Interfaccia RS 485: descrizione

In questo articolo esamineremo lo standard ampiamente utilizzato per le reti industriali. Stiamo parlando dell'interfaccia RS 485. Presentiamo la sua descrizione, le caratteristiche tecniche e un confronto con altre due interfacce conosciute: RS 232, RS 422.

Definizione del concetto

L'interfaccia RS 485 (decodifica delle abbreviazioni: standard raccomandato 485) è uno standard di livello fisico (mezzo elettrico e fisico per la trasmissione delle informazioni) per un'interfaccia asincrona (un nodo del computer destinato ad organizzare la comunicazione con altri dispositivi elettronici digitali). La documentazione tecnica include anche il seguente nome di interfaccia RS 485: Electronic Industries Alliance-485.

Questo standard regola i parametri elettrici di una linea di comunicazione differenziale halfpoint multipunto (il suo tipo è "bus comune"). Oggi l'interfaccia è abbastanza popolare nelle aree interessate dell'industria. Cosa si può distinguere soprattutto? Divenne la base per la creazione di un'intera famiglia complessa di reti industriali, che sono utilizzate nell'automazione industriale.

Ora per il doppio nome. L'interfaccia RS 485 è stata sviluppata grazie alla collaborazione di due società: la Telecommunications Industry Association e l'Electronic Industries Association. Precedentemente, EIA ha utilizzato la marcatura RS per i suoi sviluppi ("standard raccomandato" in inglese).

Tuttavia, la società ha quindi sostituito questo prefisso con EIA / TIA per consentire di identificare facilmente i creatori dello standard. Tuttavia, molti ingegneri preferiscono usare la precedente marcatura RS nel loro lavoro, articoli tecnici.

Descrizione dell'interfaccia

Per gestire l'interfaccia del convertitore RS 485 / RS 232 (quest'ultima che presentiamo brevemente nella conclusione dell'articolo), è necessario conoscere i parametri di base. Analizziamo i più importanti:

• Gamma e velocità. L'interfaccia può fornire il trasferimento di informazioni a velocità fino a 10 Mbps. L'intervallo massimo qui dipenderà dalla velocità.
• Il numero di dispositivi collegati. Il numero di dispositivi collegati a una linea dipende dal tipo di ricetrasmettitore utilizzato. Uno è progettato per controllare 32 ricevitori di tipo standard.
• Connettori e protocolli. Lo standard sviluppato non standardizza il protocollo di scambio e i formati del codice di informazione. Perché vengono spesso utilizzate le interfacce di conversione RS 232 / RS 485? I frame identici vengono utilizzati per trasmettere byte di informazioni: stop e start bit, bit di parità e bit di dati. Nella maggior parte dei sistemi, i protocolli funzioneranno come master-slave. Che aspetto ha? Uno dei dispositivi dell'autostrada è eletto leader. Avvia lo scambio inviando le richieste appropriate ai dispositivi slave. Questi ultimi si distinguono per indirizzi logici.

Caratteristiche dell'interfaccia Techno

RS 485 è un doppino intrecciato, che viene utilizzato per ricevere e trasmettere dati. In alcuni casi, è accompagnato da un filo comune o un tratto di screening.

I dati qui vengono trasmessi da segnali differenziati. L'unità logica è la differenza di tensione tra i conduttori di una polarità, zero è, rispettivamente, la differenza di tensione tra i conduttori dell'altra polarità.

Che cosa è importante sapere sullo splitter di interfaccia RS 485? Lo standard stesso forma solo le sue caratteristiche elettriche e temporanee (interfaccia). Tuttavia, lo standard non specificherà quanto segue:

• Tipi di cavi e connettori.
• Protocollo di scambio
• Vari protocolli di qualità del segnale (livello normale di riflessione e distorsione lungo le linee).
• Isolamento galvanico della linea di comunicazione.

Caratteristiche temporanee ed elettriche

Ecco le caratteristiche della famosa interfaccia industriale RS 485 che sono importanti per gli ingegneri:

• In un segmento di rete - fino a 32 ricetrasmettitori.
• La durata più lunga di un segmento di rete: 1200 metri.
• Solo un trasmettitore può essere attivo alla volta.
• Il numero massimo consentito di nodi nella rete è 256 (tenendo conto del numero di amplificatori di linea).
• Tipi di transceiver: potenziale e differenziale.
• La variazione delle tensioni di uscita e di ingresso sulle linee A e B è rappresentata come segue: Ua (Ub) da -7 V a -12 V (rispettivamente, da +7 V a +12 V).

Caratteristiche sulla velocità di scambio dei dati, determinando la lunghezza dell'intera linea:

• 62,5 Kbps - 1,2 mila metri (viene utilizzato un doppino).
• 375 Kbps - 500 metri (viene utilizzato un doppino).
• 500 Kbps
• 1000 Kbps
• 2400 Kbps - 100 metri (vengono usate due coppie ritorte).
• 10.000 Kbps - 10 metri.

Una nota importante per l'interfaccia RS 485. Lo standard specifica solo le seguenti velocità: 62,5 Kbps, 2400 Kbps, 375 Kbps. Su tutti gli altri (più di 500 Kbps), si consiglia l'uso di doppini intrecciati con uno schermo.

Passiamo ora ai requisiti impostati per lo stadio finale. Dovrebbe essere una sorgente di tensione con una piccola resistenza: | U o | = 1,5: 5,0 V (non inferiore a 1,5 V e non superiore a 6,0 V). Da qui arriva il seguente:

• Stato di logico "1": Ua è inferiore a Ub - MARK, OFF. In questo caso, l'isteresi è di 200 mV.
• Lo stato dello "0" logico: Ua è maggiore di Ub - SPACE, ON. In questo caso, l'isteresi è anche di 200 mV. Devo dire che i produttori di dispositivi (driver, microcircuiti) scelgono indicatori più piccoli - isteresi da 10 mV.
• Lo stadio di uscita deve essere in grado di sopportare le modalità di cortocircuito, nonché la massima corrente di uscita di 259 mA, il circuito di limitazione della potenza di uscita, la velocità di aumento dei segnali di uscita di 1,2 V / μs.

Quando si utilizza uno splitter di interfaccia RS 485, è anche importante conoscere i requisiti specificati per lo stadio di ingresso. È un ingresso differenziale con un'impedenza di ingresso elevata. Le sue caratteristiche di soglia: da +200 mV a -200 mV. Le seguenti informazioni importanti:

• Il segnale di ingresso è rappresentato da una tensione differenziale (Ui +0,2 V e più).
• Tensioni di ingresso consentite (relative al suolo): intervallo da -7 a +12 V.
• Per scoprire i livelli del ricevitore dello stadio di ingresso, fare riferimento allo stato del trasmettitore dello stadio di uscita.

Caratteristiche del segnale

Descrivendo la connessione RS 485, forniamo queste informazioni. Per la trasmissione del segnale, lo standard definisce le seguenti linee:

• Non invertente A.
• Inversione di B.
• Zero, linea generale facoltativa C.

Secondo lo standard, viene anche determinato quanto segue:

• V _{A è} maggiore di V _{B. La} disuguaglianza corrisponde a uno 0. Questo è lo stato attivo del bus.
• V _{A è} inferiore a V _{B. La} disuguaglianza corrisponde alla logica 1. Di conseguenza, questo è uno stato inattivo del bus.

Qui, quando si descrivono le condizioni del bus, verrà utilizzata la logica inversa. E la logica dei segnali unipolari all'uscita del ricevitore e l'ingresso del trasmettitore non saranno determinati.

Anche se la definizione di cui sopra è molto chiara, c'è spesso confusione su come etichettare correttamente le linee non invertenti e invertenti - A o B. Per evitarlo (quando RS 485 è collegato), i progettisti usano diverse denominazioni. Ad esempio, "meno" e "più".

Ma mentre la maggior parte dei produttori rispetta ancora i requisiti dello standard. La linea non invertente è indicata dal simbolo A. Di conseguenza, il livello alto del segnale all'ingresso del trasmettitore corrisponderà allo stato V _A > V _B sul bus. Inoltre, la disuguaglianza sarà il livello identicamente alto del segnale osservato all'uscita del ricevitore.

Offset e allineamento

Cosa è importante sapere nella continuazione dell'argomento dello splitter RS ​​485? Ti invitiamo inoltre a fornire informazioni sulle interferenze che potrebbero verificarsi nella linea di comunicazione.

E questo è ciò che è importante sapere sulla distorsione. Con una lunga durata della linea di comunicazione, spesso compaiono gli effetti delle linee lunghe. La radice del problema sta nelle proprietà induttive e capacitive distribuite dei cavi. Cosa esce alla fine? Il segnale trasmesso alla linea da uno qualsiasi dei nodi inizia a essere distorto dalla durata della propagazione in essa (la linea). Esistono complessi fenomeni di risonanza.

Poiché il cavo alla sua lunghezza differisce per lo stesso disegno, gli stessi parametri distribuiti dell'induttanza lineare e della capacità, questa proprietà sarà caratterizzata da un parametro speciale. Questa è un'impedenza caratteristica.

Se a un'estremità del cavo è collegata una resistenza con resistenza identica all'impedenza di linea, i fenomeni di risonanza si indeboliranno notevolmente. Il nome di tale resistenza è un terminatore. Per le reti del tipo RS 485, viene posizionato su ciascuna estremità delle linee lunghe, poiché entrambi i lati potrebbero ricevere. Resistenza all'onda delle coppie twistate più popolari CAT5 - 100 Ohm. Altri tipi hanno indicatori di 150 ohm o più. Un cavo piatto a nastro - fino a 300 ohm.

In pratica, il valore del resistore è scelto e maggiore dell'impedenza caratteristica, poiché la resistenza ohmica del cavo diventa talvolta così grande che l'ampiezza del segnale sul lato ricevente diventa troppo piccola per una ricezione stabile. Esiste un equilibrio tra la distorsione di risonanza e di ampiezza, l'aumento del valore del terminatore e la riduzione della velocità dell'interfaccia.

Gli splitter RS ​​485 sono dispositivi ampiamente utilizzati. Di nuovo, vale la pena essere consapevoli del fatto che un'altra fonte di segnale della sua distorsione è caratteristica della trasmissione del segnale attraverso un doppino telefonico collegato. Queste sono diverse velocità di propagazione dei segnali a bassa frequenza e alta frequenza (quest'ultima si propagherà un po 'più velocemente).

Per evitare interferenze, la linea di comunicazione deve bypassare costantemente tutti i trasmettitori. E un altro punto importante. Un cavo a doppino intrecciato non dovrebbe avere prese lunghe (sezioni di taglio cavo per il collegamento al nodo). Eccezione: uso di ripetitori di interfaccia, basse velocità trasferimento dati (meno di 9600 bps).

Se non c'è un trasmettitore attivo, il livello del segnale nelle linee non viene rilevato. Per evitare situazioni in cui la differenza tra le uscite B e A è inferiore a 200 mV (stato indefinito), è possibile applicare un offset utilizzando un circuito o resistori speciali. I ricevitori riceveranno il segnale di interferenza nel caso in cui lo stato delle linee non sia definito. Per stabilizzarli, per ricevere un avvio di qualità, talvolta viene utilizzata la trasmissione di sequenze di servizi.

Funzionalità di connessione

Oltre ai convertitori RS 485, voglio approfondire la connessione. Basato su questa interfaccia, viene costruita una rete locale che combina diversi ricetrasmettitori.

La cosa più importante qui è collegare correttamente i circuiti dei segnali contrassegnati con A e B. La ri-polarità non sarà un errore terribile. Ma il dispositivo in questo caso si rifiuterà di funzionare.

Durante la connessione, si raccomanda di tenere a mente le seguenti raccomandazioni di esperti:

• Il mezzo di trasmissione del segnale è un cavo a doppino intrecciato.
• Alle estremità della spina del cavo sono richieste resistenze terminali (entro 120 ohm).
• La rete viene posata senza rami, con la topologia degli autobus.
• I dispositivi sono collegati al cavo con i fili più corti possibili.

Esempi di utilizzo

I convertitori RS 485 sono comuni nel settore industriale. Considera anche i protocolli di rete che utilizzano questo standard:

• Controllo del collegamento dati ad alto livello.
• ModBus.
• LanDrive.
• IEC 60870-5.
• DMX512.

Le seguenti reti industriali sono costruite sulla base della RS 485:

• ModBus.
• LanDrive.
• ProfiBus DP.

Consigli di programmazione

L'ambito di applicazione del convertitore di interfaccia RS 485 è ampio. In questa sezione, ci concentreremo di più sulla programmazione di quelle applicazioni per i controller che utilizzano questa interfaccia per la comunicazione:

• Prima di avviare il pacco, il trasmettitore è spento. È necessario sostenere una pausa, che è uguale in durata a un fotogramma (o lo supera), inclusi i bit di inizio e fine. Cosa è buono? Il ricevitore avrà il tempo di normalizzare e prepararsi completamente alla prima trasmissione del frame dei dati.
• Dopo aver emesso il byte finale di informazioni, si consiglia inoltre di attendere una pausa prima di disattivare il trasmettitore. Qual è la ragione? I controller delle porte seriali hanno due registri: un'uscita di commutazione per l'uscita seriale e l'ingresso per la trasmissione di informazioni. L'interruzione del trasferimento viene generata dal controller solo quando il suo registro di input è vuoto. Le informazioni qui, si scopre, sono già state esposte nel registro a scorrimento, ma non sono ancora state emesse. Pertanto, dal momento dell'interruzione alla disattivazione del trasmettitore, dovrebbe esserci una pausa. La sua durata stimata è di 0,5 bit sul fotogramma. Per calcolare i valori esatti, è necessario rivedere la documentazione di accompagnamento del controller della porta seriale.
• Poiché sia ​​il ricevitore che il trasmettitore di questa interfaccia sono collegati alla stessa linea, si presenta una situazione peculiare. Il ricevitore ascolta la trasmissione di dati dal proprio trasmettitore. Se il sistema è caratterizzato da un accesso casuale alla linea, questa funzione viene utilizzata per verificare l'assenza di "collisioni" tra due trasmettitori. Se il sistema funziona secondo il principio master-slave, al momento della trasmissione, è semplicemente consigliabile chiudere l'interrupt dal ricevitore.

Differenze tra le interfacce RS 232, 422, 485

Confrontiamo questi standard popolari. Combina le interfacce RS 232, RS 485, RS 422 che vengono utilizzate per trasmettere informazioni digitali. In questo caso, 232 è meglio conosciuto come porta COM del computer. E gli altri due sono comuni nell'ambiente industriale per l'interconnessione di varie apparecchiature.

Le differenze in RS 232, RS 485 possono essere tracciate presentando le caratteristiche tecniche di queste interfacce. Iniziamo con 232:

• Tipo di trasmissione dei dati: full duplex.
• Lunghezza massima: 15 metri a 9600 bps.
• Contatti coinvolti nel lavoro: TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, GND.
• Topologia: punto a punto.
• Il maggior numero di dispositivi connessi: uno.

Ora in confronto RS 232, RS 485, RS 422 la seguente interfaccia. Questo è 422:

• Tipo di trasmissione dei dati: full duplex.
• Lunghezza massima: 1200 metri a 9600 bps.
• Contatti coinvolti nel lavoro: TxA, TxB, RxA, RxB, GND.
• Topologia: punto a punto.
• Il maggior numero di dispositivi connessi: uno (dieci in modalità di ricezione).

I convertitori RS 232 e RS 485 sono confrontati tra loro. Descriviamo brevemente l'ultima interfaccia, la principale della nostra storia:

• Tipo di trasmissione dati: half duplex (cioè due fili) o full duplex (quattro fili).
• Lunghezza massima: 1200 metri a 9600 bps.
• Contatti coinvolti nel lavoro: DataA, DataB, GND.
• Topologia: multipunto.
• Il maggior numero di dispositivi connessi: 32 (con ripetitori, il loro numero può arrivare a 256).

Questo è tutto ciò che volevamo dire sull'interfaccia RS 485, ampiamente utilizzata nell'industria oggi per il trasferimento di informazioni tra dispositivi e apparecchiature. Per alcune caratteristiche, è simile agli standard correlati, per alcuni (connessione, trasferimento dei dati, eliminazione delle interferenze) è significativamente diverso da loro.