RS-485

RS-485 ( anglický  standard 485 ), EIA-485 ( anglický  Electronic Industries Alliance -485 ) je standard fyzické vrstvy pro asynchronní rozhraní . Standardní název: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 Elektrické charakteristiky generátorů a přijímačů pro použití ve vyvážených digitálních vícebodových systémech. Reguluje elektrické parametry poloduplexní vícebodové diferenciální komunikační linky typu "common bus".

Standard si získal velkou oblibu a stal se základem pro vytvoření celé rodiny průmyslových sítí široce používaných v průmyslové automatizaci .

Standard RS-485 byl společně vyvinut dvěma asociacemi: Electronic Industries Association (EIA - Electronic Industries Association ) a Telecommunications Industry Association (TIA - Telecommunications Industry Association ). Dříve EIA označovala všechny své normy předponou "RS" ( angl.  Doporučená norma  - Doporučená norma). Mnoho inženýrů nadále používá toto označení, ale EIA/TIA oficiálně nahradilo „RS“ za „EIA/TIA“, aby bylo snazší identifikovat původ jejich norem.

Specifikace rozhraní RS-485

Standard RS-485 používá k přenosu a příjmu dat jeden kroucený pár vodičů, někdy doprovázený opleteným stíněním nebo společným vodičem.

Přenos dat se provádí pomocí diferenciálních signálů. Rozdíl napětí mezi vodiči jedné polarity znamená logickou jednotku, rozdíl druhé polarity je nulový.

Standard RS-485 specifikuje pouze elektrické a časové charakteristiky rozhraní. Standard RS-485 nestanoví:

• parametry kvality signálu (přípustná úroveň zkreslení, odrazy v dlouhých řádcích );
• typy konektorů a kabelů;
• galvanické oddělení komunikační linky;
• výměnný protokol.

Elektrické a časové charakteristiky rozhraní RS-485

• V jednom segmentu sítě je podporováno až 32 transceiverů.
• Maximální délka jednoho segmentu sítě: 1200 metrů.
• V jednu chvíli může být aktivní pouze jeden vysílač.
• Maximální počet uzlů v síti je 256 včetně páteřních zesilovačů.
• Poměry směnný kurz/délka komunikační linky [1] :
  • 62,5 kbps 1200 m (jeden kroucený pár),
  • 375 kbps 500 m (jeden kroucený pár),
  • 500 kbps,
  • 1000 kbps,
  • 2400 kbps 100 m (dva kroucené páry),
  • 10 000 kbps 10 m.

Typ transceiverů - diferenciální, potenciální. Změna vstupního a výstupního napětí na vedení A a B: Ua (Ub) z -7 V na -12 V (+7 V až +12 V).

Požadavky na výstupní stupeň:

• koncovým stupněm je zdroj napětí s nízkým výstupním odporem, |Uout|=1,5:5,0 V (ne méně než 1,5 V a ne více než 5,0 V);
• stav logiky "1": Ua < Ub ( hystereze 200 mV) - MARK, OFF;
• stav logické "0": Ua > Ub (hystereze 200 mV) - SPACE, ON (výrobci mikroobvodů - budiče často volí mnohem menší hodnoty, hystereze od 10 mV [2] [3] );
• koncový stupeň musí být schopný zkratu, mít maximální výstupní proud 250 mA, rychlost přeběhu 1,2 V/µs a obvod omezující výkon.

Požadavky na vstupní fázi:

• vstupní stupeň je diferenciální vstup s vysokou vstupní impedancí a prahovou charakteristikou od -200 mV do +200 mV;
• přípustný rozsah vstupního napětí Uag (Ubg) vzhledem k zemi (GND) od -7 V do +12 V;
• vstupní signál je reprezentován rozdílovým napětím (Ui +0,2 V nebo více);
• Úrovně stavu přijímače vstupního stupně - viz stavy vysílače výstupního stupně.

Signály

Norma definuje následující řádky pro přenos signálu:

• A - neinvertující;
• B - invertování;
• C je volitelný společný řádek (nula).

Podle normy [4] :

• V A > V B odpovídá logické "0" a nazývá se "aktivní" (ON) stav sběrnice;
• V A < V B odpovídá logické "1" a nazývá se "neaktivní" (OFF) stav sběrnice.

Při popisu stavů sběrnice se tedy používá inverzní logika. V tomto případě není logika unipolárních signálů na vstupu vysílače a výstupu přijímače standardem definována.

Navzdory jednoznačné definici někdy dochází k nejasnostem ohledně toho, která notace ("A" nebo "B") by měla být použita pro invertující a neinvertující čáru. Aby se předešlo této záměně, často se používají alternativní označení, například: "+" / "-" nebo "D +" / "D-" nebo "V + / V-" [5] .

Většina výrobců se řídí normou a pro neinvertující vlasec používá označení „A“. To znamená, že vysoká úroveň signálu na vstupu vysílače odpovídá stavu V A > V B na sběrnici RS-485; také V A > V B odpovídá vysoké úrovni signálu na výstupu přijímače [4] .

Je třeba poznamenat, že "neaktivní" stav vedení od "aktivního" se v kontextu uvedeném v normě (respektive přenos log. 0 a 1) kromě polarity neliší ani elektricky - že to znamená, že nejsou ekvivalentem „zaneprázdněných“ nebo „volných“ linek. Oba stavy aktivně vysílají odpovídající znak na lince. Pro vypnutí vysílače má vždy samostatný vstup - při jeho vypnutí přejdou výstupy do vysokoimpedančního stavu a umožňují tak práci dalším vysílačům v této lince. Stavy "aktivní" a "neaktivní" tedy samy o sobě neindikují nic jiného než přenášený bit. Přenosový protokol využívající relativní kódování umožňuje inverzi přenášených dat, což znamená, že vodiče v páru lze místy bez následků měnit. Zároveň se však v praxi mnohem častěji používá nikoli abstraktní nebo vývojáři vytvořený výměnný protokol, ale odraz protokolu RS-232 v jeho logické části až na hardwarovou úroveň RS-485 - od doby, kdy průmyslové převodníky příslušného typu jsou vyráběny, což vám umožňuje nevyvíjet vlastní logický protokol. Zde je zásadní polarita spojení vzhledem k tomu, že RS-232 používá určitou interpretaci přenášených znaků a neumožňuje jejich inverzi.

Usmíření a vytěsnění

Při velké délce komunikačního vedení dochází k efektům dlouhých vedení. Důvodem jsou distribuované indukční a kapacitní vlastnosti kabelu. V důsledku toho se signál přenášený do vedení jedním z uzlů začne při šíření ve vedení zkreslovat, vznikají složité rezonanční jevy. Protože v praxi má kabel po celé délce stejnou konstrukci a tedy i stejné rozložené parametry kapacity a indukčnosti, vyznačuje se tato vlastnost kabelu speciálním parametrem - vlnovou impedancí . Aniž bychom zacházeli do teoretických podrobností, můžeme říci, že v kabelu, na jehož přijímací konec je připojena přizpůsobená zátěž (rezistor s odporem rovným vlnovému odporu kabelu), jsou rezonanční jevy výrazně oslabeny. Takový odpor se nazývá terminátor . U sítí RS-485 jsou umístěny na každém konci dlouhé linky (protože obě strany mohou přijímat). Charakteristická impedance nejběžnějších kroucených párů CAT5 je 100 ohmů [6] . Jiné kroucené páry mohou mít charakteristickou impedanci 150 ohmů nebo více. Ploché ploché kabely do 300 ohmů [7] [8] .

V praxi může být hodnota tohoto odporu zvolena i vyšší než charakteristická impedance kabelu, protože ohmický odpor téhož kabelu může být tak vysoký, že amplituda signálu na přijímací straně je příliš malá pro stabilní příjem. V tomto případě se hledá kompromis mezi rezonančním a amplitudovým zkreslením signálu snížením rychlosti rozhraní a zvýšením hodnocení terminátoru [9] [10] [11] . Při rychlostech 9600 bps a nižších se neobjevují jevy vlnové rezonance v měřítku, které by mohly zhoršit kvalitu komunikace, a nevzniká problém přizpůsobení linek. Navíc při nízkých přenosových rychlostech (méně než 9600 bps) se koncový rezistor nezlepšuje, ale zhoršuje spolehlivost přenosu (v podstatě u dlouhých komunikačních linek) [12] .

Dalším zdrojem zkreslení průběhu při přenosu kroucenou dvojlinkou jsou různé rychlosti šíření vysokofrekvenčních a nízkofrekvenčních signálů (vysokofrekvenční složka se podél kroucené dvoulinky šíří poněkud rychleji), což vede ke zkreslení tvaru vlny. při vysokých přenosových rychlostech [13] .

Rušení v komunikační lince závisí nejen na délce, terminátorech a kvalitě samotné kroucené dvoulinky. Je důležité, aby komunikační linka obcházela postupně všechny transceivery (topologie společné sběrnice). Kroucená dvoulinka by neměla mít dlouhé odbočky - kabelové segmenty pro připojení k dalšímu uzlu, s výjimkou použití opakovačů rozhraní nebo při nízkých přenosových rychlostech, méně než 9600 bps.

Pokud na sběrnici není aktivní vysílač, úroveň signálu ve vedení není určena. Aby se předešlo situaci, kdy je rozdíl mezi vstupy A a B menší než 200 mV (nedefinovaný stav), je někdy aplikováno předpětí pomocí rezistorů nebo speciálních obvodů. Pokud není stav linek definován, mohou přijímače přijímat rušivý signál. Některé protokoly umožňují přenos servisních sekvencí, aby se přijímače stabilizovaly a začaly spolehlivě přijímat.

Síťové protokoly využívající RS-485

• Lan Drive
• Profibus DP
• modbus
• DMX512
• HDLC
• IEC 60870-5

Průmyslové sítě založené na RS-485

• Lan Drive
• Profibus DP
• modbus

Viz také

• DMX-512
• RS-232
• Řidič (elektronika)

Poznámky

1. ↑ Směnné kurzy 62,5 kbps, 375 kbps, 2400 kbps jsou specifikovány standardem RS-485. Při přenosové rychlosti nad 500 kbps se doporučuje používat stíněné kroucené dvoulinky.
2. ↑ Datasheet RS-485 SP485C transceiver . Získáno 27. července 2012. Archivováno z originálu dne 25. dubna 2014. (neurčitý)
3. ↑ Datasheet RS-485 transceiver DS75176 . Získáno 27. července 2012. Archivováno z originálu dne 25. dubna 2014. (neurčitý)
4. ↑ 12 Konvence polarity pro transceivery RS-485 . Získáno 21. června 2017. Archivováno z originálu 19. června 2015. (neurčitý)
5. ↑ Polarity pro diferenciální párové signály . Získáno 21. června 2017. Archivováno z originálu 10. července 2017. (neurčitý)
6. ↑ Twisted Pair kabely . Datum přístupu: 27. října 2012. Archivováno z originálu 24. února 2011. (neurčitý)
7. ↑ RADIOFREKVENČNÍ SYMETRICKÉ KABELY . Získáno 6. prosince 2012. Archivováno z originálu dne 10. března 2012. (neurčitý)
8. ↑ ODOLNOST PROTI VLNÁM . Získáno 6. prosince 2012. Archivováno z originálu dne 10. března 2012. (neurčitý)
9. ↑ Správné zapojení sítí RS-485 (přeložil I. N. Biryukov) . Získáno 5. července 2006. Archivováno z originálu dne 9. října 2006. (neurčitý)
10. ↑ Rozhraní RS-485: popis, připojení (nedostupný odkaz) . Získáno 11. listopadu 2012. Archivováno z originálu 2. listopadu 2012. (neurčitý) 
11. ↑ E. A. Ben – RS-485 for Dummies Archivováno 21. února 2014.
12. ↑ Přizpůsobení linky s vysílačem a přijímačem . Datum přístupu: 15. března 2013. Archivováno z originálu 28. ledna 2013. (neurčitý)
13. ↑ Přenos signálu zboží přes kroucenou dvoulinku . Získáno 27. července 2012. Archivováno z originálu dne 28. dubna 2013. (neurčitý)

Odkazy

• Evgeny Aleksandrovich Ben RS-485 pro figuríny (2003). Datum přístupu: 4. února 2014. Archivováno z originálu 7. srpna 2011. (neurčitý)
• Yashkardin VL RS-485 je standard pro přenos dat přes sériový symetrický kanál. . SoftElectro (2009). Získáno 5. května 2010. Archivováno z originálu 27. února 2012. (neurčitý)
• Igor Nikolaevič Biryukov Správné rozložení sítí RS-485 (2001). Získáno 5. května 2010. Archivováno z originálu dne 13. dubna 2010. (neurčitý)
• Mike Fahrion Troubleshooting RS-485 Networks (2005). Získáno 16. srpna 2011. Archivováno z originálu 5. února 2012. (neurčitý)