Передача информации между устройствами осуществляется с помощью специального протокола или интерфейса. Иногда требуется передавать данные на расстояние до нескольких километров. Одним из самых популярных интерфейсов для передачи информации, является RS-485.
Что такое RS-485?
Стандарт RS-485 подразумевает отправку данных одного или нескольких устройств на главный терминал. Хороши примером работы такой системы будет получение информации от микропроцессорных терминалов. Они подключены между собой и к главному диспетчеру.
Все данные передаются в режиме реального времени. В случае поломки или срабатывания защиты, на главный компьютер поступает соответствующие сообщение. Тогда, оператор может увидеть на каком именно терминале произошла неполадка и быстро ее устранить.
Кроме того, на главном компьютере отображаются характеристики всех терминалов. К ним относится температура, производительность. Также можно увидеть, какие именно девайсы включены или отключены.
Этот интерфейс связи необходим для обработки команд. Так, оператор совершает определенные действия, которые стандарт преобразовывает в машинный язык. После этого все команды передаются на указанный терминал и происходит обратное преобразование.
Интерфейс RS-485 допускает до 32 приемопередатчиков на один сегмент сети. Длина может достигать 1200 метров. Максимальное количество узлов составляет 256. Для лучшей передачи данных нужно использовать витую пару.
Принцип связи между устройствами
Компоненты сети соединяются двумя проводами, используя балансный (дифференциальный) метод подключения. При таком способе сигнал передается по двум проводам. Если один из проводников обозначить буквой «A», а второй «B», то информация будет передаваться по A в исходном виде, а по B —в инвертированном. Если на проводе A максимальное значение, то на B — минимальное.
Поэтому всегда существует разность значений напряжения между проводами A и B. Итоговая информация считывается в точке приема по этому показателю.
Благодаря дифференциальному способу передачи, достигается высокая помехоустойчивость к электромагнитным помехам. Так как витая пора состоит из двух проводников сигнала, расположенных близко к друг другу, то любая наводка действует практически одинаково на них. Если произошло изменение амплитуды на проводе A, то настолько же изменился инвертированный сигнал на B.
Но значение имеет не величина напряжения относительно земли на одном из проводов, а разность потенциалов между ними, которая не изменится, и полезная информация не исказится.
Напряжение относительно земли может быть от -7 В до +12 В. Значения от 200 мВ до 12В приемники на линии воспринимают как логическую 1, от -7 В до -200 мВ — как логический 0. Балансное напряжение на выходе должно быть не менее 1,5 В. Приемник реагирует на величины от 200 мВ.
В рассматриваемом стандарте большая разность потенциалов позволяет передавать управляющие сигналы на длинные расстояния. В RS-482 максимальная длина линии достигает 1200 метров при скорости обмена данными около 100 кбит/с.
Описание интерфейса
Стандарт имеет несколько основных характеристик. Обмен данными происходит в полудуплексном режиме. При этом используется одна двухпроводная линия связи. Интерфейс применяется в промышленности во время создания автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Количество подключаемых устройств
Значение данной характеристики вычисляется из расчета количества оборудования на одну линию связи. Здесь число может варьироваться в зависимости от сопротивления приемника. В одной линии связи может присутствовать до 32 устройств. Приемник может иметь входное сопротивление 1/2, 1/4, 1/8. От этого числа зависит и конечное количество устройств. Так, его можно увеличить в 2, 4 или 8 раз.
Расстояние и скорость
Максимальное расстояние подключаемых устройств зависит от скорости передачи информации. Это необходимо учитывать перед подключением. Так, при скорости 10 Мб/с расстояние будет составлять 120 метров. При скорости 100 Мб/с можно размещать оборудование на расстоянии до 1200 метров.
Протоколы передачи и разъемы
Для передачи информации используются стандартные фреймы:
- стартовый бит;
- стоповый бит;
- биты данных.
Принцип действия протоколов обмена системы состоит в «ведущий-ведомый». Главное устройство инициирует и контролирует передачу данных между остальными.
Стандартом не предусмотрено обозначение типа соединителей. Это же относится и к распайке. Так, можно встретить различные соединители, например, DB9 или клеммные.
Порядок обмена данными по RS-485
Несколько устройств подключаются между собой с помощью цепочки кабелей. Для обмена информации необходим специальный протокол. Чаще всего используется Modbas.
Например, есть несколько устройств, которые собирают информацию. Раз в месяц они должны передать все данные в центральный компьютер. Для этого главное устройство оформляет запрос. Каждый терминал имеет свой порядковый номер. Эти цифры будут идти первыми в запросе. Если команда не совпадает с номером терминала, то он будет его игнорировать.
Следующие цифры в запросе отвечают за действие, которое должно произвести устройство. Например, передача информации. Таким образом, команда дойдет до нужного терминала и будет выполнена нужная операция.
В некоторых случаях запрос не доходит до устройства. Происходит сбой на линии или помехи. Для исключения помех используется контрольная сумма. Это некий набор цифр, который присутствует в запросе. Также, он есть и на самом оборудовании. Таким образом можно проверить, достигла ли команда конечной цели.
Требования к кабельным соединениям
При подключении интерфейса RS-485 нужно соблюдать некоторые требования. Требуется две пары кабелей «витая пара». Однако, для обмена информации достаточно и одной. Вторая пара используется в качестве резерва.
Чтобы уменьшить помехи, необходимо экранировать кабели. Экраны следует соединить по всей длине линии. Заземлять провод нужно только в одном месте. В противном случае возникнут наводки, из-за разницы потенциала в двух точках. Они пройдут по всей длине экрана.
С самим подключением кабелей проблем возникнуть не должно. Однако, программная часть соединения устройств гораздо сложнее. Здесь лучше доверить работу профессионалам.
Распиновка RS-485
Наиболее часто для соединения устройств в стандарте RS-485 используется разъем DB-9, мама (F) или папа (M).
Схема контактов выглядит так:
Разъем DB-25 также используется в соединениях RS-485:
Соответствие между DB-9 и DB-25:
Маркировка обозначает следующее:
- GND — земля;
- DCD — обнаружение устройства готового к передаче;
- DSR — вход, который информирует, что все предварительные настройки выполнены, приемопередатчик готов к работе;
- DTR — выход, посылающий сигнал DSR;
- CTS — вход, который сообщает передатчику, что приемник готов к получать данные по TXD;
- RTS — выход трансмиттера, отправляющего CTS ресиверу;
- RD или RXD — асинхронный вход, принимающий информацию;
- TD или TXD — асинхронный выход, отправляющий данные;
- RI — вход, сообщающий ресиверу о запросе от передатчика.
Для стандарта используются 3 контакта в разъеме:
Схемы подключений
Интерфейс RS-485 может работать в режиме полного дуплекса или полудуплекса. В первом случае устройство может одновременно передавать и получать данные. Полудуплекс подразумевает только одно из действий.
Режим полного дуплекса предполагает наличие 4 контактов. Он имеет следующую схему подключения:
Схема подключения полудуплексного RS 485 с 2 контактами:
Правильная разводка сетей
На первом рисунке находится один трансмиттер и один ресивер. Установлены терминаторы.
На следующем рисунке обозначены 1 передатчик и несколько приемников. Ответвления к ресиверам короткие.
Сложная схема с несколькими приемопередатчиками. Также нужно подключать их к сети короткими проводами.
Неправильные подключения
На рисунке изображена сеть без согласующего резистора. Такое подключение искажает сигнал.
На следующем изображении есть терминаторы, но один расположен неверно, не в конце сети.
Далее показана цепь с длинными ответвлениями, что тоже расстраивает всю систему.
RS-232 и RS-485
Интерфейс RS-232 состоит из передатчика и приемника сигнала. Данный стандарт применяются в небольших сетях. Его главным недостатком является плохая помехоустойчивость. Все дело в том, что данные формируются относительно земли. Это приводит к частым сбоям и потере информации.
Часто RS-232 используется для временного подключения. С его помощью можно настроить начальную конфигурацию или исправить возникшие ошибки.
Данный интерфейс имеет полудуплексный режим связи. Вход приемника соединяется с выходом передатчика. Прием и передача может осуществляться в одно и то же время.
В целом, если обобщить, отличаются 2 интерфейса по следующим параметрам:
- Дистанция. У RS-232 она составляет 15 м, а у конкурента — 1200 м.
- Количество подключаемых устройств. 1 против 256 у RS-485.
- RS-232 подвержен сильным искажениям при электромагнитных помехах, так как не использует дифференциальную передачу сигнала.
- RS-485 распространен в промышленности.