Interfejs RS 485: opis

W tym artykule przyjrzymy się szeroko stosowanemu standardowi dla sieci przemysłowych. Mówimy o interfejsie RS 485. Przedstawmy jego opis, parametry techniczne, a także porównanie z dwoma innymi popularnymi interfejsami - RS 232, RS 422.

Definicja pojęcia

Interfejs RS 485 (dekodowanie skrótów: Recommended Standard 485) jest standardem warstwy fizycznej (medium elektrycznym i fizycznym do przesyłania informacji) dla interfejsu asynchronicznego (węzeł komputerowy przeznaczony do komunikacji z innymi urządzeniami elektronicznymi, cyfrowymi). Literatura techniczna zawiera również następującą nazwę interfejsu RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Norma ta reguluje parametry elektryczne wielopunktowej półdupleksowej linii komunikacyjnej (jej typ to "wspólna magistrala"). Obecnie interfejs jest dość popularny w odpowiednich obszarach przemysłu. Co można wyróżnić przede wszystkim? Stało się podstawą do stworzenia całej złożonej rodziny sieci przemysłowych, które są wykorzystywane w automatyce przemysłowej.

Teraz dla podwójnej nazwy. Interfejs RS 485 powstał w wyniku współpracy dwóch korporacji: Stowarzyszenia Przemysłu Telekomunikacyjnego i Stowarzyszenia Przemysłu Elektronicznego. Wcześniej EIA wykorzystywała znakowanie RS ("zalecany standard" w języku angielskim).

Jednak korporacja zastąpiła ten prefiks EIA / TIA, aby umożliwić łatwą identyfikację twórców normy. Mimo to wielu inżynierów woli używać dotychczasowego oznaczenia RS w swoich pracach, artykułach technicznych.

Opis interfejsu

Aby poradzić sobie z interfejsem konwertera RS 485 / RS 232 (ten ostatni krótko przedstawiamy na końcu artykułu), trzeba znać podstawowe parametry. Przeanalizujmy najważniejsze:

• Zasięg i prędkość. Interfejs może zapewniać transfer informacji z prędkością do 10 Mb / s. Maksymalny zakres zależy od prędkości.
• Liczba podłączonych urządzeń. Liczba urządzeń podłączonych do jednej linii zależy od typu używanego urządzenia nadawczo-odbiorczego. Jeden jest przeznaczony do sterowania 32 standardowymi odbiornikami typu.
• Złącza i protokoły. Opracowany standard nie standaryzuje protokołów wymiany i formatów kodów informacyjnych. Dlaczego często używane są interfejsy konwerterów RS 232 / RS 485? Identyczne ramki służą do przesyłania bajtów informacyjnych: stop i bit startu, bity parzystości i bity danych. W większości systemów protokoły będą działać jako master-slave. Jak to wygląda? Jednym z urządzeń autostrady jest wybrany wiodący. Inicjuje wymianę, wysyłając odpowiednie żądania do urządzeń podrzędnych. Te ostatnie są rozróżniane za pomocą adresów logicznych.

Charakterystyka interfejsu Techno

RS 485 to jedna skręcona para przewodów, która służy do odbierania i przesyłania danych. W niektórych przypadkach towarzyszy mu wspólny przewód lub skrining.

Dane tutaj są przesyłane przez zróżnicowane sygnały. Jednostką logiczną jest różnica napięcia między przewodami o jednej biegunowości, zero to odpowiednio różnica napięcia między przewodnikami o innej polaryzacji.

Co należy wiedzieć o splitterie RS 485? Norma sama w sobie tworzy jedynie charakterystykę elektryczną i tymczasową (interfejs). Jednak norma nie określa:

• Rodzaje kabli i złączy.
• Protokół wymiany
• Różne protokoły jakości sygnału (normalny poziom odbić i zniekształcenie w długich liniach).
• Izolacja galwaniczna linii komunikacyjnej.

Funkcje tymczasowe i elektryczne

Oto cechy popularnego interfejsu przemysłowego RS 485, które są ważne dla inżynierów:

• W jednym segmencie sieci - do 32 transceiverów.
• Najdłuższy czas trwania jednego segmentu sieci: 1200 metrów.
• Jednocześnie może być aktywny tylko jeden nadajnik.
• Maksymalna dopuszczalna liczba węzłów w sieci wynosi 256 (biorąc pod uwagę liczbę wzmacniaczy trunk).
• Rodzaje transceiverów: potencjał i zróżnicowanie.
• Zmiana mocy wyjściowej i napięcia wejściowego na liniach A i B jest przedstawiona w następujący sposób: Ua (Ub) od -7 V do -12 V (odpowiednio, +7 V do +12 V).

Charakterystyka prędkości wymiany danych, określanie długości całej linii:

• 62,5 Kb / s - 1,2 tys. Metrów (używana jest jedna skrętka).
• 375 Kb / s - 500 metrów (używana jest jedna skrętka).
• 500 Kb / s
• 1000 Kb / s
• 2400 Kb / s - 100 metrów (używane są dwie skręcone pary).
• 10 000 Kb / s - 10 metrów.

Ważna informacja dotycząca interfejsu RS 485. Standard określa tylko następujące prędkości: 62,5 Kb / s, 2400 Kb / s, 375 Kb / s. We wszystkich innych (ponad 500 Kb / s) zaleca się stosowanie skręconych par z ekranem.

Przejdziemy teraz do wymagań ustalonych dla etapu wyjściowego. Powinien to być źródło napięcia o małej rezystancji: | U o | = 1,5: 5,0 V (nie mniej niż 1,5 V i nie więcej niż 6,0 V). Stąd pochodzi:

• Stan logiczny "1": Ua jest mniejszy niż Ub - MARK, OFF. W tym przypadku histereza wynosi 200 mV.
• Stan logicznego "0": Ua jest większy niż Ub - SPACE, ON. W tym przypadku histereza wynosi również 200 mV. Muszę powiedzieć, że producenci urządzeń (sterowniki, mikroukłady) wybierają mniejsze wskaźniki - histerezę od 10 mV.
• Stopień wyjściowy musi być w stanie wytrzymać tryby zwarciowe, a także mieć najwyższy prąd wyjściowy 259 mA, obwód ograniczający moc wyjściową, prędkość wzrostu sygnałów wyjściowych 1,2 V / μs.

Podczas korzystania z rozdzielacza interfejsu RS 485 należy pamiętać o wymaganiach określonych dla stopnia wejściowego. Jest to wejście różnicowe o wysokiej impedancji wejściowej. Jego charakterystyka progowa: od +200 mV do -200 mV. Następujące ważne informacje:

• Sygnał wejściowy jest reprezentowany przez napięcie różnicowe (Ui +0,2 V i więcej).
• Dopuszczalny zakres napięć wejściowych (względem ziemi): przedział od -7 do +12 V.
• Aby poznać poziomy odbiornika stopnia wejściowego, należy sprawdzić stan nadajnika stopnia wyjściowego.

Charakterystyka sygnału

Opisując połączenie RS 485, podajemy tę informację. W przypadku transmisji sygnału norma definiuje następujące linie:

• Nieodwracający A.
• Odwracanie B.
• Zero, opcjonalna linia ogólna C.

Zgodnie z normą określa się również:

• V _{A jest} większe niż V _B. Nierówność odpowiada logicznej wartości 0. Jest to stan aktywny szyny.
• V _{A jest} mniejsze niż V _B. Nierówność odpowiada logicznej 1. W związku z tym jest to nieaktywny stan magistrali.

Tutaj, przy opisie warunków magistrali, zastosowana zostanie logika odwrotna. A logika sygnałów jednobiegunowych na wyjściu odbiornika i wejście nadajnika nie zostaną określone.

Chociaż powyższa definicja jest bardzo jednoznaczna, często nie wiadomo, jak prawidłowo opisać linie nieodwracające i odwracające - A lub B. Aby tego uniknąć (gdy podłączony jest RS485), inżynierowie stosują różne oznaczenia. Na przykład "minus" i "plus".

Ale podczas gdy większość producentów wciąż przestrzega wymagań normy. Linia nieodwracająca jest oznaczona symbolem A. Odpowiednio, wysoki poziom sygnału na wejściu przetwornika będzie odpowiadał stanowi V _A > V _B na magistrali. Ponadto nierówność będzie identycznie wysokim poziomem sygnału obserwowanego na wyjściu odbiornika.

Przesunięcie i wyrównanie

Co jest jeszcze ważnego do kontynuowania tematu splittera RS 485? Zachęcamy również do podawania informacji o zakłóceniach, które mogą wystąpić w linii komunikacyjnej.

I to jest ważne, aby wiedzieć o zniekształceniu. Przy długim czasie trwania linii komunikacyjnej często pojawiają się efekty długich linii. Przyczyną problemu są rozproszone właściwości indukcyjne i pojemnościowe kabli. Co wychodzi na końcu? Sygnał przesyłany do linii przez którykolwiek z węzłów zaczyna być zniekształcony przez czas trwania propagacji w nim (linia). Istnieją złożone zjawiska rezonansu.

Ponieważ kabel na swojej długości różni się tym samym projektem, takimi samymi rozproszonymi parametrami indukcyjności liniowej i pojemności, właściwość ta będzie charakteryzować się specjalnym parametrem. Jest to charakterystyczna impedancja.

Jeżeli na jednym końcu kabla podłączony jest rezystor o rezystancji identycznej z impedancją linii, wówczas zjawiska rezonansu staną się znacznie słabsze. Nazwa takiego rezystora jest terminatorem. W przypadku sieci typu RS 485 jest on umieszczony na każdym z końców długich linii, ponieważ obie strony mogą odbierać. Oporność falowa najpopularniejszych skrętek CAT5 - 100 Ohm. Inne typy mają wskaźniki 150 omów lub więcej. Płaskie kable taśmowe - do 300 omów.

W praktyce wybrana jest wartość rezystora i większa niż impedancja charakterystyczna, ponieważ rezystancja omowy kabla staje się czasami tak duża, że ​​amplituda sygnału po stronie odbiorczej staje się zbyt mała dla stabilnego odbioru. Istnieje równowaga pomiędzy zniekształceniami rezonansowymi i amplitudowymi, zwiększając wartość terminatora i zmniejszając prędkość interfejsu.

Rozgałęźniki RS 485 są szeroko stosowanymi urządzeniami. Ponownie, warto być świadomym, że inne źródło sygnału jego zniekształceń jest charakterystyczne dla transmisji sygnału za pośrednictwem połączonej pary skręconej. Są to różne prędkości propagacji sygnałów o niskiej i wysokiej częstotliwości (ta ostatnia będzie propagować nieco szybciej).

Aby uniknąć zakłóceń, linia komunikacyjna musi konsekwentnie omijać wszystkie nadajniki. I jeszcze jedna ważna kwestia. Skrętka nie powinna mieć długich zaczepów (odcinki kabli do połączenia z węzłem). Wyjątek: używanie wzmacniaczy interfejsów o niskich prędkościach transfer danych (mniej niż 9600 bps).

Jeśli nie ma aktywnego nadajnika, poziom sygnału w liniach nie zostanie wykryty. Aby zapobiec sytuacji, w której różnica między wyjściami B i A jest mniejsza niż 200 mV (stan niezdefiniowany), można zastosować przesunięcie przy użyciu specjalnego obwodu lub rezystorów. Odbiorniki otrzymają sygnał zakłóceń w przypadku, gdy stan linii nie zostanie zdefiniowany. Aby je ustabilizować, aby uzyskać start jakości, czasami używa się transmisji sekwencji usług.

Funkcje połączenia

Oprócz konwerterów RS 485, chcę rozwinąć połączenie. Na podstawie tego interfejsu zbudowana jest sieć lokalna, która łączy kilka transceiverów.

Najważniejszą rzeczą tutaj jest prawidłowe podłączenie obwodów sygnałowych oznaczonych A i B. Ponowna polaryzacja nie będzie strasznym błędem. Ale urządzenie w tym przypadku odmówi działania.

Podczas łączenia zalecamy pamiętać o następujących zaleceniach ekspertów:

• Medium transmisji sygnału to skrętka dwużyłowa.
• Na końcach wtyczki kabla wymagane są rezystory końcowe (w zakresie 120 omów).
• Sieć jest układana bez rozgałęzień, według topologii magistrali.
• Urządzenia są podłączone do kabla za pomocą najkrótszych przewodów.

Przykłady użycia

Przetworniki RS 485 są powszechne w branży przemysłowej. Rozważ również protokoły sieciowe, które używają tego standardu:

• Kontrola łącza danych wysokiego poziomu.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Poniższe sieci przemysłowe zbudowano na bazie RS 485:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Zalecenia dotyczące programowania

Zakres zastosowania konwertera interfejsu RS 485 jest szeroki. W tej sekcji skupimy się bardziej na programowaniu tych aplikacji dla kontrolerów, które używają tego interfejsu do komunikacji:

• Przed uruchomieniem paczki, nadajnik jest wyłączony. Konieczne jest podtrzymanie pauzy, która jest równa czasowi trwania jednej klatki (lub jej przekroczenia), w tym bitów początkowych i końcowych. Co jest dobre? Odbiornik będzie miał czas na normalizację i pełne przygotowanie do pierwszej transmisji ramki danych.
• Po wydaniu ostatniego bajtu informacji zaleca się również poczekanie na przerwę przed dezaktywacją nadajnika. Jaki jest powód? Kontrolery portów szeregowych mają dwa rejestry: wyjście shift dla wyjścia szeregowego i wejście do przesyłania informacji. Przerwanie przesyłania jest generowane przez kontroler tylko wtedy, gdy jego rejestr wejściowy jest pusty. Informacja tutaj, jak się okazuje, została już określona w rejestrze przesuwnym, ale jeszcze nie została wydana. Dlatego od momentu przerwania wyłączania nadajnika powinna nastąpić przerwa. Szacowany czas trwania wynosi 0,5 bita w ramce. Aby obliczyć dokładne wartości, należy przejrzeć dołączoną dokumentację kontrolera portu szeregowego.
• Ponieważ zarówno odbiornik, jak i nadajnik tego interfejsu są podłączone do tej samej linii, powstaje szczególna sytuacja. Odbiornik słyszy transmisję danych z własnego nadajnika. Jeśli system charakteryzuje się losowym dostępem do linii, funkcja ta jest używana do sprawdzania braku "kolizji" między dwoma nadajnikami. Jeśli system działa na zasadzie master-slave, w momencie transmisji zalecane jest zamknięcie przerwania z odbiornika.

Różnice między interfejsami RS 232, 422, 485

Porównajmy te popularne standardy. Łączy interfejsy RS 232, RS 485, RS 422, które służą do przesyłania informacji cyfrowych. W tym przypadku 232 jest lepiej znany jako port COM komputera. A pozostałe dwa są powszechne w środowisku przemysłowym do łączenia różnych urządzeń.

Różnice w RS 232, RS 485 można prześledzić, przedstawiając parametry techniczne tych interfejsów. Zacznijmy od 232:

• Rodzaj transmisji danych: pełny dupleks.
• Maksymalna długość: 15 metrów przy szybkości 9600 b / s.
• Kontakty, które są zaangażowane w pracę: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Topologia: punkt do punktu.
• Największa liczba podłączonych urządzeń: jedna.

Teraz w porównaniu RS 232, RS 485, RS 422 następujący interfejs. To jest 422:

• Rodzaj transmisji danych: pełny dupleks.
• Maksymalna długość: 1200 metrów przy szybkości 9600 b / s.
• Kontakty, które są zaangażowane w pracę: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Topologia: punkt do punktu.
• Największa liczba podłączonych urządzeń: jedna (dziesięć w trybie odbioru).

Konwertery RS 232, RS 485 są porównywane ze sobą. Pokrótce opiszmy ostatni interfejs, główny w naszej historii:

• Typ transmisji danych: półdupleks (tj. Dwa przewody) lub pełny dupleks (cztery przewody).
• Maksymalna długość: 1200 metrów przy szybkości 9600 b / s.
• Kontakty, które są zaangażowane w pracę: DataA, DataB, GND.
• Topologia: wielopunkt.
• Największa liczba podłączonych urządzeń: 32 (z repeaterami, ich liczba może wzrosnąć do 256).

To wszystko, co chcieliśmy powiedzieć o interfejsie RS 485, który jest obecnie szeroko stosowany w przemyśle do przesyłania informacji między urządzeniami i sprzętem. Dla niektórych cech jest podobny do standardów pokrewnych, dla niektórych (połączenie, transfer danych, eliminacja zakłóceń) znacznie się od nich różni.