális javítások költségeit, és a fogyasztók a rossz termékminőség következményeként érzékelik őket. Az ipari termelésben az ESD komoly probléma, amely évente több milliárd dolláros veszteséget okozhat. Valós üzemi körülmények között az ESD meghibásodáshoz vezethet egyedi komponensekés néha a rendszer egészét. Külső diódák használhatók az adatinterfészek védelmére, azonban egyes interfész IC-k beépített ESD védelmi komponenseket tartalmaznak, és nem igényelnek további külső védelmi áramkört. Az 5. ábra egy tipikus beépített ESD védelmi áramkör egyszerűsített működési diagramját mutatja. A jelvezetékben a tranzienseket a V CC tápfeszültség szinteknél és a testnél a diódavédő áramkör korlátozza, így védi az áramkör belső részét a sérülésektől. Jelenleg gyártott interfész chipek és analóg kapcsolók beépített ESD védelemmel alapvetően megfelel az IEC 61000-4-2 szabványnak.

A Maxim Integrated sokat fektetett be a robusztus beépített ESD-védelemmel rendelkező IC-kbe, és most vezető szerepet tölt be az RS-232-RS-485 adó-vevők terén. Ezek az eszközök ellenállnak az IEC (IEC) 61000-4-2 és a JEDEC JS-001 szabványnak megfelelő ESD tesztimpulzusoknak, amelyeket közvetlenül az I/O portokra vezetnek. A Maxim ESD-megoldásai megbízhatóak, megfizethetőek, nem tartalmaznak további külső összetevőket, és olcsóbbak, mint legtöbb társaik. A cég által gyártott összes interfészchip beépített elemeket tartalmaz, amelyek megvédik az egyes kimeneteket a gyártás és a működés során fellépő ESD-től. A MAX3483AE / MAX3485AE adó-vevő család védelmet nyújt az adókimenetek és a vevőbemenetek számára ±20 kV-ig terjedő nagyfeszültségű túlfeszültség ellen. Ugyanakkor a termékek normál üzemmódja megmarad, nem kell kikapcsolni, majd újra bekapcsolni. Ezenkívül a beépített ESD védelmi funkciók biztosítják a be-, kikapcsolást és az alacsony fogyasztású készenléti üzemmódot.

Túlfeszültség-védelem

Ipari alkalmazásokban az RS-485 meghajtók bemenetei és kimenetei hajlamosak a túlfeszültség miatti meghibásodásokra. A túlfeszültség paraméterei eltérnek az ESD-től – míg az ESD időtartama általában 100 ns-ig terjed, a túlfeszültség 200 µs vagy több is lehet. A túlfeszültséget bekötési hibák, rossz csatlakozások, sérült vagy hibás kábelek, valamint forrasztási cseppek okozhatják, amelyek vezető kapcsolatot képezhetnek a táp- és jelvezetékek között. nyomtatott áramkör vagy egy résben. Mert be ipari rendszerek 24 V-ot meghaladó feszültséget használnak, ilyen feszültségnek kitéve a szabványos RS-485 adó-vevőket, amelyek nem rendelkeznek túlfeszültség-védelemmel, perceken vagy akár másodperceken belül meghibásodnak. A túlfeszültség elleni védelem érdekében a hagyományos RS-485 interfész chipek költségesek külső eszközök diszkrét alkatrészeken hajtják végre. A beépített túlfeszültség-védelemmel ellátott RS-485 adó-vevők akár ±40, ±60 és ±80 V-os közös módú zajt is képesek elviselni az adatvonalon, és ±80 V-ig adnak ki a földhöz képest. A védőelemek a chip aktuális állapotától függetlenül működnek – legyen az be, kikapcsolva vagy készenléti módban –, így ezek az adó-vevők a legmegbízhatóbbak az iparban, ideálisak ipari alkalmazásokhoz. A Maxim adó-vevői túlélik a rövidzárlatos táp- és jelvezetékek, kábelezési hibák okozta túlfeszültségeket, rossz kapcsolat csatlakozók, hibás kábelek és nem megfelelő működés.

A vevők ellenálló képessége a bizonytalan vonali feltételekkel szemben

Az RS-485 interfész chipek fontos jellemzője a vevők definiálatlan vonalállapotokkal szembeni védettsége, amely garantálja a magas logikai szint beállítását a vevőkimeneten a bemenetek nyitott vagy zárt állapotában, valamint akkor, ha az összes adó csatlakoztatva van a vevőegységhez. vonal inaktív módba kerül (a kimenetek nagy impedanciájú állapota). A zárt adatvonal jeleinek vevő általi helyes érzékelésének problémáját úgy oldják meg, hogy a bemeneti jel küszöbértékeit -50 és -200 mV negatív feszültségekre tolják el. Ha a V A - V B vevő bemeneti differenciálfeszültsége nagyobb vagy egyenlő, mint -50 mV, az R 0 kimenet magas szintre van állítva. Ha VA - V B kisebb vagy egyenlő, mint -200 mV - az R 0 kimenet alacsonyra van állítva. Amikor az összes adó alvó állapotba megy és a vonal megszakad, a vevő bemeneti feszültségkülönbsége nulla közelében van, aminek következtében a vevő kimenete magasra megy. Ebben az esetben a bemeneti zajtűrési határ 50 mV. Az előző generációs adó-vevőkkel ellentétben a -50 és -200 mV küszöbértékek megfelelnek az EIA/TIA-485 szabvány által meghatározott ±200 mV értékeknek.

Üzem közben cserélhető

Irodalom

  1. 4491. számú alkalmazási megjegyzés: "Villám vagy szikra által okozott sérülés – attól függ, milyen magas vagy!";
  2. Alkalmazási megjegyzés 5260, "Tervezési szempontok zord ipari környezethez";
  3. Alkalmazási megjegyzés 639, Maxim vezet az ESD-védelem terén.

Az RS-485 egy olyan szabvány, amelyet először az Electronic Industries Association fogadott el. A mai napig ez a szabvány figyelembe veszi a különféle szimmetrikus digitális rendszerekben használt különféle vevők és adók elektromos jellemzőit.

Mit képvisel?

A szakemberek körében az RS-485 egy meglehetősen népszerű interfész neve, amelyet aktívan használnak különböző ipari folyamatvezérlő rendszerekben több vezérlő, valamint sok más eszköz egymáshoz csatlakoztatására. A fő különbség ezen interfész és az ugyanilyen gyakori RS-232 között az, hogy több típusú berendezés egyidejű kombinációját teszi lehetővé.

Az RS-485 segítségével több eszköz közötti nagysebességű információcsere egyetlen kétvezetékes kommunikációs vonalon keresztül, half-duplex módban valósul meg. A modern iparban széles körben használják a folyamatvezérlő rendszerek kialakítása során.

Hatótáv és sebesség

Segítséggel ezt a szabványt Az információ továbbítása legfeljebb 10 Mbps sebességgel történik, míg a maximális lehetséges hatótávolság közvetlenül függ az adatátvitel sebességétől. Így a maximális sebesség biztosítása érdekében legfeljebb 120 méterről továbbíthatók az adatok, míg 100 kbps sebességgel több mint 1200 méteren keresztül sugározható az információ.

A csatlakoztatott eszközök száma

Az RS-485 interfész által kombinálható eszközök száma közvetlenül függ attól, hogy az eszközben milyen adó-vevőket használnak. Mindegyik adó 32 szabványos vevő egyidejű vezérlésére készült, azonban meg kell érteni, hogy vannak olyan vevők, amelyek bemeneti impedanciája 50%, 25% vagy még kisebb, mint a szabványos, és ha ilyen berendezést használnak, akkor az összes eszköz száma ennek megfelelően növelje.

Csatlakozók és protokollok

Az RS-485 kábel nem szabványosítja az információs keretek vagy csereprotokollok egyetlen formátumát sem. Az esetek túlnyomó többségében pontosan ugyanazokat a kereteket használják, mint az RS-232, azaz adatbiteket, stop- és startbiteket, valamint szükség esetén paritásbiteket.

A legtöbb esetben a csereprotokollok munkája modern rendszerek a „master-slave” elv szerint történik, vagyis a hálózaton lévő egyes eszközök a mesterek, és kezdeményezik a küldési kérések cseréjét az összes, logikai címükben eltérő szolgaeszköz között. Ma a legnépszerűbb protokoll a Modbus RTU.

Érdemes megjegyezni, hogy az RS-485-ös kábelnek nincs konkrét típusú csatlakozója vagy kiforrasztása, vagyis lehetnek terminálcsatlakozók, DB9 és mások.

Kapcsolat

Ennek a felületnek a legáltalánosabb használata az a helyi hálózat, amely egyszerre több adó-vevőt is kombinál.

Az RS-485 csatlakoztatásakor helyesen kell kombinálni a jeláramköröket, amelyeket általában A-nak és B-nek hívnak. Ebben az esetben a polaritásváltás nem olyan szörnyű, csak a csatlakoztatott eszközök nem működnek.

Az RS-485 interfész használatakor figyelembe kell venni a működésének számos jellemzőjét:

  • A jelátvitel legoptimálisabb közege a sodrott érpárú kábel.
  • A kábel végeit speciális lezáró ellenállásokkal kell lezárni.
  • A szabványos vagy USB RS-485-öt használó hálózatot mindenféle inger nélkül kell működtetni
  • Az eszközöket a lehető legrövidebb hosszra kell csatlakoztatni.

Koordináció

Lezáró ellenállások használatával a szabványos vagy USB RS-485 biztosítja a kábel nyitott végének teljes illeszkedését a következő vonalhoz, teljesen kiküszöbölve a jelvisszaverődés lehetőségét.

Az ellenállások névleges ellenállása megfelel a kábel hullámimpedanciájának és a sodrott érpáron alapuló kábeleknél az esetek többségében kb. 100-120 ohm. Például egy ma meglehetősen népszerű UTP-5 kábel, amelyet aktívan használnak az Ethernet lefektetésekor, jellemző impedanciája 100 ohm. Más kábelopciók esetén más minősítés is használható.

Szükség esetén ellenállások forraszthatók a kábelcsatlakozók érintkezőire már a végső készülékekben. Ritkán magában az eszközben ellenállásokat telepítenek, aminek következtében az ellenállás csatlakoztatásához jumpereket kell telepíteni. Ebben az esetben, ha a készülék ki van kapcsolva, a vonal teljesen nem illeszkedik. És a rendszer többi részének normál működésének biztosítása érdekében egy megfelelő dugót kell csatlakoztatnia.

Jelszintek

Az RS-485 port kiegyensúlyozott adatátviteli sémát használ, vagyis az A és B jeláramkörök feszültségszintje ellenfázisban változik.

Az érzékelőnek 1,5 V-os jelszintet kell biztosítania teljes terhelésnél, és legfeljebb 6 V-ot, ha a készülék alapjáraton van. A feszültségszint mérése differenciáltan történik, minden jelvezeték a másikhoz képest.

Ahol a vevő található, a vett jel minimális szintje minden esetben legalább 200 mV legyen.

Elfogultság

Abban az esetben, ha nincs jel a jeláramkörökön, enyhe eltolás lép fel, amely megvédi a vevőt a hamis működéstől.

A szakértők valamivel 200 mV-nál nagyobb eltolást javasolnak, mivel ez az érték megfelel a szabvány szerinti bemeneti jel bizonytalansági zónájának. Ebben az esetben az A áramkör a forrás pozitív pólusához, míg a B áramkör a közöshez húzódik.

Példa

A számítást a szükséges eltolásnak és tápfeszültségnek megfelelően végezzük el, ha például 250 mV offszetet kell elérni, ha R T = 120 Ohm sorkapocs-ellenállásokat használunk, miközben a forrás feszültsége 12 V. hogy ebben az esetben két ellenállást párhuzamosan kötünk egymással és a vevőoldali terhelést abszolút figyelmen kívül hagyva az előfeszítő áram 0,0042 A, míg az előfeszítő áramkör teljes ellenállása 2857 ohm. Az R cm ebben az esetben körülbelül 1400 ohm lesz, ezért ki kell választania a legközelebbi értéket.

Példaként egy 1,5 kΩ-os előfeszítő ellenállást, valamint egy külső 12 voltos ellenállást használunk. Ezenkívül rendszerünkben van a vezérlő tápegységének leválasztott kimenete, amely a vezető láncszem az áramköri szegmensében.

Természetesen sok más lehetőség is van az RS-485 átalakítót és más elemeket használó torzítás megvalósítására, de minden esetben az előfeszítő áramkörök elhelyezésénél figyelembe kell venni, hogy az azt biztosító csomópont időről időre kikapcsol, ill. sőt végül teljesen eltávolítható a hálózatból.

Ha előfeszítés van jelen, akkor az A áramkör potenciálja teljes üresjáraton pozitív a B áramkörhöz képest, ami irányadó, ha egy új eszközt vezetékjelzés nélküli kábelhez csatlakoztatunk.

Rossz bekötés és torzítás

A fenti ajánlások végrehajtása lehetővé teszi az elektromos jelek normál átvitelét a hálózat különböző pontjaira, ha az RS-485 protokollt használják alapul. Ha legalább egy követelmény nem teljesül, jeltorzulás lép fel. A legszembetűnőbb torzítások akkor kezdenek megjelenni, ha az adatcsere sebessége meghaladja az 1 Mbit/s-ot, de valójában még alacsonyabb sebességek esetén sem ajánlott figyelmen kívül hagyni ezeket az ajánlásokat, még akkor sem, ha a hálózat „már normálisan működik. "

Hogyan kell programozni?

Programozás közben különféle alkalmazások Ha RS-485 elosztót használó eszközökkel és más, ezzel az interfésszel rendelkező eszközökkel dolgozik, figyelembe kell vennie számos fontos pontokat. Soroljuk fel őket:

  • A csomag kézbesítésének megkezdése előtt feltétlenül aktiválni kell az adót. Annak ellenére, hogy bizonyos források szerint a kiadás azonnal elvégezhető a bekapcsolás után, egyes szakértők azt javasolják, hogy kezdetben szünetet tartsanak, amely idővel megegyezik egy képkocka átviteli sebességével. Ebben az esetben a megfelelő fogadó programnak lesz ideje a tranziens folyamat hibáit maradéktalanul meghatározni, elvégezni a normalizálási eljárást és felkészülni a későbbi adatfogadásra.
  • Az utolsó bájt adat kiadása után is javasolt szünetet tartani az RS-485 eszköz kikapcsolása előtt. Ez különösen annak köszönhető, hogy a soros port vezérlő gyakran két regiszterrel rendelkezik egyidejűleg, amelyek közül az első egy párhuzamos bemenet, és adatok fogadására szolgál, míg a második egy shift kimenet és soros kimenetre szolgál. Bármilyen vezérlő adási megszakítás generálódik, ha a bemeneti regiszter üres, amikor az információ már meg van adva a műszakregiszternek, de még nem került kiadásra. Ez az oka annak, hogy az adás megszakítása után egy bizonyos szünetet kell tartani az adó kikapcsolása előtt, amelynek körülbelül 0,5 bittel hosszabbnak kell lennie, mint a keret. A pontosabb számítások érdekében ajánlatos részletesen tanulmányozni a használt soros port vezérlő műszaki dokumentációját.
  • Mivel az adó, a vevő és esetleg az RS-485 konverter egyetlen vonalra csatlakozik, a saját vevő is fogadja az adásokat a saját adójától. Gyakran előfordul, hogy a vonalhoz való véletlenszerű hozzáféréssel jellemezhető rendszerekben ezt a funkciót a két adó közötti ütközés hiányának ellenőrzésére használják. NÁL NÉL szabványos rendszerek a "master-slave" elvnek megfelelően működik, átvitel közben ajánlatos a vevőegység megszakításait teljesen lezárni.

Busz formátum beállítása

Ez az interfész lehetőséget biztosít az eszközök „busz” formátumú kombinálására, amikor az összes eszközt egyetlen vezetékpárral kombinálják. Ebben az esetben a kommunikációs vonalat feltétlenül a két végének lezáró ellenállásaival kell összeilleszteni.

Az illeszkedés biztosítása érdekében ebben az esetben ellenállásokat szerelnek fel, amelyek ellenállása 620 ohm. Mindig az első és az utolsó vonalra csatlakoztatott eszközre telepítik őket. A modern készülékek túlnyomó többségében beépített lezáró ellenállás is található, amely szükség esetén egy speciális jumper készüléklapra szerelésével a vezetékre csatlakoztatható.

Mivel a jumpereket eredetileg szállítási állapotban szerelték fel, először el kell távolítania őket minden eszközről, kivéve az első és az utolsó vezetékhez csatlakoztatott készüléket. Az S2000-PI típusú átjátszó konvertereknél minden egyes kimenetnél a lezáró ellenállást egy kapcsoló segítségével kapcsolják be, míg az S2000-KS és S2000-K készülékeket beépített lezáró ellenállás jellemzi, aminek következtében csatlakoztatásához nincs szükség jumperre.

A hosszabb kommunikációs vonal biztosítása érdekében ajánlott speciális átjátszók-retransmitterek használata, amelyek teljes mértékben automatikus kapcsolásátviteli irány.

Csillag konfiguráció

Az RS-485 vonal bármely leágazása nem kívánatos, mert ebben az esetben elég erős a jel torzítása, de gyakorlati szempontból elviselhető, ha a leágazás kis hossza van. Ebben az esetben nincs szükség lezáró ellenállások felszerelésére az egyes ágakon.

Távirányítóról vezérelt RS-485 elosztórendszerben, ha az utóbbi és a készülékek ugyanarra a vezetékre csatlakoznak, de különböző forrásból táplálkoznak, akkor az összes készülék 0 V-os áramkörét és a távirányítót össze kell kapcsolni. potenciálkiegyenlítésük biztosítása érdekében. Ha egy ezt a követelményt nem figyelhető meg, akkor ebben az esetben a távirányító instabil kapcsolatban állhat az eszközökkel. Ha több csavart érpárból álló kábelt kell használni, akkor a potenciálkiegyenlítő áramkörhöz szükség esetén egy teljesen szabad érpár is használható. Többek között árnyékolt sodrott érpárt is lehet használni abban az esetben, ha nincs árnyékolás földelés.

Mit kell figyelembe venni?

A potenciálkiegyenlítő vezetéken áthaladó áram túlnyomó többségében meglehetősen kicsi, azonban ha a 0 V-os készülékek vagy maguk a tápegységek több helyi földbuszra csatlakoznak, a különböző 0 V-os áramkörök közötti potenciálkülönbség több egység is lehet, és bizonyos esetekben akár több tíz voltot is, miközben a potenciálkiegyenlítő áramkörön átfolyó áram meglehetősen jelentős lehet. Ez az, ami gyakori ok az, hogy a távirányító és a készülékek között instabil kapcsolat van, aminek következtében akár meghibásodhatnak is.

Emiatt ki kell zárni a 0 V-os áramkör földelésének lehetőségét, vagy legfeljebb egy bizonyos ponton földelni ezt az áramkört. Figyelembe kell venni a 0 V feszültség és a riasztórendszerben használt berendezésben lévő védőföldelés közötti kapcsolat lehetőségét is.

A meglehetősen nehéz elektromágneses környezettel rendelkező létesítményekben lehetőség van ennek a hálózatnak a csatlakoztatására árnyékolt csavart érpáron keresztül. Ebben az esetben rövidebb távolságkorlát is lehet, mivel a kábel kapacitása nagyobb.

NÁL NÉL modern technológia közötti információcsere különféle eszközök. Ehhez pedig rövid és nagy távolságokon is adatokat kell továbbítani, kilométeres nagyságrendben. Az egyik ilyen típusú adatátvitel az eszközök közötti kommunikáció az RS-485 interfészen keresztül.

Ahol adatátvitelre van szükség RS 485-ön keresztül.

Az adatcserére szolgáló eszközök használatának egyik leggyakoribb példája az. Az egyetlen hálózatba egyesített elektromos fogyasztásmérők egymástól jelentős távolságra elhelyezkedő szekrényekben, kapcsolóberendezési cellákban, sőt alállomásokban vannak szétszórva. Ebben az esetben az interfész adatküldésre szolgál egy vagy több mérőeszközről.

Az "egy méter - egy modem" rendszert aktívan alkalmazzák, hogy adatokat továbbítsanak az energiaértékesítő cégek szolgáltatásaihoz a magánházak és kisvállalkozások mérőállomásairól.

Egy másik példa: adatok fogadása a mikroprocesszoros relévédelmi terminálokról valós időben, valamint központi hozzáférés azokhoz a változtatások végrehajtása érdekében. Miért vannak a terminálok ugyanúgy a kommunikációs interfészen keresztül kötve, és az onnan származó adatok a diszpécsernél telepített számítógépre kerülnek. Védelmi művelet esetén az üzemeltető személyzetnek lehetősége van azonnal információt szerezni a cselekvés helyéről és az áramkörök károsodásának természetéről.

De a legtöbb kihívást jelentő feladat, kommunikációs interfészekkel megoldott, komplex gyártási folyamatok központi vezérlőrendszerei - automatizált folyamatirányító rendszerek. Egy ipari üzem kezelőjének asztalán van egy számítógép, melynek kijelzőjén a folyamat aktuális állását látja: hőmérsékletek, termelékenység, be- és kikapcsolt egységek, működési módjuk. És képes mindezt egy enyhe egérkattintással kezelni.

A számítógép viszont vezérlőkkel kommunikál – olyan eszközökkel, amelyek az érzékelőkből érkező parancsokat a gép számára érthető nyelvre alakítják át, a fordított átalakítást pedig: a gép nyelvéből vezérlőparancsokká. A kommunikáció a vezérlővel, valamint a különböző vezérlők között kommunikációs interfészeken keresztül történik.


 Az RS-232 interfész az RS 485 kistestvére.

Lehetetlen legalább röviden megemlíteni az RS-232 interfészt, amelyet sorosnak is neveznek. Néhány laptop rendelkezik csatlakozóval a megfelelő porthoz, és néhány digitális eszköz (ugyanazok a relévédelmi terminálok) RS-232-n keresztüli kommunikációt biztosító kimenetekkel van felszerelve.

Az információcseréhez képesnek kell lennie arra, hogy továbbítsa és fogadja azokat. Ehhez van adónk és vevőnk. Minden készülékben jelen vannak. Ezenkívül az egyik eszköz adójának (TX) kimenete egy másik eszköz (RX) vevőjének bemenetéhez csatlakozik. És ennek megfelelően a jel ugyanúgy az ellenkező irányba mozog a másik vezető mentén.

Ez egy félduplex kommunikációs módot biztosít, vagyis a vevő és az adó egyidejűleg működhet. Az RS-232 kábelen lévő adatok egyszerre mozoghatnak az egyik és a másik irányba.

Ennek az interfésznek a hátránya az alacsony zajvédelem. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a jel a csatlakozó kábelben mind a vételhez, mind az átvitelhez egy közös vezetékhez - földhöz képest - van kialakítva. Bármilyen interferencia, amely még az árnyékolt kábelben is fennáll, kommunikációs hibához, egyes információbitek elvesztéséhez vezethet. Ez pedig elfogadhatatlan bonyolult és költséges mechanizmusok kezelésekor, ahol minden hiba baleset, a kommunikáció elvesztése pedig hosszú állásidőt jelent.

Ezért főként egy laptop kis ideiglenes csatlakoztatására használják digitális eszköz, például a kezdeti konfiguráció telepítéséhez vagy a hibák kijavításához.


 Az RS-485 interfész felépítése.

A fő különbség az RS-458 és az RS-232 között az, hogy minden vevő és adó egy pár vezetéken működik, amely egy kommunikációs vonal. A földelő vezetéket ebben az esetben nem használják, és a vonalban lévő jelet differenciális módszerrel alakítják ki. Egyidejűleg két vezetéken ("A" és "B") inverz formában továbbítják.

Ha az adó kimenete logikai "0", akkor az "A" vezető nulla potenciált kap. A "B" vezetőn "nem 0" jel keletkezik, azaz "1". Ha az adó „1”-et sugároz, az ellenkezője igaz.

Ennek eredményeként a jelfeszültség változását kapjuk két, sodrott érpárú vezeték között. Bármilyen hangszedő, amely a kábelbe kerül, ugyanúgy megváltoztatja a feszültséget a földhöz képest a pár mindkét vezetékén. De a hasznos jel feszültsége a vezetékek között képződik, ezért egyáltalán nem szenved a rajtuk lévő potenciáloktól.

Az eszközök közötti adatcsere sorrendje RS-485-ön keresztül.

Az RS-485 interfészen keresztül csatlakoztatott összes eszköznek csak két csatlakozója van: "A" és "B". A csatlakozáshoz közös hálózat ezek a kivezetések párhuzamos áramkörbe vannak kötve. Ehhez kábelláncot kell lefektetni egyik eszközről a másikra.

Ebben az esetben szükségessé válik az eszközök közötti adatcsere egyszerűsítése az adás-vétel sorrendjének, valamint a küldendő adatok formátumának beállításával. Erre szolgál különleges utasítás protokollnak nevezik.

Az RS-485 interfészen keresztüli adatcserére számos protokoll létezik, a leggyakrabban használt a Modbas. Nézzük meg röviden, hogyan működik a legegyszerűbb protokoll, és milyen egyéb problémákat kell még megoldani segítségével.

Vegyünk például egy olyan hálózatot, amelyben egy eszköz több adatforrásból gyűjt adatokat. Ez lehet egy modem és egy csoport villanyóra. Annak érdekében, hogy megtudjuk, melyik mérőről származnak az adatok, minden adó-vevőhöz hozzárendelnek egy számot, amely egyedi az adott hálózathoz. A szám a modem adó-vevőhöz is hozzá van rendelve.

Amikor elérkezik az energiafogyasztási adatok gyűjtésének ideje, a modem kérést generál. Először egy indító impulzust továbbítanak, amely szerint minden eszköz megérti, hogy most jön egy kódszó - egy csomag nullák és egyesek sorozatából. Ebben az első bitek a hálózatban lévő előfizetői számnak felelnek meg, a többi adat lesz, például egy parancs a szükséges információk továbbítására.

Minden eszköz megkapja az üzenetet, és összehasonlítja a hívott előfizető számát a sajátjával. Ha megegyeznek, a kérés részeként átadott parancs végrehajtásra kerül. Ha nem, az eszköz figyelmen kívül hagyja a szövegét, és nem csinál semmit.

Ebben az esetben sok protokollban visszaigazolást küldenek a parancs végrehajtásának elfogadásáról vagy befejezéséről. Ha nem érkezik válasz, a továbbító eszköz bizonyos számú alkalommal megismételheti a kérést. Ha a reakció nem következik be, hibainformáció generálódik a néma előfizetővel való kommunikációs csatorna meghibásodásával kapcsolatban.

A válasz nem biztos, hogy következik, nem csak meghibásodás esetén. Ha erős interferencia van a kommunikációs csatornában, amely még mindig ott hatol, előfordulhat, hogy a parancsok nem érik el a célt. Ezenkívül eltorzulnak, és nem ismerik fel megfelelően.

A parancs hibás végrehajtása nem engedhető meg, ezért tudatosan redundáns információ kerül a csomag adataiba - az ellenőrző összeg. Kiszámítása egy bizonyos, a protokollban előírt törvény szerint történik az adó oldalon. A vevőnél az ellenőrző összeget ugyanezen elv szerint számítják ki, és összehasonlítják a továbbított értékkel. Ha megegyeznek, a vétel sikeresnek minősül, és a parancs végrehajtásra kerül. Ha nem, a készülék hibaüzenetet küld a küldő oldalnak.

A kábelcsatlakozások követelményei.

Sodrott érpárú kábelek az RS-485 interfésszel rendelkező eszközök csatlakoztatására szolgálnak. Bár egy pár vezeték elegendő az adatátvitelhez, általában legalább kettővel rendelkező kábeleket használnak, így tartalékot fektetnek le.

Az interferencia elleni jobb védelem érdekében a kábelek árnyékoltak, az árnyékolások a teljes vonal mentén egymáshoz vannak kötve. Ehhez az "A" és "B" következtetések mellett "COM" terminál található a kombinálandó készülékeken. A vonal csak egy ponton van földelve, általában a vezérlő, a modem vagy a számítógép helyén. Két ponton tilos ezt megtenni az interferenciák elkerülése érdekében, amelyek a talajpontok potenciálkülönbsége miatt elkerülhetetlenül végigmennek a képernyőn.

A kábelek csak sorba vannak kötve egymással, nem lehet leágazni. A vonalhoz egy 120 ohm ellenállású ellenállást kell csatlakoztatni a végére (ez a kábel jellemző impedanciája).

Általánosságban elmondható, hogy az interfészkábel-vezetékek telepítése egyszerű feladat. Sokkal nehezebb lesz a felszerelést felállítani, amihez speciális tudással rendelkező emberekre lesz szükség.

Az RS-485 interfész működésének jobb megértéséhez javasoljuk, hogy nézze meg a következő videót:

Az RS-485 interfész valószínűleg a leggyakoribb interfész kis ipari automatizálási hálózatok szervezéséhez.

Ezt elősegíti a magas specifikációk egyszerű végrehajtással. Az RS-485 interfész lehetővé teszi hálózatok létrehozását egyszerű hardverrel:

  • busz topológia;
  • sodrott érpárral, mint adatátviteli közeggel;
  • a kommunikációs vonal hossza elérheti az 1200 m-t;
  • adatátviteli sebesség akár 10 Mbps.

Az RS-485 alapú elosztott rendszerek vezérléséhez számos szabványos protokoll használható, köztük a ModBus. Az interfész lehetővé teszi hálózatok létrehozását speciális protokollokkal. Az RS-485 hardveres megvalósításához elegendő csak egy alacsony integrációs fokú mikroáramkört hozzáadni a mikrokontrollerhez.

Az RS-485-öt az ANSI TIA/EIA-485-A:1998 szabvány írja le. A szabvány csak elektromos és időzítési paramétereket határoz meg. Nem írja elő:

Az RS-485 szabvány alapvető paraméterei.

RS-485 adatátviteli mód.

Az RS-485 interfész szabvány a következő jeleket határozza meg:

  • A - nem invertáló;
  • B - invertáló;
  • C - közös vonal (opcionális jel).

Néha alternatív jelmegnevezéseket használnak:

  • Adat+ / Adat-;
  • D+/D-;
  • + / -.

Az interfész differenciális adatátviteli módot használ. Az információ továbbítása két antifázisú A és B jellel történik, és az RS-485 busz állapotát az A és B vonalak közötti potenciálkülönbség határozza meg a C közös vonalhoz viszonyítva. Az egyes vezetékek földhöz viszonyított feszültsége bármi lehet, de a -7 ... +12 V tartományon belül.

Az RS-485 differenciális vevők és adók használatát igényli.

Az adók 2 antifázisú jelet képeznek legalább 1,5 V feszültségkülönbséggel (szabvány szerint).

Az adatok fogadására differenciális vevőket használnak, amelyek megkülönböztetik az A és B vonal közötti feszültségkülönbséget. Ha a különbség nagyobb, mint 200 mV, de legfeljebb +12 V, akkor a vonal állapota egy logikai egységgel egyenlő. -200 mV-nál kisebb, de -7 V-nál nem kisebb feszültségkülönbség esetén a vezeték logikai nulla állapotú.

  • Va > Vb a lognak felel meg. egy;
  • Va< Vb соответствует лог. 0.

Könnyen kiszámítható, hogy az interferencia szintje és a feszültségesés a vezeték aktív ellenállásán elérheti az 1,3 V-ot (az adó kimeneti feszültsége 1,5 V mínusz a vevők válaszküszöbe 0,2 V). Egy ilyen margó biztosítja az interfész működését hosszú kommunikációs vonalakon, jelentős aktív ellenállással. A kommunikációs vonal maximális hosszát (1200 m) ez a paraméter határozza meg. A tényleges feszültségkülönbség a távadók kimenetén elérheti az 5 V-ot.

Az A és B vonal szimmetrikus a C földhöz képest. Az interferencia és az interferencia bennük hasonló alakú és nagyságú. A differenciális vevőkben a vonalak feszültségeit kivonják, a jelet leválasztják, és az interferencia feszültsége nullának bizonyul. Természetesen valós körülmények között mindig van egy kis aszimmetria a vonalakban és a terhelésekben, ami a kimeneti jelben zaj megjelenéséhez vezet, de ez jelentősen gyengül.

Az interfész adóinak és vevőinek szimmetriája miatt az elektromágneses interferencia elleni küzdelemben jelentős hatást biztosít a sodrott érpár kommunikációs vonalként történő alkalmazása. A szomszédos fordulatokban lévő felvevőáramok egymással ellentétes irányban irányulnak, és kioltják egymást.

Az RS-485 szabvány a következőket határozza meg elektromos paraméterek adók és vevők.

Paraméter Feltételek Jelentése mértékegység
Min. Max.
Adó kimeneti feszültsége terhelés nélkül Rload = ∞ 1,5
-1,5 		6
-6 		NÁL NÉL
Adó kimeneti feszültsége terhelés alatt Rterhelés = 54 Ohm 1,5
-1,5 		5
-5 		NÁL NÉL
Adó kimeneti impedanciája 54 Ohm
Adó rövidzárlati árama A kimenet rövidre zárása a tápegységhez +12 V vagy -7 V - ±250 mA
Közös módú feszültség az adó kimenetén Rterhelés = 54 Ohm -1 3 NÁL NÉL
Vevő érzékenysége Közös üzemmódú feszültség -7 V és +12 V között - ±200 mV
Közös módú feszültség a vevő bemenetén -7 +12 NÁL NÉL
Vevő bemeneti impedanciája 12 - kOhm
Teljes bemeneti impedancia 375 - Ohm

Az RS-485 interfésszel rendelkező eszközök általában "Common Bus" topológiával vannak hálózatba kötve. Az előfizetőket párhuzamosan egy kétvezetékes kommunikációs vonal köti össze egy további közös vezetékkel.

Minden előfizető egy differenciális adón (D) és vevőn (R) keresztül csatlakozik a hálózathoz. Egyszerre csak egy hálózati adó lehet aktív (bekapcsolva). Az összes többi adónak a harmadik (nagy impedanciájú) állapotban kell lennie. Az adó állapotát külön jel (DE) szabályozza.

Az adatcsere általános sorrendje így néz ki. A mestereszköz bekapcsolja adóját, adatokat továbbít, majd kikapcsol, és választ kap. Az összes többi eszköz jelenleg letiltott adók állapotában van. A szolga eszköz fogadja az adatokat, majd bekapcsolja az adóját, és választ küld a master eszköznek.

Természetesen vannak pillanatok, amikor az összes adót kikapcsolják, „a vezeték lóg a levegőben”. Ha nem tesz különleges intézkedéseket, a vonal állapota bizonytalan lesz. A vevők kimenetei bármilyen szintűek lehetnek.

Ezt a bizonytalanságot kiküszöbölheti, ha a vevő nem invertáló bemenetét ellenállásokon keresztül csatlakoztatja a teljesítménybuszhoz, az invertáló bemenetet pedig a földhöz.

Az ellenállások ellenállásának olyannak kell lennie, hogy a vevők bemenetei között legalább a válaszküszöb (200 mV) előfeszítést hozzon létre. Ezeket az ellenállásokat figyelembe kell venni a lezáró ellenállások kiszámításakor.

Vannak más lehetőségek is a hálózat állapotának bizonytalanságának kiküszöbölésére, amikor az összes adó ki van kapcsolva. De ezek mind a protokollok szintjén vannak.

Lehetőség van egy szolgáltatási kódsorozat továbbítására a csere elején. De ez nagymértékben megnehezíti a cserét, plusz adatok átvitelét igényli.

Ha mindig van aktív eszköz a hálózatban, akkor van lehetőség - kikapcsolni az adót abban a pillanatban, amikor a második adó már be van kapcsolva, de mindkettő naplózási állapotban van. 1. Tegyük fel, hogy a master adatokat küld. Ezután a távadó kimenetét naplózási állapotba állítja. 1. A slave eszköz bekapcsolja adóját, szintén naplózási állapotban. 1. Ezután a Master kikapcsolja az adót, és a slave elkezdi az adatátvitelt. A vonal soha nem marad megszakítva. Egy ilyen algoritmus pontos szinkronizálást igényel, az adók kapcsolási időintervallumainak kidolgozását.

Újabb kellemetlen visszhang. Minden, amit a készülék adója továbbít, érzékeli a saját vevőjét. Ezt figyelembe kell vennünk. Egyes rendszerekben a visszhangadatokat a protokoll részeként kezelik. Más esetekben a vevőkészülék működése tilos az adás időpontjában. A Tiny_ModBusRTU_Master és Tiny_ModBusRTU_Slave könyvtáraimban minden adatátvitel után a master törli a vételi puffert.

Kommunikációs vonal illesztése.

Az adatok jelentős távolságra történő továbbításakor észrevehető jeltorzulás léphet fel a kommunikációs vonalon. Az elektromágneses hullám visszaverődik a kábel végéről, visszatér az adóba, rezonanciajelenségek lépnek fel.

Ennek oka a kábel elosztott kapacitív és induktív tulajdonságai. A gyakorlatban a kábel egységes kialakítású a teljes hosszában, ezért ugyanazok az elosztott paraméterek. Ezért a kábel tulajdonsága egy paraméterrel jellemezhető - a hullámimpedancia. Tehát a jel torzulása a kábelben jelentősen csökkenthető, ha a kábel hullámimpedanciájával megegyező ellenállású ellenállást csatlakoztatunk a vevő végén. Az ilyen ellenállást terminátornak nevezik. Az RS-485 hálózatokban a kábel mindkét végén terminátorokat helyeznek el, mert mindkét oldal lehet vevő és adó egyaránt.

A csavart érpárok jellemző impedanciája általában 100 ... 150 ohm. Az RS-485 hálózatokhoz speciális, 120 ohmos karakterisztikus impedanciájú kábeleket fejlesztettek ki. Ez a lezáró ellenállás tekinthető szabványosnak. Az RS-485 interfésszel rendelkező készülékekbe gyakran már beépítik a 120 ohmos terminátorokat, amelyek egy kapcsolóval letilthatók.

A gyakorlatban a kábel hullámimpedanciájánál nagyobb ellenállású lezárókat is alkalmaznak. Ha a kábel aktív ellenállása nagy és összemérhető a lezárók ellenállásával, akkor a vevőoldali jelamplitúdó jelentősen csökkenthető. Ebben az esetben kompromisszumot kell keresni a megengedett jeltorzítás és annak amplitúdója között. Alacsony adatátviteli sebességnél, 9600 baudnál és az alatt, az alacsony ellenállású lezárók használata még a vétel minőségét is csökkentheti.

A hálózat topológiája is befolyásolja a kommunikációs vonal jeltorzítását. A jel visszaverődése a vonal inhomogenitásából ered, beleértve az elágazásokat is. Ezért a kommunikációs vonalnak fizikailag egymás után kell megkerülnie a hálózati eszközöket, hosszú érintések nélkül.

Ez alól kivételt képeznek az alacsony adatátviteli sebességű hálózatok és az átjátszót használó hálózatok. Az átjátszóknak köszönhetően az RS-485 kommunikációs vonal teljes hossza is növelhető.

Galvanikus szigetelés.

Az RS-485 szabvány nem írja elő az interfész galvanikus leválasztását a kommunikációs vonaltól. De ha a hálózati eszközök be vannak kapcsolva távolsági egymástól, akkor a földelővezetékeik potenciáljai jelentős feszültséggel eltérhetnek egymástól. Ebben az esetben a differenciáljelek nem fognak megmenteni, potenciáljuk nagyobb mértékben térhet el a megengedettnél -7 ... + 12 V. Ez az interfész működésképtelenségéhez, sőt meghibásodásához vezet.

A szerkezetek vékonyítása az RS-485 használatával egyszerű, ha megérti, hogyan lehet egyidejűleg spórolni jó minőségű kapcsolatokat. Ez a cikk azokat a tényeket, mítoszokat és rossz vicceket tárgyalja, amelyekkel tisztában kell lennie e cél elérése érdekében.

Az ipari automatizálásban és épületautomatizálási rendszerekben számos távoli eszközök adatgyűjtés, amely információkat továbbít és fogad egy központi modulon keresztül, amely hozzáférést biztosít az adatokhoz a felhasználók és más feldolgozók számára. Az adatrögzítők és olvasók jellemzőek az ilyen alkalmazásokra. Erre a célra szinte ideális adatvonalat határoz meg az RS-485 szabvány, amely sodrott érpárú kábellel köti össze az adatgyűjtő eszközöket.

Mivel az RS-485 DAQ eszközök közül sok kompakt, elemmel működő önálló eszköz, energiafogyasztásuk csökkentése érdekében intézkedésekre van szükség a hőelvezetés szabályozásához és az akkumulátor élettartamának meghosszabbításához. Hasonlóképpen, az energiamegtakarítás fontos a hordható eszközök és más alkalmazások esetében, amelyek az RS-485 interfészt használják az adatok CPU-ra való letöltéséhez.

A következő rész elsősorban azoknak szól, akik nem ismerik az RS-485-öt.

RS-485: előzmények és leírás

Az RS-485 szabványt két gyártói szövetség közösen fejlesztette ki: az Electronics Industries Association (EIA) és a Telecommunications Industry Association (TIA). Az EIA egykor minden szabványát az "RS" (ajánlott szabvány) előtaggal jelölte. Sok mérnök továbbra is használja ezt a megjelölést, azonban az EIA/TIA hivatalosan az "RS"-t "EIA/TIA"-ra cserélte, hogy megkönnyítse szabványaik eredetének azonosítását. Randizni, különféle kiterjesztések Az RS-485 szabványok az alkalmazások széles skáláját fedik le.

Az RS-485 és RS-422 szabványokban sok a közös, ezért gyakran összekeverik őket. Az 1. táblázat ezeket hasonlítja össze. Az RS-485, amely a kétirányú félduplex kommunikációt határozza meg, az egyetlen EIA/TIA szabvány, amely több vevőt és meghajtót is lehetővé tesz buszkonfigurációban. Az EIA/TIA-422 viszont egyetlen egyirányú meghajtót határoz meg több vevővel. Az RS-485 elemek visszafelé kompatibilisek és cserélhetők RS-422 társaikkal, azonban az RS-422 meghajtókat nem szabad RS-485 alapú rendszerekben használni, mivel nem adhatják fel a busz vezérlését.

1. táblázat. RS-485 és RS-422 szabványok

RS-422 RS-485
Munkamód Differenciális Differenciális
Tx és Rx megengedett száma 1 Tx, 10 Rx 32 Tx, 32 Rx
Maximális kábelhossz 1200 m 1200 m
Maximális adatátviteli sebesség 10 Mbps 10 Mbps
Minimális illesztőprogram kimeneti tartomány ±2V ± 1,5 V
Maximális illesztőprogram kimeneti tartomány ±5V ±5V
Maximális meghajtó rövidzárlati áram 150 mA 250 mA
Terhelési ellenállás Tx 100 ohm 54 ohm
Rx bemeneti érzékenység ± 200 mV ± 200 mV
Maximális bemeneti impedancia Rx 4 kOhm 12 kOhm
Rx bemeneti feszültség tartomány ±7 V -7 V és +12 V között
Logikai egyszintű Rx > 200 mV > 200 mV
Logikai nulla szint Rx < 200 мВ < 200 мВ

ESD védelem

A differenciáljelzés az RS-485 és RS-422 rendszerekben zaj jelenlétében megbízható adatátvitelt biztosít, és vevőik differenciális bemenetei jelentős közös módú feszültségeket is utasíthatnak. Azonban további intézkedéseket kell tenni az elektrosztatikus kisüléssel (ESD) általánosan összefüggő lényegesen magasabb feszültségszintek elleni védelem érdekében.

Az emberi test feltöltött kapacitása lehetővé teszi az ember számára, hogy pusztítson integrált áramkör egyszerű érintéssel. Ilyen érintkezés könnyen előfordulhat interfészkábel lefektetésekor és csatlakoztatásakor. Az ilyen káros hatások elleni védelem érdekében a MAXIM interfész chipek "ESD struktúrákat" tartalmaznak. Ezek a struktúrák védik az RS-485 adó-vevők adó- és vevőbemeneteit az ESD-szinttől ±15 kV-ig.

Az állítólagos ESD-védelem biztosítása érdekében a Maxim többször teszteli a pozitív és negatív tápvezetékeket 200 V-os lépésekben, hogy ellenőrizze a szintkonzisztenciát ±15 kV-ig. Az ebbe az osztályba tartozó eszközök (amelyek megfelelnek az emberi testmodellnek vagy az IEC 1000-4-2 szabványnak) egy további "E" utótaggal vannak megjelölve a termék megnevezésében.

Az RS-485/RS-422 meghajtók terhelhetőségét egységterhelésben határozzák meg, amely viszont egyetlen szabványos RS-485 vevő bemeneti impedanciája (12 kΩ). Így egy szabványos RS-485 meghajtó 32 egységterhelést tud meghajtani (32 párhuzamos 12 kΩ-os terhelés). Egyes RS-485 vevőknél azonban a bemeneti impedancia magasabb - 48 kΩ (1/4 egységterhelés) vagy akár 96 kΩ (1/8 egységterhelés) -, és ennek megfelelően 128 vagy 256 ilyen vevő csatlakoztatható egy busz egyszerre.. A vevőtípusok bármilyen kombinációját csatlakoztathatja, amennyiben párhuzamos impedanciája nem haladja meg a 32 egységterhelést (azaz a teljes impedanciája legalább 375 ohm).

A nagy sebesség következményei

A gyorsabb átvitelhez nagyobb elfordulási sebességre van szükség a meghajtó kimenetén, és ez magasabb szintű elektromágneses interferenciát (EMI) eredményez. Egyes RS-485 adó-vevők az elfordulási sebességük korlátozásával minimalizálják az EMI-t. A lassabb elfordulási sebesség a gyors tranziensek által okozott visszaverődések szabályozásában is segít, nagy sebességek adatátvitel vagy hosszú kommunikációs vonalak. A visszaverődések minimalizálásának kulcsa a lezáró ellenállások használata, amelyek értéke megegyezik a kábel jellemző impedanciájával. A szokásos RS-485 kábelek (sodrott érpár 24AWG) esetén ez azt jelenti, hogy 120 ohmos ellenállást kell elhelyezni a kapcsolat mindkét végén.

Hová megy minden erő?

Az áramveszteség nyilvánvaló forrása az adó-vevő nyugalmi árama (IQ), amely a modern eszközökben jelentősen csökken. A 2. táblázat összehasonlítja a kis teljesítményű CMOS adó-vevők nyugalmi áramát a 75176-os ipari szabvánnyal.

2. táblázat: Különböző RS-485 adó-vevők szivárgási áramainak összehasonlítása

Az RS-485 adó-vevők másik energiafogyasztási jellemzője akkor fordul elő, ha nincs terhelés, a meghajtó kimenete engedélyezett, és periodikus bemeneti jel van jelen. Mivel az RS-485 nyitott vonalait mindenkor kerülni kell, a meghajtók a kimeneti struktúrákat minden alkalommal "kalapácsolják", amikor a kimenetet kapcsolják. Mindkét kimeneti tranzisztor rövid bekapcsolása azonnal túlfeszültséget okoz. Egy kellően nagy bemeneti kondenzátor kisimítja ezeket a túlfeszültségeket, és olyan RMS áramot állít elő, amely az adatsebességgel a maximális értékig nő. A MAX1483 adó-vevőknél ez a maximum körülbelül 15 mA.

Egy szabványos RS-485 adó-vevő csatlakoztatása a minimális terheléshez (egy másik adó-vevő, két lezáró ellenállás és két védőellenállás) lehetővé teszi a tápáram adatsebességtől való függésének mérését reálisabb körülmények között. A 2. ábra a MAX1483 ICC és adatátviteli sebességét mutatja a következő feltételek mellett: szabványos 560 ohmos, 120 ohmos és 560 ohmos ellenállások, VCC = 5 V, DE = /RE\ = VCC és 300 m kábel.

Amint a 2. ábrán látható, az áramfelvétel körülbelül 37 mA-re emelkedik még rendkívül alacsony adatsebesség mellett is; ezt elsősorban a lezáró ellenállások és a védő előfeszítő ellenállások hozzáadása okozza. Alacsony fogyasztású alkalmazások esetén ennek bizonyítania kell az alkalmazott egyeztetési típus fontosságát, valamint azt, hogy hogyan érhető el a hibatűrés. A hibatűrést a következő részben tárgyaljuk, és Részletes leírás megállapodás elérhető a "Gonosz tréfás megállapodás" részben.

hibatűrés

Az RS-485 vevők bemenetein -200mV és +200mV közötti feszültség esetén a kimeneti állapot meghatározatlan marad. Más szóval, ha a differenciálfeszültség az RS-485 oldalon félduplex konfigurációban 0 V, és egyik adó-vevő sincs a vonalon (vagy nincs kapcsolat), akkor a kimeneten egy logikai egyes és egy logikai nulla egyenlő. valószínűleg. Ahhoz, hogy ilyen körülmények között egy bizonyos kimeneti állapotot biztosítsanak, a legtöbb modern RS-485 adó-vevő védő előfeszítő ellenállásokat igényel: egy ellenállást, amely a kezdeti magas szintet (pullup) állítja be az egyik vonalon (A), és alacsony szintet (pulldown) a másikon. (B), ahogy az 1. ábrán látható. Történelmileg a legtöbb áramkörben a biztonsági előfeszítési ellenállásokat 560 ohm értékkel határozták meg, azonban a teljesítményveszteség csökkentése érdekében (ha csak a kapcsolat egyik végén történik lezárás), ez az érték körülbelül 1,1 kΩ-ra növelhető. Egyes fejlesztők 1,1 kΩ és 2,2 kΩ közötti ellenállásokat telepítenek mindkét végére. Itt kompromisszumot kell találnunk a zajvédelem és az energiafogyasztás között.

1. ábra. Három külső ellenállás alkotja ennek az RS-485 adó-vevőnek a lezáró és védő előfeszítő áramkörét.

2. ábra: MAX1483 adó-vevő tápáram az adatsebesség függvényében.

Az RS-485 adó-vevők gyártói korábban kiküszöbölték a külső előfeszítő ellenállások szükségességét azáltal, hogy belső pozitív előfeszítő ellenállásokat biztosítottak a vevő bemenetei között, de ez a megközelítés csak a nyitott áramköri probléma megoldásában volt hatékony. Az ezekben a pszeudo-hibabiztos vevőkben használt pozitív előfeszítési ellenállások túl gyengék voltak ahhoz, hogy a vevő kimeneti szintjét egy illesztett buszon állítsák be. A külső ellenállások használatának elkerülésére irányuló egyéb kísérletek a vevő küszöbértékeinek 0 V-ra és -0,5 V-ra történő módosításával megsértették az RS-485 specifikációt.

A Maxim MAX3080 és MAX3471 adó-vevő családja mindkét problémát megoldotta azáltal, hogy -50 mV és -200 mV közötti pontos küszöbérzékenységi tartományt biztosított, így kiküszöbölte a biztonsági előfeszítő ellenállások szükségességét, miközben megőrizte az RS-485 szabványnak való teljes megfelelést. Ezek az IC-k biztosítják, hogy a vevő bemenetén lévő 0 V miatt a kimenet magasra emelkedjen. Ezenkívül ez a kialakítás garantálja a vevőkimenet ismert állapotát zárt és szaggatott vonal esetén is.

Amint a 2. táblázat mutatja, az adó-vevők nyugalmi áramértékei nagymértékben különböznek egymástól. Tehát az energiatakarékosság első lépése egy olyan alacsony fogyasztású eszköz választása, mint a MAX3471 (2,8 uA letiltott illesztőprogram mellett, akár 64 Kbps). Mivel az adatátvitel során jelentősen megnő az energiafogyasztás, további cél a sofőrök üzemidejének minimalizálása rövid telegramok (adatblokkok, kb. sáv) továbbításával, amelyek között hosszú várakozási idő van. A 3. táblázat egy tipikus soros átviteli távirat felépítését mutatja be.

3. táblázat Soros távirat

Egy egységterhelésenként vevőt használó RS-485 alapú rendszer (legfeljebb 32 címezhető eszköz) például a következő bitekkel rendelkezhet: 5 címbit, 8 adatbit, kezdőbit (összes keret), leállító bit (összes keret), paritásbitek (opcionális) és CRC bitek (opcionális). A telegram minimális hossza ennél a konfigurációnál 20 bit. A biztonságos átutalás érdekében el kell küldenie További információ, mint például az adatméret, a küldő címe és iránya, ami 255 bájtra (2040 bitre) növeli a távirat hosszát.

A távirat hosszának ez a változása az olyan szabványok által meghatározott szerkezettel, mint az X.25, biztosítja az adatok megbízhatóságát a buszidő és az energiafogyasztás növelésével. Például 20 bit 200 kbps sebességgel történő átviteléhez 100 µs szükséges. Ha a MAX1483-at használjuk másodpercenként 200 Kbps-os adatküldésre, az átlagos áramerősség

(100 µs * 53 mA + (1 s - 100 µs) * 20 µA) / 1 s = 25,3 µA

Amikor az adó-vevő készenléti üzemmódban van, a meghajtót le kell tiltani az energiafogyasztás minimalizálása érdekében. A 4. táblázat a távirat hosszának hatását mutatja egyetlen MAX1483 illesztőprogram energiafogyasztására, amely az adások közötti időközönként fut. A leállítási mód használata tovább csökkentheti az energiafogyasztást egy olyan rendszerben, amely rögzített időközönként vagy hosszabb, determinisztikus hézagokat használ az adások között.

4. táblázat: A távirat hossza és az áramfelvétel közötti összefüggés a MAX1483 illesztőprogram használatakor

Ezen szoftveres megfontolások mellett a hardver rengeteg fejlesztési lehetőséget kínál az energiafogyasztás terén. A 3. ábra összehasonlítja a különböző adó-vevők által felvett áramot, amikor négyszöghullámú jelet továbbítanak egy 300 méteres kábelen aktív meghajtókkal és vevőkkel. A 75ALS176 és MAX1483 szabványos 560Ω/120Ω/560Ω lezáró áramkört használ a kapcsolat mindkét végén, míg az "igazi hibabiztos" eszközök (MAX3088 és MAX3471) csak 120Ω-os lezáró ellenállással rendelkeznek a busz mindkét végén. 20 Kbps mellett az áramfelvétel 12,2 mA (MAX3471 VCC = 3,3 V) és 70 mA (75ALS176) között mozog. Így a fogyasztás jelentős csökkenése azonnal bekövetkezik, amint egy alacsony fogyasztású eszközt választ, amely "true failsafe" tulajdonsággal rendelkezik, ami ráadásul kiküszöböli a védő előfeszítő ellenállások felszerelését (a földhöz és a VCC táphoz). vonal). Győződjön meg arról, hogy a választott RS-485 adó-vevő vevőkészüléke a megfelelő logikai szinteket adja ki mind a zárt, mind a nyitott áramköri állapotokhoz.

3. ábra Az adó-vevő chipek nagymértékben különböznek az áramfelvétel adatsebességtől való függésében.

A megegyezés gonosz viccei

Amint fentebb megjegyeztük, a lezáró ellenállások kiküszöbölik az impedancia eltérései által okozott visszaverődéseket, de hátrányuk a további teljesítménydisszipáció. Hatásukat az 5. táblázat mutatja, amely felsorolja a különböző adó-vevők áramfelvételét (meghajtó aktív) ellenállás nélkül, csak lezáró ellenállások esetén, valamint lezáró és biztonsági előfeszítő ellenállások kombinációja esetén.

5. táblázat: A lezáró és előfeszítő ellenállások növelik az áramfelvételt

MAX1483 MAX3088 MAX3471 SN75ALS176
I VCC (nincs RT) 60 uA 517 uA 74 uA 22 uA
I VCC (RT=120) 24 uA 22,5 uA 19,5 uA 48 uA
I VCC (RT = 560-120-560) 42 uA N/A N/A 70 uA

Tárgyalási kivétel

Az energiafogyasztás csökkentésének első módja a lezáró ellenállások teljes megszüntetése. Ez az opció csak rövid kommunikációs vonalak és alacsony sebességek olyan adatátvitel, amely lehetővé teszi a tükröződések leülepedését, mielőtt a vevő feldolgozná az adatokat. A gyakorlat azt mutatja, hogy az illesztés nem szükséges, ha a jel felfutási ideje legalább négyszerese a kábelen áthaladó egyirányú jel késleltetési idejének. A következő lépések ezt a szabályt használják a nem illeszkedő kábel maximális megengedett hosszának kiszámításához:

  • 1. lépés. A kérdéses kábelnél keresse meg az egyirányú sebességet, amelyet általában a kábel gyártója ad meg a fénysebesség százalékában a szabad térben (c = 3x10 8 m/s). A szabványos PVC szigetelésű kábel (amely #24 AWG csavart érpárból áll) tipikus értéke 203 mm/ns.
  • 2. lépés. Az RS-485 adó-vevő specifikációjából keresse meg a minimális felfutási idejét (t r min). Például a MAX3471 esetében ez 750ns.
  • 3. lépés. Ezt a minimális emelkedési időt elosztjuk 4-gyel. A MAX3471 esetében t r min /4 = 750 ns/4 = 187,5 ns.
  • 4. lépés. Számítsa ki a maximális kábelhosszt, amelyhez nincs szükség illesztésre: 187,5 ns (230 mm/ns) = 38 m.

Így a MAX3471 megfelelő jelminőséget tud nyújtani, ha 64 Kbps sebességgel ad és vesz egy 38 méteres kábelen, lezáró ellenállások nélkül. A 4. ábra a MAX3471-en elért drámai energiamegtakarítást mutatja, ha 300 méter kábel és 120 lezáróellenállás helyett 30 méter lezáró ellenállás nélküli kábelt használnak.

4. ábra Lezáró ellenállások - a fő áramfogyasztó.

RC illesztés

Első pillantásra nagyon ígéretes, hogy az RC-végződés blokkolja a DC-t. Látni fogja azonban, hogy ez a technika megköveteli bizonyos feltételek. A lezárás egy soros RC sztringből áll, párhuzamosan a differenciális vevőbemenetekkel (A és B), ahogy az 5. ábrán látható. Bár R mindig egyenlő a kábel karakterisztikus impedanciájával (Z 0), a C választása némi megfontolást igényel. A nagy C-értékek jó illeszkedést biztosítanak, lehetővé téve, hogy bármely jel R-t lásson, amely megfelel a Z0-nak, de a nagy értékek növelik a meghajtó csúcs kimeneti áramát is. Sajnos a hosszabb kábelek magasabb C-értéket igényelnek. Egész cikkeket szenteltek a C besorolás meghatározásának ennek a kompromisszumnak az elérése érdekében. A témával kapcsolatos részletes egyenleteket a cikk végén található kézikönyvekben találja.

5. ábra. Az RC illesztés csökkenti a fogyasztást, de a C érték körültekintő megválasztását igényli.

Az átlagos jelfeszültség egy másik fontos tényező, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak. Hacsak a jel átlagos feszültsége nincs kiegyenlítve egyenáram, a DC lépcsős effektus jelentős remegést okoz a "szimbólumközi interferencia" néven ismert hatás miatt. Röviden, az RC lezárás hatékonyan csökkenti az energiafogyasztást, de hajlamos a jelminőség romlására. Mivel az RC-tárgyalások sok korlátozást szabnak a használatára, legjobb alternatíva sok esetben – egyáltalán nincs megállapodás.

Illesztés Schottky diódákon

A Schottky-diódák alternatív lezárási módot kínálnak, ha aggodalomra ad okot a nagy energiafogyasztás. Más illesztési típusoktól eltérően a Schottky-diódák nem próbálják meg a busz jellemző impedanciáját igazítani. Ehelyett egyszerűen elnyomják a reflexió által okozott tüskéket és tüskéket az impulzuséleken. Ennek eredményeként a feszültségváltozások pozitív küszöbfeszültségre és nullára korlátozódnak.

A Schottky-diódák kevés energiát pazarolnak, mert csak pozitív és negatív tüskék esetén vezetnek. Másrészt a szabványos rezisztív lezárás (biztonsági előfeszítő ellenállással vagy anélkül) folyamatosan disszipálja a teljesítményt. A 6. ábra a Schottky-diódák használatát mutatja be a visszaverődések leküzdésére. A Schottky diódák nem biztosítanak hibatűrő működést, azonban a MAX308X és MAX3471 adó-vevőknél kiválasztott küszöbfeszültségszintek lehetővé teszik a hibatűrő működés megvalósítását ezzel a fajta illesztéssel.

6. ábra A magas költségek ellenére a Schottky-dióda illesztő áramkörnek számos előnye van.

A Schottky-dióda, az ideális dióda elérhető legjobb közelítése (nulla előremenő feszültség Vf, nulla bekapcsolási idő tON és nulla fordított visszaállási idő trr), nagy érdeklődésre tarthat számot az energiaigényes lezáró ellenállások helyettesítőjeként. Ennek az illesztésnek az a hátránya az RS-485/RS-422 rendszerekben, hogy a Schottky-diódák nem képesek minden visszaverődést elnyomni. Amint a visszavert jel a Schottky-dióda előremenő feszültsége alá csökken, energiáját a lezáró diódák nem befolyásolják, és mindaddig fennmarad, amíg a kábel el nem disszipálja. Az, hogy ez az elhúzódó perturbáció jelentős-e vagy sem, a vevőbemeneteken lévő jel nagyságától függ.

A Schottky terminátor fő hátránya a költsége. Egy végponthoz két dióda szükséges. Mivel az RS-485/RS-422 busz differenciális, ezt a számot ismét megszorozzuk kettővel (6. ábra). A több Schottky terminátor használata egy buszon nem szokatlan.

A Schottky-dióda-lezárók számos előnnyel rendelkeznek az RS-485/RS-422 alapú rendszerek számára, és ezek közül a legfontosabb az energiamegtakarítás (7. ábra). Nem kell semmit számolni, mivel a kábelhosszra és adatsebességre vonatkozó meghatározott határértékeket a Schottky-lezáró korlátok előtt érik el. További előny, hogy a különböző leágazásokon és vevőbemeneteken lévő több Schottky-lezáró javítja a jelminőséget a kommunikációs busz terhelése nélkül.

7. ábra. Az RS-485 rendszerek áramfelvétele nagymértékben függ az adatátviteli sebességtől és a lezárás típusától.

Összegzés

Ha nagy az adatsebesség és a kábel hosszú, az RS-485 rendszerben nehéz ultraalacsony fogyasztást elérni, mivel szükségessé válik a megfelelő eszközök telepítése a kommunikációs vonalra (terminátorok). Ebben az esetben a vevőkimeneteken „valódi zajvédelem” funkcióval rendelkező adó-vevők még terminátorok használata esetén is energiát takaríthatnak meg, így nincs szükség védő előfeszítő ellenállásokra. A szoftveres kommunikáció azáltal is csökkenti az energiafogyasztást, hogy letiltja az adó-vevőt, vagy letiltja az illesztőprogramot használaton kívül.

Alacsonyabb sebesség és rövidebb kábelek esetén óriási a különbség az energiafogyasztásban: Az adatok 60 kbps sebességű átviteléhez egy 30 méteres kábelen egy szabványos SN75ALS176 adó-vevő 120 ohmos lezáró ellenállással, 70 mA áramra lesz szüksége az áramellátó rendszertől. Másrészt, ha a MAX3471-et azonos feltételek mellett használnák, mindössze 2,5 mA-re lenne szükség a tápegységből.