Jaka jest koncepcja interfejsu RS485?
Krótko mówiąc, jest to standard charakterystyki elektrycznej zdefiniowany przez Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego i Stowarzyszenie Przemysłu Elektronicznego. Cyfrowa sieć komunikacyjna korzystająca z tego standardu może skutecznie przesyłać sygnały na duże odległości i w środowiskach o wysokim poziomie szumu elektronicznego. RS-485 umożliwia konfigurowanie tanich sieci lokalnych i wielooddziałowych łączy komunikacyjnych.
RS485 ma dwa rodzaje okablowania: system dwuprzewodowy i system czteroprzewodowy. System czteroprzewodowy umożliwia jedynie komunikację punkt-punkt i obecnie jest rzadko używany. Obecnie najczęściej stosowana jest metoda okablowania systemu dwuprzewodowego.
W inżynierii słabego prądu komunikacja RS485 zazwyczaj przyjmuje metodę komunikacji master-slave, to znaczy jeden host z wieloma urządzeniami podrzędnymi.
Jeśli dogłębnie zrozumiesz RS485, przekonasz się, że kryje się w nim naprawdę dużo wiedzy. Dlatego wybierzemy pewne kwestie, które zwykle rozważamy w przypadku słabej energii elektrycznej, aby każdy mógł je poznać i zrozumieć.
Przepisy elektryczne RS-485
Ze względu na rozwój RS-485 z RS-422, wiele przepisów elektrycznych RS-485 jest podobnych do RS-422. Jeżeli przyjęto transmisję zbalansowaną, do linii przesyłowej należy podłączyć rezystory terminujące. RS-485 może przyjmować metody dwuprzewodowe i czteroprzewodowe, a system dwuprzewodowy może osiągnąć prawdziwą wielopunktową komunikację dwukierunkową, jak pokazano na rysunku 6.
W przypadku połączenia czteroprzewodowego, takiego jak RS-422, możliwa jest tylko komunikacja punkt-punkt, co oznacza, że może być tylko jedno urządzenie główne, a pozostałe to urządzenia podrzędne. Ma jednak ulepszenia w porównaniu do RS-422 i może podłączyć do magistrali 32 więcej urządzeń, niezależnie od metody połączenia cztero- czy dwuprzewodowego.
Napięcie wyjściowe RS-485 w trybie wspólnym wynosi od -7V do +12V, a minimalna impedancja wejściowa odbiornika RS-485 wynosi 12k. Sterownik RS-485 może być stosowany w sieciach RS-422. RS-485, podobnie jak RS-422, charakteryzuje się maksymalną odległością transmisji wynoszącą około 1219 metrów i maksymalną szybkością transmisji 10 Mb/s. Długość zbalansowanej skrętki jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości transmisji, a podaną maksymalną długość kabla można zastosować tylko przy prędkości poniżej 100 kb/s. Najwyższą prędkość transmisji można osiągnąć jedynie na bardzo małą odległość. Ogólnie rzecz biorąc, maksymalna szybkość transmisji skrętki o długości 100 metrów wynosi tylko 1 Mb/s. RS-485 wymaga dwóch rezystorów zakończeniowych o wartości rezystancji równej impedancji charakterystycznej kabla transmisyjnego. Podczas transmisji na odległość prostokątną nie ma potrzeby stosowania rezystora terminującego, który generalnie nie jest wymagany poniżej 300 metrów. Rezystor terminujący jest podłączony na obu końcach magistrali transmisyjnej.
Kluczowe punkty instalacji sieciowej RS-422 i RS-485
RS-422 może obsługiwać 10 węzłów, podczas gdy RS-485 obsługuje 32 węzły, więc wiele węzłów tworzy sieć. Topologia sieci zazwyczaj przyjmuje strukturę magistrali dopasowaną do terminala i nie obsługuje sieci pierścieniowych ani gwiazdowych. Budując sieć, należy zwrócić uwagę na następujące punkty:
1. Użyj skrętki dwużyłowej jako magistrali i połącz każdy węzeł szeregowo. Długość linii wychodzącej od magistrali do każdego węzła powinna być jak najkrótsza, aby zminimalizować wpływ sygnału odbitego w linii wychodzącej na sygnał magistrali.
2. Należy zwrócić uwagę na ciągłość impedancji charakterystycznej magistrali, a przy Klasyfikacji nieciągłości impedancji nastąpi odbicie sygnału. Następujące sytuacje mogą łatwo doprowadzić do tej nieciągłości: różne sekcje magistrali korzystają z różnych kabli, lub w pewnym odcinku magistrali jest zbyt wiele nadajników-odbiorników zainstalowanych blisko siebie, lub do magistrali prowadzone są zbyt długie odgałęzienia.
Krótko mówiąc, jako magistralę należy zapewnić pojedynczy, ciągły kanał sygnałowy.
Jak uwzględnić długość kabla transmisyjnego przy korzystaniu z interfejsu RS485?
Odpowiedź: W przypadku korzystania z interfejsu RS485 maksymalna długość kabla dozwolona do transmisji sygnału danych z generatora do obciążenia określoną linią transmisyjną jest funkcją szybkości sygnału danych, która jest ograniczona głównie przez zniekształcenia sygnału i szum. Krzywą zależności między maksymalną długością kabla a szybkością sygnału pokazaną na poniższym rysunku uzyskano przy użyciu skrętki telefonicznej z miedzianym rdzeniem 24AWG (o średnicy drutu 0,51 mm) i pojemności obejściowej między liniami wynoszącej 52,5PF/M. i rezystancję obciążenia zacisku 100 omów.
Gdy szybkość sygnału danych spadnie poniżej 90 Kbit/S, zakładając maksymalną dopuszczalną utratę sygnału 6 dBV, długość kabla jest ograniczona do 1200 M. W rzeczywistości krzywa na rysunku jest bardzo konserwatywna i w praktyce można uzyskać większą długość kabla.
W przypadku stosowania kabli o różnych średnicach drutu. Maksymalna uzyskana długość kabla jest inna. Na przykład, gdy szybkość sygnału danych wynosi 600 Kbit/S i używany jest kabel 24AWG, z rysunku widać, że maksymalna długość kabla wynosi 200 m. Jeśli używany jest kabel 19AWG (o średnicy drutu 0,91 mm), długość kabla może przekraczać 200 m; Jeśli używany jest kabel 28AWG (o średnicy drutu 0,32 mm), długość kabla może być mniejsza niż 200 m.
Jak osiągnąć wielopunktową komunikację RS-485?
Odpowiedź: W danym momencie tylko jeden nadajnik może wysyłać sygnał po magistrali RS-485. Tryb półdupleksowy, z tylko jednym urządzeniem master-slave. W trybie pełnego dupleksu stacja główna może zawsze wysyłać, a stacja podrzędna może wysyłać tylko raz. (Kontrolowane przez i DE)
W jakich warunkach należy zastosować dopasowanie terminali do komunikacji przez interfejs RS-485? Jak określić wartość rezystancji? Jak skonfigurować rezystory dopasowujące zaciski?
Odpowiedź: W przypadku transmisji sygnału na duże odległości zazwyczaj konieczne jest podłączenie rezystora dopasowującego terminal po stronie odbiorczej, aby uniknąć odbicia sygnału i echa. Wartość rezystancji dopasowania zacisku zależy od charakterystyki impedancji kabla i jest niezależna od długości kabla.
RS-485 zazwyczaj wykorzystuje skrętkę dwużyłową (ekranowaną lub nieekranowaną), z rezystancją końcową zwykle od 100 do 140 Ω, typową wartością 120 Ω. W rzeczywistej konfiguracji do każdego z dwóch węzłów końcowych kabla, najbliższego i najdalszego, podłączony jest jeden rezystor końcowy, natomiast węzeł środkowy nie może być podłączony do rezystora końcowego, w przeciwnym razie wystąpią błędy w komunikacji.
Dlaczego interfejs RS-485 nadal wysyła dane z odbiornika, gdy komunikacja jest zatrzymana?
Odpowiedź: Ponieważ RS-485 wymaga wyłączenia wszystkich sygnałów sterujących możliwością transmisji i umożliwienia odbioru po wysłaniu danych, sterownik magistrali wchodzi w stan wysokiej rezystancji, a odbiornik może monitorować, czy na magistrali znajdują się nowe dane komunikacyjne.
W tym momencie magistrala znajduje się w stanie napędu pasywnego (jeżeli magistrala ma rezystancję dopasowującą na zaciskach, poziom różnicy linii A i B wynosi 0, wyjście odbiornika jest niepewne i jest wrażliwe na zmianę sygnału różnicowego na linia AB; jeśli nie ma dopasowania zacisków, magistrala znajduje się w stanie wysokiej impedancji, a sygnał wyjściowy odbiornika jest niepewny), więc jest podatny na zakłócenia zewnętrzne. Gdy napięcie szumu przekroczy próg sygnału wejściowego (typowa wartość ± 200 mV), odbiornik wyśle dane, powodując, że odpowiedni UART otrzyma nieprawidłowe dane, powodując późniejsze normalne błędy komunikacji; Inna sytuacja może wystąpić w momencie włączenia/wyłączenia kontroli umożliwienia transmisji, co spowoduje, że odbiornik wyprowadzi sygnał, co może również spowodować nieprawidłowy odbiór UART. Rozwiązanie:
1) W magistrali komunikacyjnej metoda podciągania (linia A) na tej samej stronie wejściowej fazy i ciągnięcia w dół (linia B) na przeciwległym końcu wejściowej fazy służy do zaciskania szyny, zapewniając, że wyjście odbiornika będzie na poziomie naprawiono poziom „1”; 2) Wymień obwód interfejsu na produkty interfejsu serii MAX308x z wbudowanym trybem zapobiegania awariom; 3) Eliminacja za pomocą oprogramowania, czyli dodanie 2-5 początkowych bajtów synchronizacji w pakiecie danych komunikacyjnych, dopiero po spełnieniu nagłówka synchronizacji można rozpocząć rzeczywistą transmisję danych.
Tłumienie sygnału RS-485 w kablach komunikacyjnych
Drugim czynnikiem wpływającym na transmisję sygnału jest tłumienie sygnału podczas transmisji kablowej. Kabel transmisyjny można postrzegać jako równoważny obwód składający się z kombinacji rozproszonej pojemności, rozproszonej indukcyjności i rezystancji.
Rozproszona pojemność C kabla jest generowana głównie przez dwa równoległe przewody skrętki. Opór drutu ma tutaj niewielki wpływ na sygnał i można go zignorować.
Wpływ rozproszonej pojemności na wydajność transmisji magistrali RS-485
Rozproszona pojemność kabla jest generowana głównie przez dwa równoległe przewody skrętki. Ponadto pomiędzy przewodem a ziemią występuje również rozproszona pojemność, która choć jest bardzo mała, nie może zostać pominięta w analizie. Wpływ rozproszonej pojemności na wydajność transmisji magistrali wynika głównie z transmisji sygnałów podstawowych na magistrali, które można wyrazić jedynie w sposób „1” i „0”. W specjalnym bajcie, takim jak 0x01, sygnał „0” zapewnia wystarczający czas ładowania rozproszonego kondensatora. Jednak gdy nadejdzie sygnał „1”, ze względu na ładunek w rozproszonym kondensatorze nie ma czasu na rozładowanie, a (Vin+) - (Vin -) - jest nadal większe niż 200mV. Powoduje to, że odbiornik błędnie wierzy, że jest to „0”, co ostatecznie prowadzi do błędów weryfikacji CRC i całego błędu transmisji ramki danych.
Ze względu na wpływ dystrybucji na magistralę pojawiają się błędy w transmisji danych, co skutkuje spadkiem ogólnej wydajności sieci. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tego problemu:
(1) Zmniejsz prędkość transmisji danych;
(2) Aby poprawić jakość linii przesyłowych, należy używać kabli z małymi rozproszonymi kondensatorami.
Śledź CF FIBERLINK, aby dowiedzieć się więcej na temat wiedzy specjalistycznej w zakresie bezpieczeństwa!!!
Stwierdzenie: Udostępnianie wszystkim treści wysokiej jakości jest ważne. Niektóre artykuły pochodzą z Internetu. Jeśli wystąpią jakiekolwiek naruszenia, daj nam znać, a my zajmiemy się nimi tak szybko, jak to możliwe.
Czas publikacji: 6 lipca 2023 r