Trimiterea muncii tale bune la baza de cunoștințe este ușoară. Utilizați formularul de mai jos
Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și activitatea lor vor fi foarte recunoscători.
Scopul acestui articol este de a oferi recomandări de bază privind alegerea schemei de conectare pentru rețele bazate pe RS-485. Specificație RS-485 (denumită oficial TIA / EIA-485-A) nu oferă explicații specifice despre modul de conectare a rețelelor RS-485. Cu toate acestea, acesta oferă câteva recomandări. Aceste recomandări și practici de inginerie în domeniul prelucrării sunetului stau la baza acestui articol. Cu toate acestea, recomandările prezentate aici nu acoperă în niciun fel întreaga varietate de opțiuni posibile pentru construirea de rețele.
RS-485 transmite informații digitale între multe obiecte. Viteza de transfer de date poate atinge 10 Mbit / s, iar uneori depășește această valoare. RS-485 este proiectat să transmită această informație pe distanțe lungi și 1000 de metri este în limitele capacităților sale. Distanța și rata de date cu care RS-485 poate fi utilizată cu succes depind de multe puncte în dezvoltarea schemei de interconectare a sistemului.
Cablul RS-485 este proiectat ca un sistem echilibrat. Pur și simplu, aceasta înseamnă că, în plus față de pământ, există două fire care sunt utilizate pentru a transmite semnalul.
Fig. 1. Sistemul de echilibrare utilizează, pe lângă pământ, două fire pentru transmiterea datelor
Sistemul este numit echilibrat, deoarece semnalul pe un fir este perfect exact opusul semnalului de pe cel de-al doilea fir. Cu alte cuvinte, dacă un fir transmite un nivel ridicat, celălalt fir va transmite un nivel scăzut și invers. Vezi Fig. 2.
Fig. 2. Semnalele de pe cele două fire ale sistemului echilibrat sunt opuse în mod ideal
Deși RS-485 poate transmite cu succes folosind diferite tipuri de medii de transmisie, acesta trebuie utilizat cu cabluri, denumite în mod obișnuit "pereche torsadată".
Ce este perechea torsadată și de ce este folosit?
După cum sugerează și numele, torsadat - este doar o pereche de fire, care sunt de lungime egală și răsucite împreună. Folosind emițător, care îndeplinește cerințele de specificație RS-485, cablu pereche răsucită reduce doua sursă majoră de probleme pentru dezvoltatorii accelera rețelele distribuite geografic, și anume interferența electromagnetică radiată și interferențele electromagnetice induse (ghidarea pe traseu).
Emis de interferență electromagnetică.
După cum se arată în figura 3, ori de câte ori componentele de frecvență înaltă sunt utilizate pentru a transmite informații cu fronturi abrupte, semnalul conține componente de înaltă frecvență. Aceste fronturi abrupte sunt necesare la viteze mai mari decât cele oferite de RS-485.
Fig. 3. Forma semnal a unei secvențe de impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență de 125 kHz și FFT
Componentele de înaltă frecvență rezultate ale acestor fronturi abrupte împreună cu firele lungi pot duce la emisii de interferențe electromagnetice (EMI). Un sistem de echilibrare care utilizează linii de comunicații cu perechi torsadate reduce acest efect, făcând sistemul un radiator ineficient. Aceasta funcționează pe baza unui principiu foarte simplu. Deoarece semnalele de pe linii sunt egale, dar inverse, semnalele emise de fiecare fir vor avea tendința să fie egale, dar inverse. Acest lucru creează efectul de suprimare a unui semnal de altul, care, la rândul său, înseamnă absența radiației electromagnetice. Totuși, aceasta se bazează pe presupunerea că firele au exact aceeași lungime și exact același aranjament. Deoarece nu este posibil să aveți două fire în exact aceeași locație, firele ar trebui să fie cât mai apropiate posibil. Sârmele de răsucire ajută la neutralizarea oricărei radiații electromagnetice reziduale datorită distanței finite dintre cele două fire.
Inferență electromagnetică indusă.
Interferența electromagnetică indusă este în esență aceeași problemă cu zgomotul radiat, dar invers. Interconexiunile utilizate în sistemul bazat pe RS-485 acționează de asemenea ca o antenă care primește semnale nedorite. Aceste semnale nedorite pot distorsiona semnale utile, ceea ce la rândul lor poate duce la erori de date. Din același motiv ca o pereche răsucită ajută la prevenirea interferențelor electromagnetice, ajută de asemenea la reducerea efectului de interferență electromagnetică indusă. Deoarece cele două fire sunt aranjate împreună și răsucite, zgomotul indus pe un fir va testa să fie același cu cel inducat pe cel de-al doilea fir. Acest tip de zgomot se numește "zgomot în fază". Deoarece receptoarele RS-485 sunt proiectate să detecteze semnale care sunt opuse unele de altele, ele pot suprima cu ușurință zgomotul care este comun ambelor fire.
Impedanța perechii răsucite.
În funcție de geometria cablului și materialele utilizate în mod izolat, sucit pereche va avea un „impedanță caracteristică (impedanță caracteristică)“, care este de obicei determinată de către producător. caietul de sarcini RS-485 recomandă, dar nu dictează, că această impedanță caracteristică este de 120 ohmi. Recomandarea de impedanta necesare pentru a calcula cel mai rau caz de sarcină și de tensiune în mod comun intervalele definite în caietul de sarcini RS-485. Aparent, caietul de sarcini nu dicteaza această impedanță în interesul flexibilității. Dacă, din orice motiv, nu poate fi utilizat în 120 de cablu ohm, este recomandat ca cel mai rău caz de sarcină (numărul de emițătoare și receptoare) și intervalele de tensiune cel mai nefavorabil fază au fost recalculate pentru a se asigura că sistemul proiectat va funcționa. publicare TSB89 conține o secțiune dedicată în mod special astfel de calcule.
Numărul de perechi răsucite pe transmițător.
Acum, când înțelegem ce tip de cablu este necesar, se pune întrebarea câte perechi răsucite pe care emițătorul le poate controla. Răspunsul este scurt - doar unul. Deși transmițătorul poate, în anumite circumstanțe, să controleze mai multe perechi răsucite, acest lucru nu este prevăzut în specificație.
Deoarece sunt implicate frecvențe înalte și distanțe lungi, trebuie acordată atenția cuvenită efectelor care apar în liniile de comunicare. Cu toate acestea, o discuție detaliată a acestor efecte și a metodelor corecte de armonizare depășește cu mult domeniul de aplicare al acestui articol. Având în vedere acest lucru, tehnica de potrivire va fi examinată pe scurt în forma sa cea mai simplă, în măsura în care se referă la RS-485.
Rezistorul de terminare este pur și simplu un rezistor care este instalat la capătul sau capetele cablului (Figura 4). În mod ideal, rezistența rezistorului de terminare este egală cu rezistența la undă a cablului.
Fig. 4. Rezistențele de terminare trebuie să aibă o rezistență egală cu impedanța perechii răsucite și trebuie să fie situate la capetele distanțate ale cablului
În cazul în care rezistența de terminare nu este egală cu impedanța caracteristică a cablului, nu va fi reflecție, și anume, semnalul va reveni prin cablul din spate. Acest lucru este descris de ecuația (Rt-Zo) / (Zo + Rt), unde Zo - rezistența la cablu, și Rt - nominal rezistență terminală. Cu toate că, din cauza toleranțelor în cablu și rezistor, o reflectare a diferențelor inevitabile, semnificative poate provoca reflecții suficient de mari pentru a provoca erori în datele. Vezi Figura 5.
Fig. 5. Utilizând circuitul prezentat în figura de sus, semnalul de stânga a fost primit de la MAX3485, încărcată pe 120 ohm torsadat și 54 ohmi rezistor de închidere. Semnalul la dreapta a fost obținut în mod corespunzător cu 120 ohm rezistor
Având în vedere acest lucru, este important să se asigure cea mai apropiată valoare posibilă a valorilor rezistenței rezistorului de terminare și a impedanței de undă. Locația rezistorului de terminare este, de asemenea, foarte importantă. Rezistoarele terminatoare trebuie să fie amplasate întotdeauna la capetele distanțate ale cablului.
Ca regulă generală, rezistențele de potrivire trebuie plasate pe ambele capete distanțate ale cablului. Deși alinierea corectă a ambelor capete este absolut critică pentru majoritatea modelelor de sistem, se poate argumenta că într-un caz special este nevoie doar de un rezistor de terminare. Acest caz are loc într-un sistem în care există un singur emițător, iar acest emițător unic este situat la capătul îndepărtat al cablului. În acest caz, nu este nevoie să plasați un rezistor de terminare pe capătul cablului cu transmițătorul, deoarece semnalul este întotdeauna propagat de la acest emițător.
Numărul maxim de emițătoare și receptoare din rețea.
Cea mai simplă rețea bazată pe RS-485 constă dintr-un transmițător și un receptor. Deși acest lucru este util într-o serie de aplicații, dar RS-485 introduce mai multă flexibilitate, permițând mai mult de un receptor și un transmițător pe o pereche de fire răsucite. Valoarea maximă permisă depinde de cât de mult fiecare dispozitiv încarcă sistemul.
Într-o lume ideală, toate receptoarele și emițătoarele inactive vor avea impedanță infinită și nu se va încărca sistemul. În lumea reală, cu toate acestea, nu se întâmplă. Fiecare receptor este conectat la rețea și la toate transmițătoarele inactive crește sarcina. Pentru a ajuta proiectantul unei figuri RS-485 pe bază de cât de multe dispozitive pot fi adăugate la rețea, o unitate ipotetică a fost creată, numită „unitatea de încărcare (unitate de sarcină)“. Toate dispozitivele care sunt conectate la rețeaua RS-485, trebuie să aibă un raport de multiplicare sau fracțiuni ale unității de încărcare. Exemplu Două - MAX3485, care este specificat ca 1 unitate de încărcare și MAX487, care este specificat ca 1/4 unitate de încărcare. Numărul maxim de sarcini unitare pe perechi răsucite (presupunând că avem de-a face cu un cablu terminat în mod corespunzător, cu impedanța caracteristică de 120 ohmi sau mai mult) - 32. Pentru exemplele date mai sus, acest lucru înseamnă că o singură rețea poate fi inclus până la 32 dispozitive sau MAX3485 până la 128 MAX487.
Exemple de rețele corecte.
Înarmați cu informațiile de mai sus, suntem gata să dezvoltăm câteva rețele bazate pe RS-485. Iată câteva exemple simple.
Un transmițător, un receptor.
Cea mai simplă rețea este un transmițător și un receptor (Figura 6). În acest exemplu, pe cablul de pe partea emițătorului este afișat un rezistor de potrivire. Deși acest lucru nu este necesar aici, este probabil un obicei bun de a proiecta rețele cu ambele rezistoare de potrivire. Acest lucru va permite ca transmițătorul să fie mutat în alte locuri decât cele din capătul îndepărtat al cablului și, dacă este necesar, să adauge emițătoare suplimentare în rețea.
Fig. 6. Rețea RS-485 cu un transmițător și un receptor
impuls rezistor izolație cablu
Un transmițător, mai mulți receptoare
Figura 7 prezintă o rețea cu un transmițător și mai mulți receptoare. Este important ca distanțele de la perechea răsucită la receptoare să fie cât mai scurte posibil.
Fig. 7. Rețea RS-485 cu un transmițător și mai mulți receptoare
Figura 8 prezintă o rețea cu doi transmițători.
Fig. 8. Rețea RS-485 cu două transmițătoare
Figura 8 prezintă o rețea cu mai mulți transmițători. Ca și în exemplul cu un singur emițător și mai multe receptoare, este important ca distanța de la perechea de fire răsucite la receptoare cât mai scurt posibil.
Fig. 9. Rețeaua RS-485 cu mai mulți transmițători
Exemple de rețele incorecte.
Următoarele sunt exemple de sisteme greșit configurate. Fiecare exemplu compară forma semnalului primit de la rețeaua proiectată incorect, cu forma de undă recepționată de la sistemul proiectat corespunzător. Forma de undă a fost măsurată diferențiat la punctele A și B (A-B).
În acest exemplu, nu există rezistoare de terminare la capetele perechii răsucite. Pe măsură ce semnalul se propagă de la sursă, se ciocnește cu un circuit deschis la capătul cablului. Aceasta duce la o nepotrivire a impedanțelor, provocând reflecții. În cazul unui circuit deschis (așa cum se arată mai jos), toată energia este reflectată înapoi la sursă, cauzând o distorsiune puternică a semnalului.
Fig. 10. Rețeaua inconsistentă RS-485 (partea superioară) și forma finală de undă (pe partea stângă) în comparație cu semnalul recepționat pe rețeaua potrivită corect (în partea dreaptă)
Poziția greșită a terminatorului.
În figura 11, este prezent un rezistor de terminare (terminator), dar plasarea acestuia este diferită de capătul îndepărtat al cablului. Deoarece semnalul se propagă din sursă, se întâlnesc două neconcordanțe de impedanță. Primul apare pe un rezistor de terminare. Chiar dacă rezistența este potrivită cu impedanța cablului, există încă un cablu în spatele rezistorului. Acest cablu suplimentar cauzează o nepotrivire și deci o reflectare a semnalului. A doua discrepanță, acesta este sfârșitul cablului necoordonat, duce la reflecții suplimentare.
Fig. 11. Rețeaua RS-485 cu un rezistor de terminare plasat incorect (figura superioară) și forma finală de undă (stânga), comparativ cu semnalul recepționat într-o rețea corespunzător (în dreapta)
În figura 12, există o serie de probleme legate de organizarea interconectărilor. Prima problemă este că driverele RS-485 sunt proiectate să controleze doar o pereche de fire răsucite, potrivite în mod corespunzător. Aici, fiecare emițător comandă patru perechi răsucite paralele. Aceasta înseamnă că nivelurile logice minime necesare nu pot fi garantate. În plus față de sarcina grea, există o nepotrivire a impedanței la punctul în care sunt conectate mai multe cabluri. Neconcordanța impedanței înseamnă din nou reflectarea și, ca o consecință, distorsiunea semnalului.
Fig. 12. Rețea RS-485, utilizând incorect câteva perechi răsucite
În figura 13, cablul este corelat corespunzător, iar transmițătorul este încărcat numai de o pereche de fire răsucite; Cu toate acestea, segmentul firului de la punctul de conectare (bucla receptorului) este excesiv de lungă. Legăturile lungi cauzează nepotrivire semnificativă a impedanței și, prin urmare, reflectarea semnalului. Cuplele trebuie să fie cât mai scurte posibil.
Găzduit pe Allbest.ru
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: