8-900-374-94-44
В современной технике все большее значение приобретает обмен информацией между различными устройствами. А для этого требуется передавать данные как на небольшие расстояния, так и на значительные, порядка километров. Один из таких видов передачи данных – связь между устройствами по интерфейсу RS-485.
Содержание
Один из самых распространенных примеров применения устройств для обмена данными – дистанционные системы учета электроэнергии. Электросчетчики, объединяемые в единую сеть, рассредоточены по шкафам, ячейкам распределительных устройств и даже подстанциях, находящимся на значительном удалении друг от друга.
В этом случае интерфейс служит для отправки данных от одного или нескольких устройств учета.
Система «один счетчик – один модем» активно внедряется для передачи данных в службы энергосбытовых компаний от узлов учета частных домов, небольших предприятий.
Другой пример: получение данных от микропроцессорных терминалов релейной защиты в режиме реального времени, а также централизованный доступ к ним с целью внесения изменений. Для чего терминалы обвязываются через интерфейс связи аналогичным образом, а данные от него поступают в компьютер, установленный у диспетчера. В случае срабатывания защиты оперативный персонал имеет возможность сразу же получить информацию о месте действия и характере повреждения силовых цепей.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Но самой сложной задачей, решаемой интерфейсами связи, являются системы централизованного управления сложными производственными процессами – АСУ ТП. У оператора промышленной установки на столе есть компьютер, на дисплее которого он видит текущее состояние процесса: температуры, производительность, включенные и отключенные агрегаты, их режим работы.
И имеет возможность всем этим управлять легким щелчком мыши.
Компьютер же обменивается данными с контроллерами – устройствами, преобразующими команды от датчиков на язык, понятный машине, и обратное преобразование: от языка машины в команды управления. Связь с контроллером, а также – между разными контроллерами, осуществляется через интерфейсы связи.
Нельзя хотя бы коротко не упомянуть об интерфейсе RS-232, который еще называют последовательным. Разъем под соответствующий порт имеют некоторые ноутбуки, а некоторые цифровые устройства (те же терминалы релейной защиты) снабжаются выходами для связи с помощью RS-232.
Для того, чтобы обмениваться информацией, нужно уметь ее передавать и принимать. У RS-232 для этого есть передатчик и приемник сигналов. Они имеются в каждом устройстве. Причем выход передатчика одного устройства (TX) соединяется со входом приемника другого устройства (RX). И, соответственно, по другому проводнику аналогичным образом сигнал движется в обратную сторону.
При этом обеспечивается полудуплексный режим связи, то есть, приемник и передатчик могут работать одновременно. Данные по кабелю RS-232 могут в одно и то же время перемещаться и в одну, и в другую сторону.
Недостаток этого интерфейса – низкая помехозащищенность. Это происходит из-за того, что сигнал в соединительный кабель и на прием, и на передачу формируется относительно общего провода – земли. Любая наводка, существующая даже в экранированном кабеле, может привести к сбою связи, потере отдельных битов информации. А это недопустимо при управлении сложными и недешевыми механизмами, где любая ошибка – авария, а потеря связи – длительный простой.
Поэтому RS-232 в основном применяется для небольших временных подключений ноутбука к цифровому устройству, например, для установки начальной конфигурации или исправления ошибок.
Главное отличие RS-458 от RS-232 – все приемники и передатчики работают на одну пару проводов, являющуюся линией связи.
Провод земли при этом не используется, а сигнал в линии формируется дифференциальным методом. Он передается одновременно по двум проводам («А» и «В») в инверсном виде.
Если на выходе передатчика – логический «0», то на проводник «А» выдается нулевой потенциал. На проводнике «В» формируется сигнал «не 0», то есть – «1». Если передатчик транслирует «1», получается все наоборот.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
В итоге получаем изменение напряжения сигнала между двумя проводами, представляющими собой витую пару. Любая наводка, попадая в кабель, изменяет напряжение относительно земли одинаково на обоих проводах пары. Но напряжение полезного сигнала формируется между проводами, а поэтому – ничуть не страдает от потенциалов на них.
Все устройства, объединяемые интерфейсом RS-485, имеют всего два клеммы: «А» и «В». Для подключения к общей сети эти клеммы соединяются в параллельную цепь.
Для этого от одного устройства к другому прокладывается цепочка кабелей.
При этом возникает необходимость упорядочить обмен данными между устройствами, установив очередность передачи и приема, а также – формат пересылаемых данных. Для этого служит специальная инструкция, называемая протоколом.
Протоколов обмена данными по интерфейсу RS-485 существует много, наиболее часто используемый – Modbas. Вкратце рассмотрим, как работает простейший протокол, и какие еще проблемы приходится решать с его помощью.
Для примера разберем сеть, в которой одно устройство собирает данные с нескольких источников данных. Это может быть модем и группа электросчетчиков. Для того, чтобы знать, от какого счетчика пойдут данные, каждому приемопередатчику присваивается номер, уникальный для данной сети. Номер присваивается и приемопередатчику модема.
Когда приходит пора собирать данные о расходе электроэнергии, модем формирует запрос. Сначала передается стартовый импульс, по которому все устройства понимают, что сейчас придет кодовое слово – посылка из последовательности нулей и единиц.
В ней первые биты будут соответствовать номеру абонента в сети, остальное – данные, например, команда передать требуемую информацию.
Орлов Анатолий Владимирович
Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей
Все устройства принимают посылку и сравнивают номер вызываемого абонента со своим собственным. Если они совпадают – выполняется команда, переданная в составе запроса. Если нет – устройство игнорирует его текст и не делает ничего.
При этом во многих протоколах посылается назад подтверждение, что команда принята к исполнению или выполнена. Если ответа нет, передающее устройство может повторить запрос определенное количество раз. Если реакции так и не последует, генерируются сведения об ошибке, связанные с неисправностью канала связи с молчащим абонентом.
Ответа может не последовать не только при поломке. При наличии сильных помех в канале связи, которые все-таки проникают туда, команды могут не доходить до пункта назначения. Еще они подвергаются искажениям и не правильно при этом распознаются.
Неверного выполнения команды допустить нельзя, поэтому в данные посылки вводят заведомо избыточную информацию – контрольную сумму. Она подсчитывается по определенному закону, прописанному в протоколе, на передающей стороне.
На приемной подсчитывается контрольная сумма по такому же принципу и сравнивается с переданной. Если они совпадают, прием считается успешным, и команда выполняется. Если нет – устройство пересылает на передающую сторону сообщение об ошибке.
Для соединения устройств интерфейсом RS-485 используются кабели «витая пара». Хоть для передачи данный достаточно одной пары проводов, обычно применяются кабели минимум с двумя, чтобы был заложен резерв.
Для лучшей защиты от помех кабели экранируются, при этом экраны на всей линии соединяют друг с другом. Для этого на объединяемых устройствах помимо выводов «А» и «В» имеется клемма «СОМ». Заземляется линия только в одной точке, обычно в месте расположения контроллера, модема или компьютера.
В двух точках это делать запрещено, чтобы избежать наводок, которые неизбежно пойдут по экрану из-за разности потенциалов в точках заземления.
Кабели соединяют только последовательно друг с другом, делать ответвления нельзя. Для согласования линии в ее конце подключается резистор с сопротивлением 120 Ом (это волновое сопротивление кабеля).
В целом монтаж кабельных линий интерфейса – простое занятие. Гораздо сложнее будет настроить аппаратуру, для чего понадобятся люди со специальными знаниями.
Для лучшего понимая работы интерфейса RS-485 предлагаем Вам посмотреть следующее видео:
Содержание статьи:
RS-485 (Recommended Standard 485) – стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса.
Стандарт регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи. В настоящее время RS-485 широко распространен в промышленной автоматизации, его используют многие промышленные сети. Такая популярность связана с возможностью организации двустороннего обмена данными всего по одной витой паре проводов, он обеспечивает большую длину линии связи и высокую скорость передачи.
Передача данных в RS485 осуществляется по дифференциальному принципу. Один сигнал одновременно передается по двум проводам, по одному проводу (A) идет оригинальный сигнал, а по другому проводу (B) – его инверсная копия (см. рисунок). Если на одном проводе высокий уровень сигнала, то на другом – низкий. И наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при передаче логической единицы она положительна, при передаче нуля – отрицательна.
Такой способ передачи обеспечивает высокую степень защиты от помех. Поскольку два провода пролегают близко друг к другу и перевиты, синфазная наводка на оба провода одинакова.
Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.
При разности напряжений на приемнике от +200 мВ до +12 В считается, что на линии установлено значение логической единицы. Разность напряжения от -200 мВ до -7 В передается логический нуль. Согласно стандарту, дифференциальное напряжение на выходе передатчика должно быть не менее 1,5 В. Видно, что падение напряжения на омическом сопротивлении линии может достигать 1,3 В (порог срабатывания приемника 200 мВ). Такой большой запас необходим для работы на длинных линиях связи. Фактически, именно этот запас по напряжению и определяет максимальную длину линии связи (1200 м) при низких скоростях передачи (менее 100 кбит/с).
Как же организовать двустороннюю передачу такого сигнала между устройствами промышленной сети всего по двум проводам? RS-485 – полудуплексный интерфейс, где прием и передача разделены по времени.
В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаться в режиме приема.
На рисунке ниже приведена схема подключения к промышленной сети на основе RS-485 трех устройств. Каждое из них имеет передатчик D (driver) и приемник R (receiver). Здесь на DI подается сигнал, передаваемый передатчиком D, а с RO снимается сигнал, принимаемый приемником R. Для синхронизации их работы служат управляющие входы: разрешение приемника (RE) и разрешения передатчика (DE). Поскольку вход RE является инверсным, его соединяют с DE и переключают приемник и передатчик одним сигналом: низкий уровень напряжения – работа на прием, высокий – на передачу.
Если передачу выполняет устройство «2», а прием – устройство «3», то выходы передатчиков «1» и «3» выключаются (переводятся в высокоомное состояние), т. е. фактически к линии оказываются подключены только приемники. А выходное сопротивление передатчиков устройств «1» и «3» не шунтирует линию.
Скорость передачи данных в RS-485 зависит от длины линии связи.
Максимальная скорость может достигать 10 Мбит/с для линии 12 м. На линии максимальной длины 1200 м скорость передачи не будет превышать 100 кбит/с. Если необходимо организовать связь на расстоянии большем 1200 м, применяют специальные повторители.
Осталось обсудить вопрос согласования в линиях связи промышленной сети. При высоких скоростях передачи и больших расстояниях между устройствами, связанными по витой паре, начинают проявляться эффекты, связанные с конечной скоростью распространения электромагнитных волн в проводниках и отражением электрического сигнала от открытых концов линии передачи и ее ответвлений. Если длина линии достаточно большая, фронт сигнала, отразившийся в конце линии и вернувшийся обратно, может исказить следующий передаваемый сигнал. В таких случаях нужно подавлять эффект отражения.
Линия связи характеризуется волновым сопротивление. Оно зависит от характеристик используемого кабеля, но не от его длины. Для обычно применяемых витых пар волновое сопротивление составляет 120 Ом.
Эффект отражения и необходимость правильного согласования накладывают ограничения на конфигурацию линии связи. В оба наиболее удаленных конца линии включают терминаторы Rc с сопротивлением 120 Ом (см. рисунок). Расстояние от линии до микросхем интерфейса RS-485 должно быть как можно короче, так как длинные ответвления вносят рассогласование и вызывают отражения.
Помимо установки терминаторов для эффективной работы промышленной сети на основе RS-485 требуется еще несколько резисторов. При отсутствии в линии активных передатчиков, когда никто не задает уровень, напряжение между линиями A и B по абсолютной величине может становиться меньше порогового (200 мВ). В результате на приемнике RO из-за несинфазной помехи могут формироваться произвольные логические уровни.
Для создания такого смещения используют два дополнительных резистора смещения (см. рисунок). Через резистор Rсм1 линия А подключается к источнику питания, а через резистор Rсм2 линия В соединяется с «землей». Формируется резистивный делитель, сопротивления Rсм1 и Rсм2 должны подбираться так, чтобы возникающий ток обеспечивал перепад напряжения + 200 мВ на соединенных параллельно резисторах: два согласующих Rс с номиналом 120 Ом, входные сопротивления приемников R
Очевидно, номиналы Rсм1 и Rсм2 зависят от количества устройств в сети и величины питающего напряжения. Рассмотрим два крайних примера: в сети нет устройств, установлены только терминаторы и в сети установлены 127 устройств.
Величина питающего напряжения составляет 5 В. В первом случае получаем 3 последовательно соединенных между собой сопротивления: Rсм1, сопротивление сети, состоящей из соединенных параллельно двух сопротивлений Rс (составляет 120 Ом / 2 = 60 Ом), Rсм2. Величина тока в такой цепи составляет 5 В / (Rсм1 + Rсм2 + 60 Ом). И нам требуется, чтобы перепад напряжения между линиями А и В составлял 200 мВ: 5 В / (Rсм1 + Rсм2 + 60 Ом) * 60 Ом = 200 мВ. Решая это уравнение относительно Rсм1 + Rсм2 получаем, что суммарное сопротивление резисторов смещения должно составлять 1440 Ом или менее.
Второй случай несколько сложнее, поскольку сеть представляет собой параллельное соединение двух сопротивлений Rс и 127 сопротивлений Rвх. Как известно, обратное значение сопротивления такой цепи равно: 2/(120 Ом) + 127/(12 кОм). Вычисления дают значения сопротивления такой цепи порядка 37 Ом. Величина тока определяется выражением 5 В / (Rсм1 + Rсм2 + 37 Ом), а перепад напряжения между линиями А и В составляет: 200 мВ = 5 В / (Rсм1 + Rсм2 + 37 Ом).
В итоге получаем, что суммарное значение Rсм1 + Rсм2 должно составлять порядка 890 Ом или менее.
Компания Bronkhorst® рекомендует использовать следующие номиналы резисторов смещения и согласования в зависимости от напряжения питания:
|
Напряжение |
Резисторы согласования Rc |
Резистор смещения Rсм1 |
Резистор смещения Rсм2 |
|
+5В |
121 Ом |
392 Ом |
392 Ом |
|
+10В |
121 Ом |
1210 Ом |
392 Ом |
|
+15В |
121 Ом |
2210 Ом |
392 Ом |
|
+24В |
121 Ом |
3480 Ом |
392 Ом |
Для работы в сетях с питающим напряжением от +15 до +24 В компания Bronkhorst выпускает согласующие терминаторы.
Begin-терминатор состоит из последовательно включенных светодиода, и трёх резисторов: R
Стандарт RS-485 оговаривает только электрические и временные характеристики интерфейса. Способы кодирования и передачи данных, типы соединителей и кабелей определяются используемым протоколом передачи (FLOWBUS, Modbus, Profibus DP и т.д.).
Объяснение последовательного интерфейса В мире доступных последовательных интерфейсов может быть трудно понять их различия и понять, когда использовать каждый из них. Как всегда говорил мой любимый профессор инженерного дела: «Прелесть стандартов в том, что их так много на выбор».
Сегодняшние энкодеры умнее и совершеннее, чем когда-либо прежде, что требует от инженеров отказа от более простых квадратурных инкрементных датчиков и внедрения высокоскоростных абсолютных энкодеров с последовательными интерфейсами. А для промышленных приложений не все последовательные интерфейсы одинаковы. Соответствуя требованиям как высокой скорости, так и промышленной надежности, последовательный интерфейс RS-485 стал широко используемым интерфейсом для поворотных энкодеров и другого оборудования управления движением.
RS-485 — это промышленная спецификация, определяющая электрический интерфейс и физический уровень для двухточечной связи электрических устройств. Стандарт RS-485 позволяет прокладывать кабели на большие расстояния в средах с электрическими помехами и может поддерживать несколько устройств на одной шине.
RS-485 использовался в широком спектре систем компьютерной автоматизации еще с момента создания стандарта в 1998.
Благодаря тому, что стандарт допускает многоточечность (несколько устройств на одной шине) и большую длину кабелей, легко понять его частое использование в промышленных и автоматизированных помещениях. RS-485 также можно найти в театральных приложениях, где множество устройств разбросаны по огромному пространству.
Кроме того, помехоустойчивость, обеспечиваемая стандартом RS-485, делает интерфейс очень универсальным. Инженеры не только используют его для прокладки кабелей на большие расстояния, но и внедряют его в такие приложения, как автомобильная промышленность, где неясно, какой шум может возникнуть в конечном приложении. Возможность использования RS-485 на высоких скоростях, при длинных кабелях, в средах с электрическими помехами и с несколькими устройствами на одной шине делает его интеллектуальной реализацией для большинства приложений, требующих последовательного интерфейса.
RS-485, также известный как TIA-485 или EIA-485, — это стандарт, определяющий электрические характеристики драйверов и приемников для протокола связи.
Модель взаимодействия открытых систем (OSI) пытается охарактеризовать различные уровни системы связи от конечного приложения, вниз через электрические уровни и, наконец, на физический уровень, рисунок 1.
Физический уровень модели OSI отвечает за передачу необработанных данных между устройством и физической средой передачи. Он обрабатывает преобразование электрических сигналов в цифровые данные, а также определяет напряжение, синхронизацию, скорость передачи данных и т. д.
RS-485 использует две сигнальные линии, «A» и «B», которые должны быть балансными и дифференциальными. Сбалансированные сигналы представляют собой две линии, которые разделяют пару в кабеле с витой парой с одинаковым импедансом на каждой линии. Наряду с согласованным импедансом линий также должны быть согласованы импедансы приемника и передатчика. На рис. 2 показана типичная многоабонентская сеть RS-485, в которой каждое устройство имеет дифференциальный приемопередатчик RS-485, а связь между устройствами состоит из витой пары и оконечных резисторов.
Обратите внимание, что существуют различные топологии, которые можно использовать для размещения устройств, поскольку не все сети созданы одинаковыми, а требования к терминации, а также расположение устройств могут различаться. Например, на рис. 2 ниже заделка используется только в начале и конце кабеля.
Рис. 2: Типичная топология сети RS-485Балансное подключение позволяет уменьшить шум при использовании дифференциальных сигналов. Эти сигналы «А» и «В» называются дифференциальной парой; один из сигналов соответствует исходному сигналу, а другой полностью инвертирован, поэтому его иногда называют дополнительным сигналом.
В несимметричном интерфейсе приемник соотносит сигнал с землей и определяет состояние сигнала на основе заданных уровней напряжения (они называются логическими уровнями, поскольку они определяют, является ли сигнал высоким или низким). Однако на больших расстояниях, где напряжение имеет тенденцию к падению, а скорость нарастания уменьшается, часто возникают ошибки сигнала.
В дифференциальном приложении хост генерирует исходный несимметричный сигнал, который затем поступает на дифференциальный передатчик. Этот передатчик создает дифференциальную пару для передачи по кабелю. При генерировании двух сигналов приемник больше не соотносит уровень напряжения с землей, а вместо этого соотносит сигналы друг с другом. Это означает, что вместо того, чтобы искать определенные уровни напряжения, приемник всегда смотрит на разница между двумя сигналами. Затем дифференциальный приемник реконструирует пару сигналов обратно в один несимметричный сигнал, который может быть интерпретирован хост-устройством с использованием соответствующих логических уровней, требуемых хостом, рис. 3. Этот тип интерфейса также позволяет работать устройствам с разными уровнями напряжения. вместе посредством связи между дифференциальными трансиверами. Все это работает вместе, чтобы преодолеть ухудшение сигнала, которое могло бы произойти с несимметричным приложением при больших расстояниях кабеля.
Ухудшение сигнала — не единственная проблема, возникающая при прокладке больших расстояний. Чем длиннее кабели внутри системы, тем выше вероятность того, что электрические шумы и помехи попадут на кабели и, в конечном счете, в электрическую систему. Когда шум проникает в кабель, он проявляется в виде напряжения различной величины, но преимущество использования сбалансированного кабеля с витой парой заключается в том, что шум попадает в кабель одинаково на каждой линии. Например, положительный всплеск в 1 вольт приведет к +1 В на A и +1 В на B. Поскольку дифференциальный приемник вычитает сигналы друг из друга, чтобы получить восстановленный сигнал, он будет игнорировать шум, показанный одинаково на обоих проводах. , Рисунок 4. Способность дифференциального приемника игнорировать напряжения, одинаковые на обеих сигнальных линиях, называется подавлением синфазного сигнала.
Одним из других основных преимуществ физического уровня RS-485 является спецификация напряжения сигнала. RS-485 не требует использования определенного напряжения на шине, а вместо этого определяет минимальное требуемое дифференциальное напряжение, которое представляет собой разность между напряжениями сигналов A и B. Для шины требуется минимальное дифференциальное напряжение +/- 200 мВ на приемнике, и, как правило, все устройства RS-485 будут иметь одинаковый диапазон входного напряжения, несмотря на передачу при различных напряжениях. Это означает, что любое устройство RS-485 способно принимать напряжение в диапазоне от -7 до 12 В, поэтому инженер может спроектировать хост-систему с любым напряжением передачи в этом диапазоне. Это позволяет разработчикам создавать системы RS-485, используя существующие напряжения на плате.
При этом важно проверить спецификации продукта, чтобы убедиться, что устройство поддерживает полный диапазон напряжения стандарта.
Например, энкодеры RS-485 компании CUI Devices используют 3,3 В на плате, поэтому они используют передатчик RS-485 3,3 В. Тем не менее, они также устойчивы к входному напряжению в диапазоне от 0 до 12 В. Это позволяет им без проблем использовать одну и ту же шину RS-485 при нескольких различных напряжениях передачи в диапазоне от 0 до 12 В, если минимальное дифференциальное напряжение составляет +/- 200 мВ. как на приемнике, так и на передатчике. Это особенно важно, потому что с увеличением длины кабеля падает напряжение на сигнальных линиях. Хост-устройство может передавать с дифференциальным напряжением +/- 1 В, но при большой длине кабеля это напряжение может уменьшиться до +/- 200 мВ, что вполне приемлемо для RS-485, рис. 5.9.0003 Рисунок 5: Минимальные уровни сигналов шины RS-485 Рисунок 6: Модель OSI с определенным физическим уровнем . RS-485 чаще всего используется как полудуплекс, как показано на рисунках выше, только с одной линией связи («A» и «B» как пара). В полудуплексном режиме устройства по очереди используют одну и ту же линию, где хост устанавливает контроль над шиной и отправляет команду всем остальным прослушивающим устройствам.
Предполагаемый получатель будет прослушивать свой адрес, а затем это устройство установит контроль и ответит. И наоборот, в полнодуплексной системе, такой как последовательный периферийный интерфейс (SPI) или универсальный асинхронный приемник-передатчик (UART), хост и ведомые устройства могут обмениваться данными одновременно, используя выделенные входные и выходные линии.
На уровне данных RS-485 обычно использует UART для последовательной связи, когда главный UART управляет и принимает последовательную связь в полнодуплексном режиме. Он подключен к дифференциальному приемопередатчику RS-485, который образует физический уровень и преобразует сигналы в полудуплексный дифференциальный формат для использования на шине RS-485. Затем хост свяжется с RS-485 через UART и сообщит трансиверу, когда переключаться между передачей и приемом. Ведомые устройства также будут использовать свой UART таким же образом.
UART, имеющий выделенные линии передачи и приема, позволяет ему работать в полнодуплексном, полудуплексном или даже симплексном режимах, что означает, что данные всегда передаются и поступают только по одной линии.
Поскольку RS-485 обычно является полудуплексным, подключенный к нему UART также будет работать в полудуплексном режиме.
Интерфейс UART является асинхронным, что означает, что связь не включает часы. Главное и подчиненное устройства должны использовать свои собственные внутренние часы, и оба устройства должны знать, с какой тактовой частотой будут передаваться данные. Это отличается от синхронной системы, такой как последовательный периферийный интерфейс (SPI), где одна из сигнальных линий содержит часы, по которым прослушивающее устройство на шине может захватывать данные.
Кроме того, UART обычно имеет обычный формат , который будет использовать большинство устройств, но многие параметры можно настроить для изменения нормы. В состоянии простоя UART находится под высоким напряжением, поэтому для начала передачи UART использует низкий импульс, называемый стартовым битом, за которым следуют 8 бит данных, и завершается высоким стоповым битом, рис.
8.
Хост-процессор будет использовать вывод ввода-вывода для перевода приемопередатчика RS-485 в режим передачи и пошлет байт из линии TX UART в линию данных (D или DI) приемопередатчика RS-485. Приемопередатчик преобразует несимметричный битовый поток UART в дифференциальный битовый поток на линиях A и B, рис. 3. Сразу после того, как данные покидают приемопередатчик, хост переключает приемопередатчик в режим приема. Ведомая система идентична, что означает, что ведомый приемопередатчик RS-485 принимает входящий поток битов, преобразует его в несимметричный сигнал и отправляет его на главное устройство через линию приема UART ведомого устройства. Когда ведомое устройство готово ответить, оно передает так же, как изначально делал хост, в то время как хост теперь получает, рис. 9.
Рисунок 9: Хост отправляет команду через шину RS-485, а ведомое устройство отвечает Рисунок 10: Модель OSI с определенным уровнем канала передачи данных автобус. Поскольку RS-485 — это в основном электрическая спецификация, на этом разговор можно было бы закончить, но, поскольку он поддерживает многоабонентскую связь, необходимо учесть его в модели OSI.
Не существует установленной спецификации для адресации сетевого уровня, но мастер должен надлежащим образом управлять шиной RS-485, чтобы избежать коллизий шин. Коллизии шины происходят, когда несколько устройств пытаются обмениваться данными одновременно, что может быть очень вредным для сети. Когда происходят коллизии, передатчики конфликтуют на обоих концах, и фактически оба создают короткие замыкания. Это приводит к тому, что каждое устройство потребляет большое количество тока, что может привести к отключению трансивера из-за перегрева.
Чтобы избежать коллизий, мастер управляет шиной и звонит отдельным устройствам. Чаще всего это достигается за счет наличия набора команд, который распознают только определенные устройства, или за счет наличия определенных адресов для каждого устройства. Поскольку шина является общей для всех устройств, каждое устройство увидит команду/адрес, отправляемые ведущим, но ответит только тогда, когда это отдельное устройство будет подтверждено.
Модель OSI — это не набор правил, а скорее модель, помогающая инженерам характеризовать системы. RS-485 хорошо вписывается в первые три уровня модели OSI, а фактическая реализация шины определяется на прикладном уровне. Этот уровень охватывает адреса или наборы команд, используемые устройствами, а также интерпретацию данных. Это также включает в себя то, сколько данных разработчик может получить обратно, и управление самой шиной.
Например, приложение для кодировщика CUI Devices RS-485 будет хостом, запрашивающим абсолютное положение от устройства. Когда хост отправляет команду положения энкодера (адрес), энкодер отвечает двумя полными байтами. Затем хост расшифровывает эти байты, чтобы понять, что такое абсолютная позиция, при этом определяя, как часто отправлять команды и на какие устройства он хочет их отправлять. Проще говоря, прикладной уровень — это 9-й уровень.0029 реализация шины RS-485.
Поскольку стандарт RS-485 определяет только физический уровень и уровень канала передачи данных с требованием адресации, прикладной уровень может использовать различные проприетарные или открытые протоколы связи. Инженеры могут использовать существующие протоколы, такие как Modbus, или они могут определить свои собственные для своего приложения. Например, кодировщики CUI Devices используют очень упрощенную структуру адресации для подтверждения устройств, что обеспечивает быстрое выполнение и минимальное время обработки. Адрес каждого энкодера — это только шесть старших битов в байте, а младшие два бита — это команда. Это позволяет энкодеру начать свой ответ после получения всего одного байта от ведущего устройства, что обеспечивает малое время обработки, что имеет решающее значение в приложениях управления движением.
Рис. 12. Полное определение модели OSI используют протокол быстрого позиционирования, который позволяет кодировщику сообщать позицию в течение одного байта.
Как описано выше, этот формат поддерживает 64 уникальных адреса кодировщика. Адрес энкодера — это старшие 6 бит в байте, а младшие 2 бита — это команда. Эти адреса настраиваются с помощью программного обеспечения CUI Devices AMT Viewpoint™ и модуля программирования. Эти энкодеры имеют различные команды в зависимости от их версии, при этом все устройства поддерживают расширенные команды, такие как сброс или установка нулевой позиции.
Рис. 13. Формат адресации энкодера RS-485 устройств CUI.
| Младшие два бита | Шестнадцатеричный | Команда |
|---|---|---|
| 00 | 0x00 | Чтение позиции |
| 01 | 0x01 | Чтение счетчика оборотов (только для многооборотных энкодеров) |
| 10 | 0x02 | Указывает расширенную команду |
| 11 | 0x03 | Зарезервировано |
Абсолютные энкодеры устройств CUI имеют разрешение 12 или 14 бит, однако все они отвечают двумя полными байтами на каждый запрос положения.
Два полных байта составляют 16 бит, что позволяет кодировщику использовать два старших бита для вычисления контрольной суммы. Эта часть прикладного уровня позволяет хосту проверять данные, передаваемые кодером. Для 12-битных энкодеров передача будет иметь контрольные биты в двух старших битах, причем нижние два бита равны нулю, а 12 битов между ними содержат данные о положении.
Эти абсолютные энкодеры также доступны с многооборотной поддержкой, чтобы они могли подсчитывать количество оборотов. Это 14-битный счетчик со знаком, и данные передаются так же, как и позиция с двумя верхними битами, содержащими контрольную сумму. Поскольку счетчик со знаком , он может считать положительные и отрицательные повороты, но за счет одного бита данных. Это означает, что он может считать от -8192 до 8191.
Абсолютные энкодеры устройств CUI также доступны в высокоскоростной версии, работающей на скорости 2 Мбит/с с временем переключения, близким к 3 микросекундам. Однако для приложений, которые не могут справиться с высокими требованиями к скорости и времени, доступны версии с регулируемой скоростью передачи данных.
Эти версии дают пользователям возможность выбирать частоты из списка с помощью AMT Viewpoint и модуля программирования, что упрощает реализацию, когда высокая скорость не требуется.
Поддерживая высокие скорости, большие расстояния кабелей, устойчивость к электрическим помехам и несколько устройств на одной шине, RS-485 стал популярным последовательным интерфейсом в поворотных энкодерах благодаря своей универсальности в широком диапазоне приложений. Разработчики, желающие использовать энкодеры с интерфейсом RS-485, могут извлечь пользу из понимания деталей, изложенных выше, включая его различные уровни, реализацию и передовой опыт в общесистемной связи. Предлагая дополнительную надежность и промышленную надежность, абсолютные энкодеры AMT на емкостной основе с интерфейсом RS-485 от CUI Devices являются интригующим вариантом для приложений управления движением благодаря их высокой точности, низкому потреблению тока и устойчивости к загрязнениям окружающей среды.
Ref: Texas Instruments
Короче говоря, RS485 — это стандарт , определяющий электрические характеристики последовательных линий для использования в системах последовательной связи . По сути, это форма последовательной связи . Это может показаться сложным для тех, кто не знает, что такое последовательная связь, поэтому вот объяснение.
В этой статье мы рассмотрим:
Последовательная связь — это способ отправки данных. Это похоже на универсальную последовательную шину (USB) или Ethernet, которую мы можем найти во многих наших современных компьютерах.
Производственные предприятия используют последовательную связь для соединения своих устройств друг с другом. Как уже упоминалось, примером последовательной связи является RS485.
Почему бы компаниям просто не использовать USB или Ethernet для передачи данных между своими устройствами? По сравнению с последовательной связью USB и Ethernet значительно сложнее и дороже . Последовательная связь также имеет детерминированное поведение, позволяющее избежать коллизий пакетов данных , что делает ее более надежной для системы связи со многими устройствами. В конечном счете, можно представить себе, что последовательная связь более приспособлена для такого использования по сравнению с обычным USB и Ethernet.
Существуют различные стандарты последовательной связи, такие как RS232, RS422 и RS485. Наиболее широко используемый стандарт связи — RS232. Основное различие между ними заключается в аппаратной части.
Подробнее о различиях между RS485 и RS232 можно узнать здесь.
О RS485Существует множество стандартов последовательной связи, и RS485, также известный как TIA-485 (-A) или EIA-485, , является лишь одним из них. Этот стандарт является продуктом совместных усилий Ассоциации телекоммуникационной промышленности и Альянса электронной промышленности (TIA/EIA). Он известен тем, что может эффективно использоваться на больших расстояниях и в средах с электрическим шумом. Благодаря этому, а также возможности передавать данные на большие расстояния, RS485 обычно используется в качестве протокола для POS, промышленности и телекоммуникаций. RS485 также широко используется в компьютерах, ПЛК, микроконтроллерах и интеллектуальных датчиках в научных и технических приложениях.
RS485 используется в большей степени в промышленности, где необходимо соединить множество устройств в систему. Тем не менее, любители Arduino и Raspberry Pi также используют его для некоторых своих проектов, когда к плате необходимо подключить несколько периферийных устройств.
RS485 используется во многих компьютерных системах и системах автоматизации . Некоторыми примерами являются робототехника, базовые станции, моторные приводы, видеонаблюдение, а также бытовая техника. В компьютерных системах для передачи данных между контроллером и дисководом используется RS485. В салонах коммерческих самолетов также используется RS485 для низкоскоростной передачи данных. Это связано с минимальной необходимой проводкой из-за требований к конфигурации проводки RS485.
RS485, однако, чаще всего используется в программируемых логических контроллерах и заводских цехах , где много электрических помех. RS485 используется в качестве физического уровня для многих стандартов и проприетарных протоколов автоматизации для реализации систем управления , чаще всего Modbus.
Modbus — самый популярный в мире протокол автоматизации на рынке. Разработанный Modicon протокол Modbus позволяет использовать различные устройства от различных производителей , чтобы быть интегрированным в основную систему.
В большинстве реализаций Modbus используется RS485 из-за возможности больших расстояний, более высоких скоростей и нескольких устройств в одной сети.
Ref: Open4Tech
Устройства Modbus взаимодействуют с использованием технологии Master-Slave, при которой только одно устройство (Master) может инициировать транзакции (запросы AKA). Другие устройства (подчиненные) отвечают, передавая запрошенные данные ведущему или выполняя действие, запрошенное в запросе. Вся эта система позволяет производственным предприятиям удаленно управлять своими устройствами, а также настраивать автоматизацию.
RS485 также используется на концертных площадках для управления освещением и системами, такими как показанная ниже.
Ref: Harman
RS485 также широко используется для автоматизации зданий, поскольку простая конфигурация проводки и большая длина кабеля идеально подходят для подключения удаленных устройств . Обычно он используется для управления системами видеонаблюдения и связывания панелей управления безопасностью с такими устройствами, как считыватели карт контроля доступа.
Ref: lammertbies
В стандарте RS485 данные передаются по двум скрученным вместе проводам , также называемым «кабелем витой пары» . Витые пары в RS485 обеспечивают невосприимчивость к электрическим помехам, что делает RS485 жизнеспособным в средах с электрическими шумами.
RS485 по своей сути с 2 проводами обеспечивает полудуплексную передачу данных. Это означает, что данные могут передаваться в обоих направлениях на устройства и обратно в одном направлении за раз . Добавляя еще 2 провода, превращая систему в 4-проводную, она позволяет передавать данные в обоих направлениях в оба направления на устройства и обратно в одно и то же время , что также известно как полнодуплексный режим. Однако в полнодуплексной настройке они ограничены связью между ведущим и ведомым, когда ведомые устройства не могут взаимодействовать друг с другом.
Двухпроводная полудуплексная система
Ref: Windmill
TX и RX относятся к передаваемому сигналу и получили сигнал соответственно. Это также представлено ориентацией треугольников.
В этой конфигурации и TX, и RX совместно используют одну пару проводов , поэтому она ограничена полудуплексной передачей данных, поскольку данные не могут передаваться одновременно на каждое устройство и обратно.
4-проводная полнодуплексная система
Ref: Windmill
Аналогично, TX и RX относятся к переданный сигнал и принятый сигнал соответственно. Это также представлено ориентацией треугольников.
На этот раз и TX, и RX имеют свои собственные 2 провода для передачи данных. Это означает, что данные могут быть одновременно переданы и получены между устройствами.
Ref: Robotiq
Устройства будут связаны друг с другом через конфигурацию шины, как показано на рисунке выше.
Вот подробные характеристики RS485.
| RS485 | ||
| Система напряжения | Дифференциал | |
Всего приводной| Конфигурация линии | Многоточечная | |
| Максимальное рабочее расстояние | 1200 м / 3000 футов | |
| 10MBit/s | ||
| Duplex Mode | Half Duplex or Full Duplex | |
| Maximum Driver Output Voltage | -7V to +12V | |
| Receiver Input Resistance | 12 кОм | |
| Диапазон входного напряжения приемника | от -7 В до +12 В | |
| Чувствительность приемника | 3 2892 мВ мВ0124 Преимущества RS485 Основными преимуществами RS485 по сравнению с другими последовательными коммуникациями являются устойчивость к электрическим помехам, протяженность кабеля, наличие нескольких ведомых устройств в одном соединении и высокая скорость передачи данных. RS485 имеет много преимуществ по сравнению с другими стандартами, особенно когда речь идет о приложениях в шумных промышленных условиях. Конструкция RS485 направлена на то, чтобы он был устойчивым и прощающим шумам и длинным кабелям с витой парой. Он позволяет использовать кабель длиной до 1200 м/4000 футов . Другим важным преимуществом является то, что в соединении может быть более одного ведомого устройства. В систему можно подключить до 32 ведомых устройств . Это отлично подходит для систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), где есть много устройств, а также очень низкая стоимость реализации. Ref: Robotiq Кроме того, данные могут передаваться со скоростью до 10 Мбит/с, что быстрее, чем большинство стандартов. Эти преимущества по сравнению с другими альтернативами сделали RS485 популярным и широко используемым. Инструменты RS485 Как уже упоминалось, RS485 используется для связи устройств вместо других средств, поскольку он обеспечивает значительные преимущества.
Регистратор данных SenseCAP S2100 может собирать данные с нескольких датчиков и передавать данные через сеть LoRaWAN. Это преобразователь LoRaWAN, который преобразует те датчики, которые не питаются от LoRa, в датчики с поддержкой LoRa и, следовательно, передает данные по протоколу LoRaWAN. Вы можете легко пользоваться такими преимуществами, как низкое энергопотребление и большая дальность передачи, не тратя деньги на замену используемых датчиков. Оптимален для использования вне помещений, когда требуются надежные данные, собираемые годами. С Bluetooth 5.0 для легкой настройки и обновления прошивки, он также совместим с широким диапазоном частот (863 МГц ~ 928 МГц), различные шлюзы и сетевые серверы LoRaWAN. SenseCAP Промышленный регистратор данных 4G с протоколом MODBUS-RTU RS485
SenseCAP — это беспроводная сенсорная платформа, разработанная специально для промышленного Интернета вещей, с приложениями в интеллектуальном сельском хозяйстве, умных городах и других сценариях зондирования окружающей среды. Он состоит из аппаратных продуктов (например, датчиков, регистраторов данных и шлюзов), программных сервисов (портал SenseCAP, мобильное приложение, открытая информационная панель) и API для управления системой и данными. SenseCAP совместим с различными протоколами связи, включая LoRa, 2G, 4G, NB-IoT и другими. Промышленный разветвитель/концентратор Modbus RS485 IP68 1-к-4Вышеупомянутый концентратор датчиков SenseCAP на складе имеет только 4 порта для подключения датчиков RS485, несмотря на то, что он может поддерживать до 32 различных датчиков RS485. Здесь на помощь приходит разветвитель/концентратор RS485 1-to-4! Разработанный для использования с концентратором датчиков SenseCAP, этот разветвитель может «разделить» один порт MODBUS RS485 на 4. Разветвитель RS485 имеет один интерфейс «папа», который подключается к концентратору датчиков, и четыре интерфейса «мама», которые подключаются к датчикам. Разъем, который часто используется на открытом воздухе в суровых условиях, имеет влагозащиту и пыленепроницаемость по стандарту IP68. Это значит, что он защищен от контакта со всеми частицами пыли, а также водяными струями высокого давления! Он также обладает защитой от ультрафиолета и дождя, что делает его пригодным для длительного использования на открытом воздухе.
Компания Seeed считает, что Интернет вещей (IoT) станет новым классом цифровых и физических инфраструктур, которые сделают общество более интеллектуальным. Предлагая лучшие в своем классе решения IIoT, созданные с использованием продуктов и услуг премиум-класса, Seeed стремится обслуживать интеллектуальное сельское хозяйство, умные метеостанции, умные города и другие сценарии с учетом окружающей среды. Наш ассортимент продуктов IIoT широк, с различными датчиками и концентраторами для разных сценариев и требований. Узнайте больше о наших различных решениях для IIoT здесь! Какой выбрать?Их основное отличие сводится к тому, что один поддерживает только RS485, а другой также поддерживает RS232 и TTL. Если вы абсолютно уверены, что вы используете только RS485 , то вы не будете разочарованы первыми 0144 . Однако, если вы хотите поэкспериментировать, более поздний предоставит вам большую универсальность . Сводка RS485 предназначен для последовательной связи с на высоких скоростях, поддержки больших расстояний и поддержки нескольких устройств (ведомых) . |
Однако что, если вы хотите использовать RS485 в своих проектах , но ваше устройство поддерживает только USB ? Не волнуйтесь. Доступны инструменты, которые можно использовать для преобразования портов USB в RS485.
Он имеет срок службы батареи до 10 лет и может покрывать дальность передачи 2 км в городских условиях и 10 км в условиях прямой видимости.
д.).
Узнайте больше здесь!
Краеугольным камнем этой сложной системы является надежная сеть физических датчиков!