Хотя Ethernet является наиболее часто используемым протоколом связи во многих типах устройств, от бытовых гаджетов до промышленного оборудования, обычно серверы с последовательным портом RS485 по-прежнему широко используются в промышленной сетевой связи, что во многом связано с возможностью подключения нескольких устройств в параллельно Значительно улучшено удобство проекта.
Введение в RS485
Многие люди часто путаются, когда имеют дело со стандартами связи. Часто такие термины, как «RS485», «USB» и «Ethernet», меняются местами, как если бы они могли переключаться и выполнять ту же работу. Но на самом деле стандарт RS485 — это только стандарт физического уровня. Он определяет электрические характеристики передатчика и приемника. Самое главное, прикладной уровень должен использоваться для обработки адресации устройств, коллизий пакетов контрольной суммы, топологии ведущий/подчиненный, построения фреймов и многого другого. В случае Ethernet и USB эти протоколы определяют физический уровень и прикладной уровень в своих стандартах связи.
Если вы заблудились на этом этапе, давайте воспользуемся аналогией человеческого общения. Мы, люди, используем свой голос как передатчик, а уши — как приемник. Это наш физический уровень, то, как мы передаем информацию. Другим примером физического уровня в нашу цифровую эпоху также может быть SMS, которое отправляет наши сообщения. С нашей точки зрения, это все еще физический уровень. В случае людей прикладной уровень — это язык. Вот так мы систематизируем информацию. Их сотни, и даже если они используют один и тот же физический уровень, они не обязательно совместимы.
Почему RS485 существует в Ethernet
Ethernet (IEEE 802.3) в настоящее время является наиболее широко используемым сетевым протоколом. Это также стандарт последовательной связи. Поскольку он используется во многих современных сетях, возникает вопрос, почему он не заменил RS485 и его варианты (RS232, RS422).
При сравнении RS485 с Ethernet у них обоих есть свои преимущества и недостатки. Основным недостатком RS485 является ограниченная скорость передачи данных, до 10 бод. RS485 разработан для топологии ведущий/ведомый. В этой системе ведущий опрашивает каждое подчиненное устройство, ждет ответа, а затем опрашивает следующее подчиненное устройство. Это обеспечивает детерминированное поведение, избегая коллизий пакетов данных. Однако в Ethernet нет встроенного метода предотвращения коллизий пакетов. В таких приложениях, как управление технологическими процессами или управление роботами, для нас обязательно детерминированное поведение, тогда как скорости связи обычно гораздо выше. Связь на более низких скоростях также имеет то преимущество, что она более устойчива к шуму, присутствующему в промышленных условиях.
Стандарт RS485
В стандартных приложениях промышленное коммуникационное оборудование подключается непосредственно к контроллеру робота с помощью прилагаемого кабеля (обычно 5 или 10 метров), и для работы коммуникационной шины обычно не требуется особого внимания. Но для тех, кто намерен подключать наши продукты к специальным шинам или использовать более длинные кабели, следует знать о следующих концепциях.
RS485 поддерживает до 32 драйверов и до 32 приемников в полудуплексной многоабонентской конфигурации. Входная чувствительность приемника составляет ±200 мВ, что означает, что для распознавания бита 1 или 0 приемник должен видеть уровень сигнала от +200 мВ до -200 мВ. Минимальное входное сопротивление приемника составляет 12 кОм, а выходное напряжение драйвера составляет минимум ±1,5 В и максимум ±5 В. Это пример многоточечной шины RS-485.
длинна кабеля
Когда скорость передачи данных ниже 100 кбит/с, RS485 может передавать данные на расстояние до 1200 м (4000 футов). При более высоких скоростях передачи данных длину кабеля необходимо уменьшить.
Длинные кабели могут действовать как линии передачи, и в этом случае следует позаботиться о правильном подключении сети. Давайте рассмотрим наиболее важные характеристики сети, требующие точного контроля.
Топология сети
Топология сети определяет, как устройства соединяются друг с другом. Из этих возможностей наилучшей сетевой топологией для RS485 является гирляндная цепочка (или провод), так как она оказывает наименьшее влияние на целостность сигнала. Возможна шинная топология (магистраль с использованием шлейфов), но по мере увеличения длины каждого шлейфа максимальная скорость передачи данных, которая может быть передана, уменьшается из-за искажения сигнала на линии связи.
Витая пара
Использование витой пары RS485 помогает уменьшить электромагнитные помехи. Витая пара позволяет шуму на линии быть одинаковым на обеих линиях. Шум все еще присутствует, но поскольку приемник смотрит на разницу между двумя сигналами, шум не влияет на эту разницу, поэтому приемник может точно воссоздать исходный сигнал в конце.
Согласующий резистор
Практика терминирования кабеля заключается в добавлении резистора к дифференциальной линии на обоих концах кабеля. Целью этого является уменьшение или устранение коэффициента отражения на линии, вызванного несоответствием импеданса. Сопротивление стандарта RS485 определяется как 120 Ом. Такие отражения могут вызвать помехи на входе приемника, что может повлиять на целостность сигнала. Это явление тесно связано со скоростью передачи данных и длиной кабеля. Таким образом, RS485 может работать без согласующих резисторов в некоторых случаях при низкой скорости передачи данных и коротких кабелях. Но в качестве меры предосторожности и во избежание каких-либо проблем всегда следует использовать резистор.
