Rozhraní RS 485: popis

V tomto článku budeme zkoumat široce používaný standard pro průmyslové sítě. Mluvíme o rozhraní RS 485. Představme si popis, technické parametry a srovnání s dalšími dvěma populárními rozhraními - RS 232, RS 422.

Definice konceptu

Rozhraní RS 485 (dekódování zkratky: Doporučená norma 485) je standard fyzické vrstvy (elektrické a fyzické médium pro přenos informací) pro asynchronní rozhraní (počítačový uzel určený pro komunikaci s jinými elektronickými, digitálními zařízeními). Technická literatura také obsahuje následující název rozhraní RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Tato norma reguluje elektrické parametry multipolohové diferenciální komunikační linky (její typ je "společná sběrnice"). Rozhraní je v dnešní době poměrně populární v příslušných oblastech průmyslu. Co se dá rozlišovat především? To se stalo základem pro vytvoření celé komplexní rodiny průmyslových sítí, které se používají v průmyslové automatizaci.

Nyní pro dvojité jméno. Rozhraní RS 485 bylo vyvinuto jako výsledek spolupráce dvou společností: Asociace telekomunikačního průmyslu a Asociace elektronických průmyslových odvětví. Dříve EIA používal označení RS pro svůj vývoj ("doporučený standard" v angličtině).

Společnost však tuto předponu nahradila EIA / TIA, aby bylo možné snadno identifikovat tvůrce standardu. Ale přesto mnozí inženýři dávají přednost použití bývalého označení RS v jejich práci, technické články.

Popis rozhraní

Chcete-li se zabývat rozhraním převodníku RS 485 / RS 232 (ten krátce prezentujeme v závěru článku), potřebujete znát základní parametry. Pojďme analyzovat ty nejdůležitější:

• Rozsah a rychlost. Rozhraní může poskytovat přenos informací rychlostí až 10 Mb / s. Maximální rozsah zde závisí na rychlosti.
• Počet připojených zařízení. Počet zařízení připojených k jedné řadě závisí na typu použitého vysílače. Jeden je určen pro řízení 32 přijímačů standardního typu.
• Konektory a protokoly. Rozvinutý standard nestandardizuje výměnný protokol a formáty kódů informací. Proč se často používají konvertory RS 232 / RS 485? Stejné rámce se používají k přenosu informačních bajtů: stop a start bitů, paritních bitů a datových bitů. Ve většině systémů budou protokoly fungovat jako master-slave. Jak to vypadá? Jeden ze zařízení dálnice je zvolen přední. Zahájí výměnu zasláním příslušných požadavků do podřízených zařízení. Ty se liší podle logických adres.

Technické parametry rozhraní

RS 485 je jeden kroucený pár vodičů, který slouží k přijímání a přenosu dat. V některých případech je doprovázena společným drátem nebo tažným zdvihem.

Data jsou přenášena diferencovanými signály. Logickou jednotkou je rozdíl napětí mezi vodiči jedné polarity, nula je resp. Rozdíl napětí mezi vodiči druhé polarity.

Co je důležité vědět o rozbočovači rozhraní RS 485? Samotná norma vytváří pouze elektrické a dočasné (rozhraní) charakteristiky. Norma však nestanoví následující:

• Typy kabelů a konektorů.
• Exchange protokol
• Různé protokoly o kvalitě signálu (normální úroveň odrazů a zkreslení v dlouhých linkách).
• Galvanické oddělení komunikační linky.

Má dočasné a elektrické vlastnosti

Zde jsou charakteristiky populárního průmyslového rozhraní RS 485, které jsou pro inženýry důležité:

• V jednom segmentu sítě - až 32 transceivery.
• Nejdelší trvání jednoho segmentu sítě: 1200 metrů.
• V daném okamžiku může být aktivní pouze jeden vysílač.
• Maximální povolený počet uzlů v síti je 256 (při zohlednění počtu zesilovačů kmene).
• Typy vysílačů přijímače: potenciál a diferenciál.
• Změna výstupních a vstupních napětí na vedeních A a B je znázorněna následovně: Ua (Ub) od -7 V do -12 V (respektive +7 V až +12 V).

Charakteristiky rychlosti výměny dat určující délku celé linky:

• 62,5 Kbps - 1,2 tisíce metrů (používá se jeden kroucený pár).
• 375 Kbps - 500 metrů (používá se jeden kroucený pár).
• 500 kb / s
• 1000 Kbps
• 2400 Kbps - 100 metrů (používají se dva kroucené páry).
• 10 000 kb / s - 10 metrů.

Důležitá poznámka k rozhraní RS 485. Standard udává pouze následující rychlosti: 62,5 Kbps, 2400 Kbps, 375 Kbps. U všech ostatních (více než 500 kb / s) je doporučeno použití kroucených dvojic s obrazovkou.

Nyní se obracíme na požadavky stanovené pro výstupní stupeň. Mělo by to být zdroj napětí s malým odporem: | U o | = 1,5: 5,0 V (nejméně 1,5 V a nejvýše 6,0 V). Odtud pochází následující:

• Stav logického "1": Ua je menší než Ub - MARK, OFF. V tomto případě je hystereze 200 mV.
• Stav logického "0": Ua je větší než Ub - SPACE, ON. Pro tento případ je hysterezí také 200 mV. Musím říci, že výrobci zařízení (řidiči, mikroobvody) si vybírají menší indikátory - hysterezi od 10 mV.
• Výstupní stupeň musí být schopen odolat zkratovým režimům a má nejvyšší výstupní proud 259 mA, obvody omezující výstupní výkon, rychlost zvýšení výstupních signálů 1,2 V / μs.

Při použití rozdělovače rozhraní RS 485 je také důležité si uvědomit požadavky stanovené pro vstupní stupeň. Jedná se o diferenciální vstup s vysokou vstupní impedancí. Jeho prahové charakteristiky: od +200 mV do -200 mV. Následující důležité informace:

• Vstupní signál je reprezentován diferenčním napětím (Ui +0,2 V a více).
• Vstupní napětí povoleného rozsahu (vzhledem k zemi): interval od -7 do +12 V.
• Chcete-li zjistit úrovně přijímače vstupní fáze, přečtěte si stav vysílače výstupního stupně.

Charakteristiky signálu

Při popisu připojení RS 485 poskytujeme tyto informace. Pro přenos signálu standard definuje následující řádky:

• Neinvertující A.
• Inverting B.
• Nula, volitelná obecná čára C.

Podle standardu je také stanoveno:

• V _{A je} větší než V _B. Nerovnost odpovídá logickému 0. To je aktivní stav sběrnice.
• V _{A je} menší než V _B. Nerovnost odpovídá logické 1. Proto je to neaktivní stav autobusu.

Zde se při popisu podmínek sběrnice použije inverzní logika. A logika unipolárních signálů na výstupu přijímače a vstup vysílače nebudou určena.

Ačkoli výše uvedená definice je velmi jednoznačná, často dochází k nejasnostem ohledně toho, jak správně označit neinvertující a invertující čáry - A nebo B. Aby se tomu zabránilo (když je připojen RS 485), inženýři používají různá označení. Například "mínus" a "plus".

Přestože většina výrobců stále dodržuje požadavky normy. Neinvertující linka je označena symbolem A. Proto vysoká úroveň signálu na vstupu vysílače bude odpovídat stavu V _A > V _B na sběrnici. Také nerovnost bude stejně vysoká úroveň signálu pozorovaného na výstupu přijímače.

Ofset a zarovnání

Co je důležité vědět v pokračování tématu o rozbočovači RS 485 ještě? Zveme vás, abyste také řešili informace o rušení, ke kterým může dojít v komunikační lince.

A to je důležité, abyste věděli o zkreslení. Při dlouhém trvání komunikační linky se často objevují účinky dlouhých čar. Kořen problému spočívá v distribuovaných indukčních a kapacitních vlastnostech kabelů. Co nakonec vychází? Signál přenášený do linky některým z uzlů začíná být zkreslen trvaním šíření v něm (linka). Existují komplexní jevy resonance.

Protože se délka kabelu liší stejnou konstrukcí, stejnými distribuovanými parametry lineární indukčnosti a kapacity, bude tato vlastnost charakterizována zvláštním parametrem. To je charakteristická impedance.

Pokud je na jednom konci kabelu připojen odpor s identickým odporem jako impedance vedení, pak se bude projevovat mnohem slabší jev rezonance. Název takového odporu je terminátor. Pro sítě typu RS 485 je umístěn na každém z konců dlouhých linek, protože obě strany mohou přijímat. Wave odpor nejpopulárnějších kroucených párů CAT5 - 100 Ohm. Jiné typy mají indikátory 150 ohmů nebo více. Kabelové ploché kabely - až 300 ohmů.

V praxi je hodnota odporu zvolena a větší než charakteristická impedance, protože ohmický odpor kabelu se někdy stává tak velký, že amplituda signálu na přijímací straně je příliš malá pro stabilní příjem. Existuje rovnováha mezi rezonančním a amplitudovým zkreslením, zvýšením hodnoty terminátoru a snížením rychlosti rozhraní.

Rozbočovače RS 485 jsou široce používané přístroje. Opět stojí za to si být vědom skutečnosti, že jiný zdroj signálu jeho zkreslení je charakteristický pro přenos signálu přes připojený kroucený pár. Jedná se o různé rychlosti šíření nízkofrekvenčních a vysokofrekvenčních signálů (které se budou šířit poněkud rychleji).

Aby se zabránilo rušení, komunikační linka musí důsledně obcházet všechny vysílače. A další důležitý bod. Kabel s krouceným párem by neměl mít dlouhé kohoutky (úseky kabelového řezu pro připojení k uzlu). Výjimka: použití opakovačů rozhraní, nízké rychlosti přenos dat (méně než 9600 bps).

Pokud není aktivní vysílač, úroveň signálu v řádcích není detekována. Aby se zabránilo situaci, kdy rozdíl mezi výstupy B a A je menší než 200 mV (nedefinovaný stav), lze použít ofset pomocí zvláštního obvodu nebo odporů. Přijímače obdrží interferenční signál v případě, že stav řádků není definován. K jejich stabilizaci, k přijetí kvalitního startu, se někdy používá přenos sekvencí služeb.

Funkce připojení

Kromě měničů RS 485 chci propojit propojení. Na základě tohoto rozhraní je postavena místní síť, která kombinuje několik vysílačů.

Nejdůležitější je správné připojení obvodů signálu označených A a B. Re polarita nebude strašnou chybou. Zařízení však v tomto případě odmítne fungovat.

Při připojování se doporučuje mít na paměti následující doporučení odborníků:

• Médium pro přenos signálu je kroucená dvojlinka.
• Na konci konektoru kabelu jsou požadovány koncové odpory (do 120 ohmů).
• Síť je položena bez větví, pomocí topologie sběrnice.
• Zařízení jsou připojena k kabelu s nejkratšími možnými vodiči.

Příklady použití

Měniče RS 485 jsou běžné v průmyslové oblasti. Zvažte také síťové protokoly používající tento standard:

• Řízení datového spojení na vysoké úrovni.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Následující průmyslové sítě jsou postaveny na bázi RS 485:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Programovací doporučení

Rozsah použití převodníku rozhraní RS 485 je široký. V této části se zaměříme více na programování těch aplikací pro regulátory, které používají toto rozhraní pro komunikaci:

• Před zahájením parcely je vysílač vypnutý. Je nutné udržovat pauzu, která se rovná délce jednoho rámce (nebo je překročí), včetně bitů start a stop. Co je dobré? Přijímač bude mít čas normalizovat a plně se připravit na první přenos datového rámce.
• Po vydání posledního bajtu informací doporučujeme počkat na pauzu ještě před deaktivací vysílače. Jaký je důvod? Řídicí systémy sériového portu mají dva registry: posuvový výstup pro sériový výstup a vstup pro přenos informací. Přerušení přenosu generuje regulátor pouze tehdy, když je jeho vstupní registr prázdný. Informace se zde ukázalo, že byly již uvedeny v posuvném registru, ale dosud nebyly vydány. Proto od okamžiku přerušení k deaktivaci vysílače by měla být pauza. Jeho předpokládaná doba trvání je 0,5 bitů. Pro výpočet přesných hodnot je třeba zkontrolovat přiloženou dokumentaci řadiče sériového portu.
• Vzhledem k tomu, že přijímač i vysílač tohoto rozhraní jsou připojeny ke stejné linii, vzniká zvláštní situace. Přijímač slyší přenos dat z vlastního vysílače. Pokud je systém charakterizován náhodným přístupem k vedení, pak se tato funkce používá k ověření absence "kolizí" mezi dvěma vysílači. Pokud systém pracuje na principu master-slave, v době přenosu je vhodné přerušit přerušení z přijímače.

Rozdíly mezi rozhraními RS 232, 422, 485

Porovnejme tyto oblíbené standardy. Kombinuje rozhraní RS 232, RS 485 a RS 422, které jsou používány k přenosu digitálních informací. V tomto případě je 232 známější jako COM port počítače. A další dva jsou běžné v průmyslovém prostředí pro propojení různých zařízení.

Rozdíly v parametrech RS 232, RS 485 lze sledovat prezentací technických charakteristik těchto rozhraní. Začněme 232:

• Typ datového přenosu: plně duplexní.
• Maximální délka: 15 metrů při 9600 bps.
• Kontakty, které jsou zapojeny do práce: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Topologie: bod k bodu.
• Největší počet připojených zařízení: jeden.

Nyní ve srovnání RS 232, RS 485, RS 422 následující rozhraní. To je 422:

• Typ datového přenosu: plně duplexní.
• Maximální délka: 1200 metrů při 9600 bps.
• Kontakty, které jsou zapojeny do práce: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Topologie: bod k bodu.
• Největší počet připojených zařízení: jeden (deset v přijímacím režimu).

Konvertory RS 232, RS 485 jsou vzájemně porovnávány. Stručně popište poslední rozhraní, které je hlavní v našem příběhu:

• Typ datového přenosu: polovodičový (tj. Dva vodiče) nebo plně duplexní (čtyři kabely).
• Maximální délka: 1200 metrů při 9600 bps.
• Kontakty, které se podílejí na práci: DataA, DataB, GND.
• Topologie: více bodů.
• Nejvíce připojených zařízení: 32 (s opakovači, jejich počet může růst až 256).

To je vše, co jsme chtěli vyprávět o rozhraní RS 485, které je v dnešním průmyslu široce používáno k přenosu informací mezi zařízeními a zařízením. U některých charakteristik se podobá příslušným standardům, u některých (spojení, přenos dat, eliminace rušení) se od nich značně liší.