מהו הרעיון של ממשק RS485 תחילה?
בקיצור, מדובר בתקן למאפיינים חשמליים, המוגדר על ידי התאחדות תעשיית הטלקומוניקציה וברית תעשיות אלקטרוניות. רשת התקשורת הדיגיטלית המשתמשת בתקן זה יכולה לשדר אותות ביעילות למרחקים ארוכים ובסביבות עם רעש אלקטרוני גבוה. RS-485 מאפשר להגדיר רשתות מקומיות בעלות נמוכה וקישורי תקשורת מרובים.
ל-RS485 שני סוגי חיווט: מערכת שני חוטים ומערכת ארבעה חוטים. מערכת ארבעת החוטים יכולה להשיג תקשורת מנקודה לנקודה בלבד והיא נמצאת בשימוש נדיר כיום. נכון לעכשיו, נעשה שימוש בעיקר בשיטת החיווט של מערכת שני החוטים.
בהנדסת זרם חלש, תקשורת RS485 מאמצת בדרך כלל שיטת תקשורת מאסטר-עבד, כלומר מארח אחד עם מספר עבדים.
אם יש לך הבנה עמוקה של RS485, תגלה שאכן יש הרבה ידע בפנים. לכן, נבחר כמה נושאים שלרוב אנו מתייחסים אליהם בחשמל חלש כדי שכולם ילמדו ויבינו.
תקנות חשמל RS-485
בשל הפיתוח של RS-485 מ-RS-422, תקנות חשמל רבות של RS-485 דומות ל-RS-422. אם מאמצים שידור מאוזן, יש לחבר נגדי סיום לקו ההולכה. RS-485 יכול לאמץ שיטות שני חוטים וארבעה חוטים, ומערכת שני החוטים יכולה להשיג תקשורת דו-כיוונית אמיתית רב-נקודתית, כפי שמוצג באיור 6.
בעת שימוש בחיבור ארבעה חוטים, כמו RS-422, הוא יכול להשיג רק תקשורת מנקודה לנקודה, כלומר, יכול להיות רק התקן מאסטר אחד והשאר הם התקני עבדים. עם זאת, יש לו שיפורים בהשוואה ל-RS-422, והוא יכול לחבר 32 התקנים נוספים באוטובוס ללא קשר לשיטת החיבור עם ארבעה או שני חוטים.
פלט המתח של RS-485 מצב נפוץ הוא בין -7V ל+12V, ועכבת הכניסה המינימלית של מקלט RS-485 היא 12k;, ניתן להחיל את מנהל ההתקן RS-485 ברשתות RS-422. ל-RS-485, כמו ל-RS-422, מרחק שידור מרבי של כ-1219 מטר וקצב שידור מרבי של 10Mb/s. אורכו של הזוג המעוות המאוזן עומד ביחס הפוך לקצב השידור, וניתן להשתמש באורך הכבל המרבי שצוין רק כאשר המהירות נמוכה מ-100kb/s. ניתן להשיג את קצב השידור הגבוה ביותר רק למרחק קצר מאוד. בדרך כלל, קצב השידור המרבי של זוג מעוות באורך 100 מטר הוא רק 1Mb/s. RS-485 דורש שני נגדי סיום בעלי ערך התנגדות השווה לעכבה האופיינית של כבל השידור. כאשר משדרים במרחק מלבני, אין צורך בנגד מסיים, שבדרך כלל לא נדרש מתחת ל-300 מטר. הנגד המסיים מחובר בשני הקצוות של אפיק השידור.
נקודות מפתח להתקנת רשת של RS-422 ו-RS-485
RS-422 יכול לתמוך ב-10 צמתים, בעוד RS-485 תומך ב-32 צמתים, כך שמספר צמתים יוצרים רשת. טופולוגיית הרשת מאמצת בדרך כלל מבנה אפיק מותאם למסוף ואינה תומכת ברשתות טבעת או כוכב. בעת בניית רשת, יש לשים לב לנקודות הבאות:
1. השתמש בכבל זוג מעוות כאוטובוס וחבר כל צומת בסדרה. אורך הקו היוצא מהאוטובוס לכל צומת צריך להיות קצר ככל האפשר כדי למזער את ההשפעה של האות המשתקף בקו היוצא על אות האוטובוס.
2. יש לשים לב להמשכיות של עכבה אופיינית לאוטובוס, והחזרת אותות תתרחש בסיווג של אי-רציפות של עכבה. המצבים הבאים יכולים להוביל בקלות לאי-רציפות זו: חלקים שונים של האוטובוס משתמשים בכבלים שונים, או שיש יותר מדי מקלטי משדר מותקנים בצמוד זה לזה בקטע מסוים של האוטובוס, או קווי הסתעפות ארוכים מדי מובלים החוצה לאוטובוס.
בקיצור, יש לספק ערוץ אות בודד ורציף כאוטובוס.
כיצד לשקול את אורך כבל השידור בעת שימוש בממשק RS485?
תשובה: בעת שימוש בממשק RS485, אורך הכבל המרבי המותר להעברת אותות נתונים מהגנרטור לעומס בקו שידור ספציפי הוא פונקציה של קצב אות הנתונים, המוגבלת בעיקר על ידי עיוות אות ורעש. עקומת היחס בין אורך הכבל המרבי וקצב האות המוצג באיור הבא מתקבלת באמצעות כבל זוג זוג מעוות בליבת נחושת 24AWG (קוטר חוט של 0.51 מ"מ), עם קיבול מעקף קו לקו של 52.5PF/M, והתנגדות עומס מסוף של 100 אוהם.
כאשר קצב אות הנתונים יורד מתחת ל-90Kbit/S, בהנחה של אובדן אות מרבי של 6dBV, אורך הכבל מוגבל ל-1200M. למעשה, העקומה באיור שמרנית מאוד, ובשימוש מעשי ניתן להשיג אורך כבל גדול ממנו.
בעת שימוש בכבלים עם קוטרי חוטים שונים. אורך הכבל המרבי המתקבל שונה. לדוגמה, כאשר קצב אות הנתונים הוא 600Kbit/S ומשתמשים בכבל 24AWG, ניתן לראות מהאיור שאורך הכבל המרבי הוא 200 מטר. אם נעשה שימוש בכבל 19AWG (קוטר חוט של 0.91 מ"מ), אורך הכבל יכול להיות גדול מ-200 מ'; אם נעשה שימוש בכבל 28AWG (קוטר חוט של 0.32 מ"מ), אורך הכבל יכול להיות פחות מ-200 מ' בלבד.
כיצד להשיג תקשורת מרובת נקודות של RS-485?
תשובה: רק משדר אחד יכול לשלוח באפיק RS-485 בכל עת. מצב חצי דופלקס, עם עבד מאסטר אחד בלבד. מצב דופלקס מלא, התחנה הראשית יכולה תמיד לשלוח, ותחנת העבד יכולה לקבל רק שליחה אחת. (נשלט על ידי ו-DE)
באילו תנאים יש להשתמש בהתאמת מסוף לתקשורת ממשק RS-485? כיצד לקבוע את ערך ההתנגדות? כיצד להגדיר נגדי התאמת טרמינלים?
תשובה: בהעברת אותות למרחקים ארוכים, בדרך כלל יש צורך לחבר נגד תואם מסוף בקצה המקבל כדי למנוע השתקפות אות והד. ערך ההתנגדות התאמת המסוף תלוי במאפייני העכבה של הכבל ואינו תלוי באורך הכבל.
RS-485 משתמש בדרך כלל בחיבורים מעוותים (ממוגנים או לא מסוככים), עם התנגדות מסוף בדרך כלל בין 100 ל-140 Ω, עם ערך טיפוסי של 120 Ω. בתצורה בפועל, נגד מסוף אחד מחובר לכל אחד משני צמתי הטרמינל של הכבל, הקרוב והרחוק ביותר, בעוד שהצומת באמצע לא יכול להיות מחובר לנגד המסוף, אחרת יתרחשו שגיאות תקשורת.
מדוע לממשק RS-485 עדיין יש פלט נתונים מהמקלט כאשר התקשורת מופסקת?
תשובה: מכיוון ש-RS-485 דורש כיבוי אותות הפעלת השידור והפעלת הקליטה תהיה חוקית לאחר שליחת נתונים, נהג האוטובוס נכנס למצב התנגדות גבוהה והמקלט יכול לפקח אם יש נתוני תקשורת חדשים על האוטובוס.
בשלב זה, האוטובוס נמצא במצב כונן פסיבי (אם לאוטובוס יש התנגדות התאמת מסוף, רמת ההפרש של קווים A ו-B היא 0, יציאת המקלט אינה ודאית, והוא רגיש לשינוי האות הדיפרנציאלי ב- קו AB; אם אין התאמת מסוף, האוטובוס נמצא במצב עכבה גבוהה, והפלט של המקלט אינו ודאי), כך שהוא פגיע להפרעות רעש חיצוני. כאשר מתח הרעש חורג מסף אות הכניסה (ערך טיפוסי ± 200mV), המקלט יוציא נתונים, מה שיגרום ל-UART המקביל לקבל נתונים לא חוקיים, מה שיגרום לשגיאות תקשורת רגילות לאחר מכן; מצב אחר עלול להתרחש ברגע שבו בקרת הפעלת השידור מופעלת/כבויה, מה שגורם למקלט להוציא אות, מה שעלול לגרום גם ל-UART לקלוט שגוי. פִּתָרוֹן:
1) באפיק התקשורת, השיטה של משיכת למעלה (קו A) באותו קצה כניסת פאזה ומשיכת מטה (קו B) בקצה כניסת הפאזה הנגדי משמשת כדי להדק את האפיק, מה שמבטיח שמוצא המקלט נמצא ב- רמת "1" קבועה; 2) החלף את מעגל הממשק במוצרי ממשק מסדרת MAX308x עם מצב מניעת תקלות מובנה; 3) ביטול באמצעות אמצעי תוכנה, כלומר הוספת 2-5 בתים סנכרון ראשוניים בתוך חבילת נתוני התקשורת, רק לאחר עמידה בכותרת הסנכרון ניתן להתחיל תקשורת נתונים אמיתית.
הנחתת אותות של RS-485 בכבלי תקשורת
הגורם השני המשפיע על העברת האות הוא הנחתה של האות במהלך שידור בכבלים. ניתן לראות בכבל שידור כמעגל שווה ערך המורכב משילוב של קיבול מבוזר, השראות מבוזרת והתנגדות.
הקיבול המבוזר C של כבל נוצר בעיקר על ידי שני חוטים מקבילים של זוג מעוות. להתנגדות של החוט יש השפעה מועטה על האות כאן וניתן להתעלם ממנה.
השפעת הקיבול המבוזר על ביצועי השידור של אפיק RS-485
הקיבול המבוזר של כבל נוצר בעיקר על ידי שני חוטים מקבילים של זוג מעוות. בנוסף, קיים גם קיבול מבוזר בין החוט לאדמה, שלמרות שהוא קטן מאוד, לא ניתן להתעלם ממנו בניתוח. ההשפעה של קיבול מבוזר על ביצועי שידור האוטובוס נובעת בעיקר משידור האותות הבסיסיים על האוטובוס, אשר ניתן לבטא רק בדרכים "1" ו-"0". בבייט מיוחד, כמו 0x01, האות "0" מאפשר זמן טעינה מספיק עבור הקבל המבוזר. עם זאת, כאשר האות "1" מגיע, עקב הטעינה בקבל המבוזר, אין זמן לפרוק, ו-(Vin+) - (Vin -) - עדיין גדול מ-200mV. זה גורם לכך שהמקלט מאמין בטעות שהוא "0", מה שמוביל בסופו של דבר לשגיאות אימות CRC ולשגיאת העברת מסגרת הנתונים כולה.
בשל השפעת ההפצה על האוטובוס, מתרחשות שגיאות העברת נתונים, וכתוצאה מכך ירידה בביצועי הרשת הכוללים. ישנן שתי דרכים לפתור בעיה זו:
(1) להפחית את ה-Boud של העברת נתונים;
(2) השתמש בכבלים עם קבלים מבוזרים קטנים כדי לשפר את איכות קווי ההולכה.
עקוב אחר CF FIBERLINK כדי ללמוד עוד על מומחיות אבטחה!!!
הצהרה: שיתוף תוכן איכותי עם כולם חשוב. חלק מהכתבות לקוחות מהאינטרנט. אם יש הפרות כלשהן, אנא הודע לנו ואנו נטפל בהן בהקדם האפשרי.
זמן פרסום: יולי-06-2023