การประสานกันของ RS 485: คำอธิบายเชิงลึกของมาตรฐาน EIA485 (RS485) วิธีซอฟต์แวร์เพื่อจัดการกับความล้มเหลว

ช่วงที่เป็นไปได้สูงสุดของสาย RS-485 จะพิจารณาจากคุณลักษณะของสายเคเบิลและสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไซต์การทำงานเป็นหลัก เมื่อใช้สายไฟที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง

0.5 มม. (ส่วนประมาณ 0.2 ตร.มม.) ความยาวสาย RS-485 – ไม่เกิน 1200 ม.

ด้วยพื้นที่หน้าตัด 0.5 ตร.ม. มม. – ไม่เกิน 3,000 ม.

การใช้สายเคเบิลที่มีหน้าตัดแกนน้อยกว่า 0.2 ตารางเมตร มม. ไม่พึงประสงค์

หากสาย RS-485 ยาว (จาก 100 ม.) จำเป็นต้องใช้สายคู่ตีเกลียว

ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์เข้ากับอินเทอร์เฟซ RS-485 จำเป็นต้องเชื่อมต่อหน้าสัมผัส "A" และ "B" ของอุปกรณ์เข้ากับบรรทัด A และ B ของอินเทอร์เฟซตามลำดับ อินเทอร์เฟซ RS-485 เกี่ยวข้องกับการใช้การเชื่อมต่อประเภท "บัส" ระหว่างอุปกรณ์ เมื่ออุปกรณ์ทั้งหมดเชื่อมต่อผ่านอินเทอร์เฟซด้วยสายไฟคู่เดียว (เส้น A และ B) ซึ่งจับคู่ที่ปลายทั้งสองข้างด้วยตัวต้านทานที่ตรงกัน (รูปที่ 1)

รูปที่ 1 แผนผังการเชื่อมต่ออุปกรณ์กับอินเทอร์เฟซหลัก RS-485

สำหรับการจับคู่จะใช้ตัวต้านทานที่มีความต้านทาน 620 โอห์มซึ่งติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์ตัวแรกและตัวสุดท้ายของสาย อุปกรณ์ส่วนใหญ่มีตัวต้านทานการจับคู่ในตัว ซึ่งสามารถรวมไว้ในสายได้โดยการติดตั้งจัมเปอร์บนบอร์ดอุปกรณ์ เนื่องจากจัมเปอร์ได้รับการติดตั้งในสถานะการจัดส่ง จึงต้องถอดจัมเปอร์ออกบนอุปกรณ์ทั้งหมด ยกเว้นจัมเปอร์ตัวแรกและตัวสุดท้ายในสาย RS-485 ในตัวแปลงรีพีทเตอร์ S2000-PI ความต้านทานที่ตรงกันสำหรับเอาต์พุต RS-485 แต่ละตัว (แบบแยกและไม่แยก) จะถูกเปิดโดยสวิตช์ อุปกรณ์ "S2000-K" และ "S2000-KS" ไม่มีตัวต้านทานและจัมเปอร์ที่ตรงกันในตัวสำหรับการเชื่อมต่อ หากอุปกรณ์ประเภทนี้เป็นอุปกรณ์แรกหรือสุดท้ายในสาย RS-485 จำเป็นต้องติดตั้งตัวต้านทาน 620 โอห์มระหว่างขั้วต่อ "A" และ "B" ตัวต้านทานนี้มาพร้อมกับอุปกรณ์ รีโมทคอนโทรล "S2000M" ("S2000") สามารถติดตั้งได้ทุกที่บนสาย RS-485 หากเป็นอุปกรณ์ชิ้นแรกหรือชิ้นสุดท้ายในสาย จะมีการติดตั้งตัวต้านทานปลายสาย 620 โอห์ม (รวมอยู่ในชุดจัดส่ง) ระหว่างขั้วต่อ “A” และ “B” กิ่งบนสาย RS-485 ไม่เป็นที่ต้องการ เนื่องจากจะเพิ่มการบิดเบือนของสัญญาณในสาย แต่ในทางปฏิบัติยอมรับได้สำหรับความยาวกิ่งสั้น (ไม่เกิน 50 เมตร) ตัวต้านทานปลายสายไม่ได้ติดตั้งไว้ในแต่ละสาขา ขอแนะนำให้สร้างกิ่งยาวโดยใช้ทวนสัญญาณ S2000-PI ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 การสร้างเครือข่าย RS-485 ด้วยโทโพโลยีแบบดาวโดยใช้ตัวทำซ้ำ

รูปที่ 3 การเพิ่มความยาวของเส้น RS-485 โดยใช้ตัวทำซ้ำอินเทอร์เฟซ

ตัวอย่างเช่นตัวแปลงและทวนของอินเทอร์เฟซที่มีการแยกกัลวานิก "S2000-PI" ช่วยให้คุณสามารถเพิ่มความยาวของเส้นได้สูงสุด 1,500 ม. ให้การแยกกัลวานิกระหว่างส่วนของเส้นตรงและ ตัดการเชื่อมต่อส่วนที่ลัดวงจรของอินเทอร์เฟซ RS-485 โดยอัตโนมัติ.

แต่ละส่วนที่แยกออกจากกันของสาย RS-485 จะต้องจับคู่กันทั้งสองด้าน - ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด คุณควรใส่ใจกับการรวมตัวต้านทานที่ตรงกันไว้ในแต่ละส่วนของสาย RS-485: ควรเปิดใช้งานโดยสวิตช์ในทวนสัญญาณ S2000-PI และไม่ใช่โดยจัมเปอร์ในอุปกรณ์เนื่องจากสวิตช์ไม่เพียงเชื่อมต่อตัวต้านทานที่ตรงกันเท่านั้น แต่ยังส่งออกแรงดันไบแอสที่จำเป็นสำหรับสาย RS-485 เพื่อให้รีพีทเตอร์เหล่านี้ทำงานได้อย่างถูกต้อง ความสนใจ! วงจร "0V" ของส่วนของเส้นแยกจะไม่รวมกัน ยิ่งไปกว่านั้น อุปกรณ์ที่แยกออกมาไม่สามารถจ่ายไฟจากแหล่งพลังงานทั่วไปได้เพื่อหลีกเลี่ยงการต่อไฟฟ้าผ่านวงจรไฟฟ้าทั่วไป
ด้วยการใช้รีพีทเตอร์ S2000-PI คุณสามารถสร้างกิ่งก้านยาวจากทางหลวง RS-485 หลักเพื่อสร้างโทโพโลยีแบบดาวได้ ในกรณีนี้ ทั้งส่วนที่สร้างสาขาและแต่ละสาขาต้องตรงกัน ดังแสดงในรูปที่ 2 ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับข้อเท็จจริงที่ว่าต้องติดตั้งตัวต้านทานที่ตรงกันบน "S2000-PI" โดยสวิตช์
ข้อมูลต่อไปนี้จัดทำโดยฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิคของ Bolid ในระหว่างกระบวนการติดต่อทางจดหมาย
หากรีโมทคอนโทรลหายไป เราขอแนะนำให้ใช้โปรแกรมการตั้งค่า rs-485 ในรีโมทคอนโทรลเพื่อเพิ่มพารามิเตอร์ "หยุดชั่วคราวก่อนตอบผ่าน RS-232" เป็น 2
หากอุปกรณ์ "S2000-2" สูญหาย แต่มองเห็นรีโมทคอนโทรลได้ เราขอแนะนำให้ตรวจสอบว่ามีการติดตั้งตัวต้านทานปลายสาย R=620 Ohm อย่างถูกต้องหรือไม่ และอุปกรณ์ "0V" รวมอยู่ด้วยหรือไม่ บนอุปกรณ์ทั้งหมดยกเว้นแผงควบคุม "S2000" ตัวต้านทานที่ตรงกันจะเชื่อมต่ออยู่หากมีการติดตั้งจัมเปอร์ที่เกี่ยวข้องบนบอร์ดอุปกรณ์ ควรวางตัวต้านทานปลายสายไว้ในอุปกรณ์ตัวแรกและตัวสุดท้าย
หากเป็นไปตามข้อกำหนดอินเทอร์เฟซทั้งหมด สาเหตุของปัญหาอาจเกิดจากการขาดในบรรทัด RS485 เส้นใดเส้นหนึ่ง ("A" หรือ "B") หรือลัดวงจรถึง "0 V" วงจรสัญญาณเตือนของอุปกรณ์ หรือพื้นผิวที่ต่อสายดิน ( ตัวอย่างเช่นเนื่องจากกรอบประตูโลหะของสายเคเบิลที่ถูกหนีบ การแตกหักของสาย RS-485 เส้นใดเส้นหนึ่งไม่จำเป็นต้องทำให้สูญเสียการสื่อสารกับอุปกรณ์ทั้งหมดหากวงจร "0 V" ของอุปกรณ์และ "S2000-PI ” ถูกรวมเข้าด้วยกันและสาย RS-485 มีความยาวสั้น แต่ในกรณีนี้ระดับสัญญาณจะอยู่นอกช่วงที่รับประกันการรับรู้ที่ถูกต้องโดยเครื่องรับ เกิดขึ้นในวงจรป้องกันของอุปกรณ์ใด ๆ อันเป็นผลมาจากการพังทลายของไดโอดป้องกัน (ซีเนอร์ไดโอดที่มีการกระจายพลังงานพัลส์ที่อนุญาตขนาดใหญ่) ) หรือเนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิตเช่นอันเป็นผลมาจากการติดตั้งตัวป้องกัน ไดโอดอยู่ในขั้วที่ไม่ถูกต้อง อุปกรณ์ดังกล่าวอาจไม่เพียงแต่มีปัญหาในการสื่อสารกับรีโมทคอนโทรลผ่าน RS-485 แต่ยังอาจรบกวนอุปกรณ์ทั้งหมดของสาขาที่แยกได้
ขั้นแรก คุณสามารถส่งเสียงกริ่งสายกับเครื่องทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการขาดหรือลัดวงจรในสายหรือเอาต์พุตของอุปกรณ์ RS-485 ไปที่ "0 V" เมื่อทดสอบเอาต์พุต “A” และ “B” ของอุปกรณ์ คุณต้องจำไว้ว่าเพื่อวัตถุประสงค์ในการป้องกัน เอาต์พุตเหล่านี้จะถูกบายพาสด้วยไดโอดป้องกัน โดยมีแคโทดเชื่อมต่อกับเอาต์พุตที่ได้รับการป้องกันและขั้วบวกอยู่ที่ “0 V” ดังนั้นในอุปกรณ์ที่ใช้งานในขั้วตรง (โพรบบวกของเครื่องทดสอบเชื่อมต่อกับเอาต์พุต, โพรบลบ - ถึง "0 V") เอาต์พุตไม่ควรส่งเสียง แต่ในขั้วย้อนกลับ (โพรบลบของ เครื่องมือทดสอบเชื่อมต่อกับเอาต์พุต) ขึ้นอยู่กับค่าของแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ ผู้ทดสอบสามารถแสดงความต้านทานต่ำที่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมไดโอดไปข้างหน้า (เช่น ประมาณ 0.6 - 0.7 V) หากเอาต์พุตส่งเสียงกริ่งที่ 0 V ในขั้วใด ๆ แสดงว่ามี "การเชื่อม" ของไดโอดป้องกัน หากเอาท์พุตดังในขั้วตรงข้ามกับที่ระบุไว้ อาจบ่งบอกถึงข้อบกพร่องในการผลิต (การติดตั้งไดโอดป้องกันไม่ถูกต้อง)
นอกจากนี้เรายังดึงความสนใจของคุณไปที่การออกแบบวงจรของวงจรป้องกัน RS-485 ในอุปกรณ์เวอร์ชันใหม่มีการเปลี่ยนแปลง (ตัวอย่างเช่นสำหรับ Signals-20P - เริ่มตั้งแต่เวอร์ชัน 2.04) วงจรป้องกันที่ให้บริการได้ "ใหม่" จะไม่ดังในขั้วตรงหรือขั้วกลับ สิ่งสำคัญ: วงจรจะต้องได้รับการทดสอบด้วยเครื่องทดสอบในโหมดการทดสอบไดโอด ในโหมดการวัดความต้านทาน แรงดันไฟฟ้าในการวัดในเครื่องทดสอบหลายตัวจะน้อยกว่าแรงดันตกคร่อมโดยตรงที่ตกคร่อมไดโอด ดังนั้นเมื่อทำการทดสอบวงจรป้องกันใหม่ วงจรป้องกันการทำงานอาจแตกต่างกันเล็กน้อยจากความผิดพลาด (ในทั้งสองกรณี ผู้ทดสอบสามารถทำได้ แสดงความต้านทานลำดับหลายสิบ kOhms) นอกจากการตรวจสอบความต่อเนื่องของวงจร “A” และ “B” สัมพันธ์กับ “0 V” ในทั้งสองขั้วแล้ว ยังสมเหตุสมผลที่จะทำการวัดที่คล้ายกันระหว่าง “A” และ “B” (จัมเปอร์ที่มีความต้านทานโหลดของ ต้องถอดสาย RS-485 ออก)

วงจรเหล่านี้ไม่ควรส่งเสียงกริ่งที่ขั้วการวัดใดๆ (สำหรับวงจรป้องกัน "ใหม่")

ข้อสรุปที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถทำได้โดยการตรวจสอบสัญญาณในสาย RS-485 โดยใช้ออสซิลโลสโคป วัดสัญญาณระหว่างสาย "A" และ "B" ใกล้กับอินพุต RS-485 ของอุปกรณ์และรีโมทคอนโทรล มีการติดตั้งโพรบออสซิลโลสโคปไว้ที่บรรทัด "A" ซึ่งเป็นโพรบทั่วไป - ออนไลน์ "B" (คุณต้องระวังที่นี่เนื่องจากออสซิลโลสโคปบางตัวมีอินพุต "ทั่วไป" ที่ต่อสายดินผ่านพินกราวด์ของปลั๊กซึ่งสามารถทำให้เกิดการบิดเบือนได้ หรือการรบกวน โดยเฉพาะหากระบบมีจุดต่อสายดินอื่นอยู่แล้ว) ควรมองเห็นพัลส์ไบโพลาร์บนออสซิลโลสโคป การส่งผ่าน "1" สอดคล้องกับขั้วบวก การส่งผ่าน "0" - ขั้วลบ ความยาวของข้อมูลที่ส่งหนึ่งบิตคือประมาณ 0.1 มิลลิวินาที เงื่อนไขสำหรับการรับสัญญาณที่เชื่อถือได้มีดังนี้: หากแรงดันไฟฟ้าที่อินพุตตัวรับสัญญาณมากกว่า 0.2 V จะยอมรับ "1" หากน้อยกว่า -0.2 V จะยอมรับ "0" หากแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วง -0.2 ถึง 0.2 V ผลลัพธ์จะไม่ถูกกำหนดไว้ และไม่รับประกันการทำงานของ RS-485 ดังนั้น เมื่อใช้ออสซิลโลสโคป คุณจะต้องวัดระดับของสัญญาณ "0" และ "1" และตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณเหล่านั้นเป็นไปตามเงื่อนไขที่ระบุ ที่เอาต์พุตของรีโมทคอนโทรลแรงดันสัญญาณ "1" โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ +4 V แรงดันไฟฟ้า "0" จะอยู่ที่ประมาณ -4 V ที่เอาต์พุตของ "S2000-PI" เมื่อส่งสัญญาณ "0" แรงดันไฟฟ้าก็จะยัง จะอยู่ที่ประมาณ -4 V และเมื่อส่งสัญญาณ "1" " - ประมาณ + 0.4 V โดยเปิดตัวต้านทานปลายบรรทัด 620 โอห์มหนึ่งตัวและประมาณ 0.22 V พร้อมตัวต้านทานปลายบรรทัดสองตัว เมื่อเปลี่ยนจาก "0" เป็น "1" "S2000-PI" จะสร้างพัลส์สั้น (ประมาณ 0.03 ms) โดยมีค่าแรงดันไฟฟ้าประมาณ +4 V หากสัญญาณมีการแกว่งจาก 0 V ถึง -4 V หรือจาก + 4 V (หรือ +0.2 V สำหรับ "S2000-PI") ถึง 0 V เราสามารถสรุปได้ว่าหนึ่งในสาย RS-485 ลัดวงจรไปที่วงจร "0 V"

วัตถุประสงค์ของบทความนี้คือเพื่อให้แนวทางพื้นฐานในการเลือกแผนผังสายไฟสำหรับเครือข่ายที่ใช้ RS-485 ข้อมูลจำเพาะ RS-485 (เรียกอย่างเป็นทางการว่า TIA/EIA-485-A) ไม่ได้อธิบายอย่างชัดเจนว่าควรต่อสายเครือข่าย RS-485 อย่างไร อย่างไรก็ตาม มันก็ให้คำแนะนำบางอย่าง คำแนะนำและแนวทางปฏิบัติทางวิศวกรรมในการประมวลผลเสียงเหล่านี้เป็นพื้นฐานของบทความนี้ อย่างไรก็ตาม คำแนะนำที่นำเสนอในที่นี้ไม่ได้ครอบคลุมถึงตัวเลือกเครือข่ายที่หลากหลายที่เป็นไปได้

RS-485 ส่งข้อมูลดิจิทัลระหว่างวัตถุจำนวนมาก ความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลสามารถเข้าถึง 10 Mbit/s และบางครั้งก็เกินค่านี้ RS-485 ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูลนี้ในระยะทางไกล และระยะ 1,000 เมตรก็อยู่ในขีดความสามารถที่ดี ระยะทางและอัตราข้อมูลที่สามารถใช้ RS-485 ได้สำเร็จนั้นขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยเมื่อออกแบบการออกแบบการเชื่อมต่อโครงข่ายของระบบ

เคเบิล

RS-485 ได้รับการออกแบบให้เป็นระบบที่สมดุล พูดง่ายๆ ก็คือ นอกจากสายกราวด์แล้ว ยังมีสายสองเส้นที่ใช้ในการส่งสัญญาณอีกด้วย

ข้าว. 1. ระบบสมดุลใช้สายสองเส้นในการส่งข้อมูลนอกเหนือจากสายกราวด์

ระบบนี้เรียกว่าสมดุลเพราะสัญญาณบนสายหนึ่งตรงกันข้ามกับสัญญาณบนสายที่สองโดยสิ้นเชิง กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากสายหนึ่งกำลังส่งสัญญาณในระดับสูง อีกสายหนึ่งก็จะส่งสัญญาณในระดับต่ำ และในทางกลับกัน ดูภาพประกอบ 2.

ข้าว. 2. สัญญาณบนสายทั้งสองของระบบบาลานซ์อยู่ตรงข้ามกันอย่างสมบูรณ์

แม้ว่า RS-485 จะสามารถส่งสัญญาณได้สำเร็จโดยใช้สื่อส่งสัญญาณประเภทต่างๆ แต่จะต้องใช้ร่วมกับการเดินสายที่เรียกกันทั่วไปว่า "คู่บิด"

คู่บิดคืออะไร และทำไมจึงใช้?

ตามชื่อของมัน สายคู่ตีเกลียวเป็นเพียงสายคู่ที่มีความยาวเท่ากันและบิดเข้าหากัน การใช้เครื่องส่งสัญญาณที่สอดคล้องกับ RS-485 บนสายเคเบิลคู่บิดเกลียวช่วยลดปัญหาหลักสองประการสำหรับนักออกแบบ WAN ความเร็วสูง EMI ที่แผ่รังสี และ EMI ที่เหนี่ยวนำ

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมา

ดังแสดงในรูปที่ 3 เมื่อใดก็ตามที่ใช้พัลส์ที่มีขอบชันในการส่งข้อมูล ส่วนประกอบความถี่สูงจะปรากฏในสัญญาณ ขอบที่สูงชันเหล่านี้จำเป็นต้องใช้ความเร็วที่สูงกว่าที่ RS-485 สามารถให้ได้

ข้าว. 3. รูปคลื่นของรถไฟคลื่นสี่เหลี่ยม 125 kHz และ FFT

ส่วนประกอบความถี่สูงที่เกิดขึ้นของขอบที่สูงชันเหล่านี้ร่วมกับสายไฟยาว อาจส่งผลให้เกิดการปล่อยคลื่นรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ระบบสมดุลที่ใช้ข้อต่อคู่บิดเกลียวจะช่วยลดผลกระทบนี้ ทำให้ระบบเป็นตัวกระจายสัญญาณที่ไม่มีประสิทธิภาพ มันทำงานบนหลักการง่ายๆ เนื่องจากสัญญาณบนเส้นมีค่าเท่ากันแต่กลับกัน สัญญาณที่ปล่อยออกมาจากแต่ละเส้นจึงมีแนวโน้มที่จะเท่ากันแต่กลับด้าน สิ่งนี้สร้างเอฟเฟกต์ของการระงับสัญญาณหนึ่งต่ออีกสัญญาณหนึ่ง ซึ่งในทางกลับกันหมายถึงไม่มีรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ขึ้นอยู่กับสมมติฐานที่ว่าสายไฟมีความยาวเท่ากันทุกประการและมีการจัดเรียงเหมือนกันทุกประการ เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะมีสายไฟสองเส้นที่เหมือนกันทุกประการในเวลาเดียวกัน สายไฟจึงควรอยู่ใกล้กันมากที่สุด การบิดสายไฟจะช่วยต่อต้านรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกค้างเนื่องจากระยะห่างที่จำกัดระหว่างสายไฟทั้งสองเส้น

เหนี่ยวนำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

EMI เหนี่ยวนำโดยพื้นฐานแล้วเป็นปัญหาเดียวกับ EMI ที่แผ่กระจาย แต่กลับกัน การเชื่อมต่อระหว่างกันที่ใช้ในระบบที่ใช้ RS-485 ยังทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่รับสัญญาณที่ไม่ต้องการอีกด้วย สัญญาณที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้สามารถบิดเบือนสัญญาณที่เป็นประโยชน์ ซึ่งอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดของข้อมูลได้ ด้วยเหตุผลเดียวกันกับที่สายคู่บิดเกลียวช่วยป้องกันการแผ่รังสี EMI ก็จะช่วยลดผลกระทบของ EMI ที่ดำเนินการด้วย เนื่องจากสายไฟทั้งสองถูกวางเข้าด้วยกันและบิดงอ เสียงที่เกิดขึ้นบนสายไฟเส้นหนึ่งจึงมีแนวโน้มจะเหมือนกับเสียงที่เกิดขึ้นบนสายไฟเส้นที่สอง เสียงรบกวนประเภทนี้เรียกว่า "เสียงรบกวนในโหมดทั่วไป" เนื่องจากตัวรับ RS-485 ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับสัญญาณที่อยู่ตรงข้ามกัน จึงสามารถลดสัญญาณรบกวนที่เหมือนกันกับสายทั้งสองได้อย่างง่ายดาย

ความต้านทานเฉพาะของสายคู่ตีเกลียว

คู่ตีเกลียวจะมี "ลักษณะความต้านทาน" ที่เหมาะสม ขึ้นอยู่กับรูปทรงของสายเคเบิลและวัสดุที่ใช้ในฉนวน ซึ่งโดยปกติจะกำหนดโดยผู้ผลิต ข้อมูลจำเพาะ RS-485 แนะนำ แต่ไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจนว่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะนี้คือ 120 โอห์ม คำแนะนำของอิมพีแดนซ์นี้จำเป็นต่อการคำนวณโหลดเคสที่แย่ที่สุดและช่วงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปที่กำหนดในข้อกำหนด RS-485 เห็นได้ชัดว่าข้อกำหนดไม่ได้กำหนดอิมพีแดนซ์นี้โดยคำนึงถึงความยืดหยุ่น หากไม่สามารถใช้สายเคเบิล 120 โอห์มได้ด้วยเหตุผลบางประการ ขอแนะนำว่ากรณีโหลดกรณีที่แย่ที่สุด (จำนวนตัวส่งและตัวรับที่อนุญาต) และช่วงแรงดันไฟฟ้าของโหมดทั่วไปกรณีที่แย่ที่สุดได้รับการคำนวณใหม่เพื่อให้แน่ใจว่าระบบที่ออกแบบจะทำงานได้ สิ่งตีพิมพ์ TSB89 มีส่วนที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณดังกล่าวโดยเฉพาะ

จำนวนคู่บิดเกลียวต่อเครื่องส่ง

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลประเภทใด คำถามก็เกิดขึ้นว่าตัวส่งสัญญาณสามารถรับสายคู่บิดได้จำนวนเท่าใด คำตอบสั้น ๆ คือคำตอบเดียว แม้ว่าตัวส่งสัญญาณอาจสามารถขับเคลื่อนสายเคเบิลคู่บิดเกลียวได้มากกว่าหนึ่งเส้นในบางกรณี แต่นี่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของข้อมูลจำเพาะ

ตัวต้านทานการสิ้นสุด

เนื่องจากเกี่ยวข้องกับความถี่สูงและระยะทางไกล จึงต้องให้ความสนใจตามสมควรกับผลกระทบที่เกิดขึ้นในสายการสื่อสาร อย่างไรก็ตาม การอภิปรายโดยละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบเหล่านี้และวิธีการจับคู่ที่ถูกต้องนั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้ ด้วยเหตุนี้ เราจะพูดคุยถึงเทคนิคการปรับสภาพโดยย่อในรูปแบบที่ง่ายที่สุดที่เกี่ยวข้องกับ RS-485

ตัวต้านทานปลายสายเป็นเพียงตัวต้านทานที่ติดตั้งไว้ที่ปลายสุดหรือปลายสาย (รูปที่ 4) ตามหลักการแล้ว ความต้านทานของตัวต้านทานที่ตรงกันจะเท่ากับอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของสายเคเบิล

รูปที่ 4 ตัวต้านทานที่ตรงกันจะต้องมีความต้านทานเท่ากับความต้านทานลักษณะเฉพาะของคู่บิดเกลียว และต้องวางไว้ที่ปลายสุดของสายเคเบิล

หากความต้านทานของตัวต้านทานที่ตรงกันไม่เท่ากับความต้านทานเฉพาะของสายเคเบิล การสะท้อนจะเกิดขึ้นเช่น สัญญาณจะกลับมาทางสายเคเบิล สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยสมการ (Rt-Zo)/(Zo+Rt) โดยที่ Zo คือความต้านทานของสายเคเบิล และ Rt คือค่าของตัวต้านทานที่ตรงกัน แม้ว่าการสะท้อนบางอย่างจะหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากความคลาดเคลื่อนของสายเคเบิลและตัวต้านทาน ความแปรผันที่สูงอาจทำให้เกิดการสะท้อนที่มีขนาดใหญ่พอที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดของข้อมูลได้ ดู รูปภาพ 5

ข้าว. 5. จากการใช้วงจรที่แสดงในรูปด้านบน สัญญาณทางด้านซ้ายได้มาจาก MAX3485 ที่ปลายสายคู่บิดเกลียว 120 โอห์ม และตัวต้านทานปลายสาย 54 โอห์ม ได้รับสัญญาณทางด้านขวาเมื่อจับคู่อย่างถูกต้องโดยใช้ตัวต้านทาน 120 โอห์ม

ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องแน่ใจว่าค่าความต้านทานของตัวต้านทานที่ตรงกันและความต้านทานลักษณะเฉพาะนั้นใกล้เคียงที่สุด ตำแหน่งของตัวต้านทานที่ตรงกันก็มีความสำคัญเช่นกัน ควรวางตัวต้านทานปลายสายไว้ที่ปลายสุดของสายเคเบิลเสมอ

ตามกฎทั่วไป ควรวางตัวต้านทานปลายสายไว้ที่ปลายทั้งสองด้านของสายเคเบิล แม้ว่าการต่อปลายทั้งสองด้านอย่างเหมาะสมจะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบระบบส่วนใหญ่ แต่ก็สามารถโต้แย้งได้ว่าในกรณีพิเศษเพียงกรณีเดียว จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทานปลายสายเพียงตัวเดียวเท่านั้น กรณีนี้เกิดขึ้นในระบบที่มีตัวส่งสัญญาณตัวเดียว และตัวส่งสัญญาณตัวเดียวนั้นอยู่ที่ปลายสุดของสายเคเบิล ในกรณีนี้ ไม่จำเป็นต้องวางตัวต้านทานปลายสายไว้ที่ปลายเครื่องส่งสัญญาณของสายเคเบิล เนื่องจากสัญญาณจะแพร่กระจายจากเครื่องส่งสัญญาณนั้นเสมอ

จำนวนตัวส่งและตัวรับสูงสุดในเครือข่าย

เครือข่ายที่ใช้ RS-485 ที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเครื่องส่งและเครื่องรับหนึ่งเครื่อง แม้ว่าจะมีประโยชน์ในการใช้งานหลายอย่าง แต่ RS-485 ก็มีความยืดหยุ่นมากขึ้นโดยอนุญาตให้มีตัวรับและตัวส่งสัญญาณมากกว่าหนึ่งตัวบนสายเคเบิลคู่บิดเกลียวเส้นเดียว ค่าสูงสุดที่อนุญาตจะขึ้นอยู่กับจำนวนอุปกรณ์แต่ละเครื่องที่โหลดระบบ

ในโลกอุดมคติ เครื่องรับและตัวส่งสัญญาณที่ไม่ใช้งานทั้งหมดจะมีอิมพีแดนซ์ไม่สิ้นสุดและจะไม่โหลดระบบเลย อย่างไรก็ตาม ในโลกแห่งความเป็นจริง สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น ตัวรับสัญญาณแต่ละตัวที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายและเครื่องส่งสัญญาณที่ไม่ได้ใช้งานทั้งหมดจะเพิ่มภาระ เพื่อช่วยให้ผู้ออกแบบเครือข่าย RS-485 ทราบจำนวนอุปกรณ์ที่สามารถเพิ่มลงในเครือข่ายได้ จึงได้สร้างหน่วยสมมติที่เรียกว่า "โหลดหน่วย" ขึ้น อุปกรณ์ทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย RS-485 จะต้องมีลักษณะเฉพาะด้วยอัตราส่วนตัวคูณหรือเศษส่วนของโหลดต่อหน่วย สองตัวอย่างคือ MAX3485 ซึ่งระบุเป็นโหลด 1 หน่วย และ MAX487 ซึ่งระบุเป็นโหลด 1/4 หน่วย จำนวนหน่วยโหลดสูงสุดบนสายคู่บิดเกลียว (สมมติว่าเรากำลังจัดการกับสายเคเบิลปลายสายที่เหมาะสมซึ่งมีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ 120 โอห์ม หรือมากกว่า) คือ 32 สำหรับตัวอย่างข้างต้น หมายความว่าสูงถึง 32 MAX3485 หรือสูงถึง 128 แม็กซ์487.

ตัวอย่างเครือข่ายที่ถูกต้อง

ด้วยข้อมูลข้างต้น เราพร้อมที่จะออกแบบเครือข่ายที่ใช้ RS-485 บางส่วน นี่เป็นตัวอย่างง่ายๆ

เครื่องส่งหนึ่งเครื่อง เครื่องรับหนึ่งเครื่อง

เครือข่ายที่ง่ายที่สุดคือเครื่องส่งและเครื่องรับหนึ่งเครื่อง (รูปที่ 6) ในตัวอย่างนี้ ตัวต้านทานการสิ้นสุดจะแสดงบนสายเคเบิลที่ด้านเครื่องส่งสัญญาณ แม้ว่าจะไม่จำเป็นในที่นี้ แต่ก็อาจเป็นแนวปฏิบัติที่ดีในการออกแบบเครือข่ายที่มีตัวต้านทานปลายทั้งสองตัว ซึ่งช่วยให้สามารถย้ายตัวส่งสัญญาณไปยังตำแหน่งอื่นที่ไม่ใช่ปลายสายไกลได้ และยังช่วยให้สามารถเพิ่มตัวส่งสัญญาณเพิ่มเติมในเครือข่ายได้หากจำเป็น

ข้าว. 6. เครือข่าย RS-485 พร้อมตัวส่งและตัวรับหนึ่งตัว

เครื่องส่งหนึ่งเครื่อง เครื่องรับหลายเครื่อง

รูปที่ 7 แสดงเครือข่ายที่มีเครื่องส่งหนึ่งเครื่องและเครื่องรับหลายเครื่อง สิ่งสำคัญคือระยะทางจากสายคู่บิดเบี้ยวถึงตัวรับนั้นสั้นที่สุด

ข้าว. 7. เครือข่าย RS-485 พร้อมตัวส่งหนึ่งตัวและตัวรับหลายตัว

ตัวรับส่งสัญญาณสองตัว

รูปที่ 8 แสดงเครือข่ายที่มีตัวรับส่งสัญญาณสองตัว

ข้าว. 8. เครือข่าย RS-485 พร้อมตัวรับส่งสัญญาณสองตัว

ตัวรับส่งสัญญาณหลายตัว

รูปที่ 8 แสดงเครือข่ายที่มีตัวรับส่งสัญญาณหลายตัว เช่นเดียวกับตัวอย่างเครื่องส่งและเครื่องรับหลายเครื่อง สิ่งสำคัญคือต้องรักษาระยะห่างจากสายคู่บิดเกลียวไปยังเครื่องรับให้สั้นที่สุด

ข้าว. 9. เครือข่าย RS-485 พร้อมตัวรับส่งสัญญาณหลายตัว

ตัวอย่างเครือข่ายที่ไม่ถูกต้อง

ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่างของระบบที่กำหนดค่าไม่ถูกต้อง แต่ละตัวอย่างจะเปรียบเทียบรูปคลื่นที่ได้รับจากเครือข่ายที่ออกแบบไม่ถูกต้องกับรูปคลื่นที่ได้รับจากระบบที่ออกแบบอย่างเหมาะสม รูปคลื่นถูกวัดต่างกันที่จุด A และ B (A-B)

เครือข่ายไม่สอดคล้องกัน

ในตัวอย่างนี้ ไม่มีตัวต้านทานปลายสายที่ปลายคู่บิดเกลียว เมื่อสัญญาณเดินทางจากแหล่งกำเนิดจะพบกับวงจรเปิดที่ปลายสาย ส่งผลให้อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน ทำให้เกิดการสะท้อนกลับ ในกรณีของวงจรเปิด (ดังแสดงด้านล่าง) พลังงานทั้งหมดจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด ทำให้เกิดรูปคลื่นที่บิดเบี้ยวอย่างมาก

ข้าว. 10. เครือข่าย RS-485 ที่ไม่ประสานกัน (ด้านบน) และรูปคลื่นผลลัพธ์ (ซ้าย) เปรียบเทียบกับสัญญาณที่ได้รับบนเครือข่ายที่มีการเจรจาอย่างเหมาะสม (ขวา)

ตำแหน่งเทอร์มิเนเตอร์ไม่ถูกต้อง

ในรูปที่ 11 มีตัวต้านทานปลายสายอยู่ แต่ตำแหน่งจะแตกต่างจากปลายด้านไกลของสายเคเบิล เมื่อสัญญาณแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิด จะพบว่ามีอิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันสองค่า ตัวแรกจะพบได้ในตัวต้านทานที่ตรงกัน แม้ว่าตัวต้านทานจะจับคู่กับลักษณะเฉพาะอิมพีแดนซ์ของสายเคเบิล แต่ก็ยังมีสายเคเบิลอยู่ด้านหลังตัวต้านทาน สายเคเบิลเพิ่มเติมนี้ทำให้เกิดความไม่ตรงกันและทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ ความไม่ตรงกันครั้งที่สอง คือปลายสายเคเบิลที่ไม่ตรงกัน ทำให้เกิดการสะท้อนเพิ่มเติม

ข้าว. 11. เครือข่าย RS-485 ที่มีตัวต้านทานการสิ้นสุดการวางตำแหน่งไม่ถูกต้อง (ด้านบน) และรูปคลื่นผลลัพธ์ (ซ้าย) เปรียบเทียบกับสัญญาณที่ได้รับบนเครือข่ายที่สิ้นสุดอย่างถูกต้อง (ขวา)

สายเคเบิลคอมโพสิต

มีปัญหาการเชื่อมต่อโครงข่ายหลายประการในรูปที่ 12 ปัญหาแรกคือไดรเวอร์ RS-485 ได้รับการออกแบบมาเพื่อขับเคลื่อนสายเคเบิลคู่บิดเกลียวที่ปิดปลายอย่างถูกต้องเพียงเส้นเดียวเท่านั้น ในที่นี้เครื่องส่งแต่ละตัวจะควบคุมคู่บิดขนานสี่คู่ ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถรับประกันระดับตรรกะขั้นต่ำที่ต้องการได้ นอกจากภาระหนักแล้ว ยังมีอิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันที่จุดที่เชื่อมต่อสายเคเบิลหลายเส้นอีกด้วย ความต้านทานที่ไม่ตรงกันอีกครั้งหมายถึงการสะท้อนและเป็นผลให้สัญญาณผิดเพี้ยน

ข้าว. 12. เครือข่าย RS-485 ไม่ถูกต้องโดยใช้คู่บิดหลายคู่

ก๊อกยาว

ในรูปที่ 13 สายเคเบิลได้รับการจับคู่อย่างถูกต้องและตัวส่งสัญญาณถูกโหลดบนคู่บิดเพียงคู่เดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ส่วนสายไฟที่จุดเชื่อมต่อ (ต้นขั้ว) ของเครื่องรับนั้นยาวเกินไป การแตะยาวๆ จะทำให้อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันอย่างมีนัยสำคัญ และทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณ ก๊อกทั้งหมดควรสั้นที่สุด

ข้าว. 13. เครือข่าย RS-485 โดยใช้ก๊อก 3 เมตร (บน) และสัญญาณผลลัพธ์ (ซ้าย) เทียบกับสัญญาณที่ได้รับด้วยการแตะสั้น ๆ

อุปกรณ์ RS-485 ทั้งหมดได้รับการติดตั้งไว้ในบัสเดียว รถบัสใช้สองบรรทัดสำหรับข้อมูล ( กและ บี) ในขณะที่มักจะสะดวกในการวางสายไฟสองเส้น - จีเอ็นดีและ +12V(หรือแรงดันไฟฟ้าอื่นๆ)

สาย A บนอุปกรณ์ทั้งหมดเชื่อมต่อกับแผงขั้วต่อที่มีเครื่องหมาย A สาย B จะเชื่อมต่อกับ B เสมอ

ต้องใช้สายคู่บิดเกลียว: ข้อมูล RS-485 (สาย A และ B) ต้องเป็นสายคู่ตีเกลียว หากใช้สายเคเบิลเดียวกันในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ก็จำเป็นต้องให้ความสนใจกับหน้าตัดของตัวนำ: แรงดันไฟฟ้าตกบนเส้นยาวอาจทำให้อุปกรณ์ไม่ทำงาน สุดท้ายคุณควรเลือกสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม

เมื่อติดตั้งจะสะดวกในการใช้สายเคเบิลที่มีแกนที่ยืดหยุ่น ตัวอย่างได้รับด้านล่าง:

คุณยังสามารถใช้คู่บิด CAT5 ปกติสำหรับอีเธอร์เน็ตเพื่อวางบัส - แผนภาพการเชื่อมต่อมาตรฐานสำหรับบัสนั้นแสดงไว้ด้านล่าง (ความต้านทานลักษณะทั่วไปของสายเคเบิลดังกล่าวคือ 100 โอห์ม)

สัญญาณบัส RS-485	ลวด
ข้อมูลก	สีขาว-เขียว
ข้อมูล B	สีเขียว
แหล่งจ่ายไฟ (12V หรืออื่นๆ)	ส้ม
แหล่งจ่ายไฟ (12V หรืออื่นๆ)	ขาวส้ม
ไม่ได้ใช้	สีฟ้า
ไม่ได้ใช้	ขาว-น้ำเงิน
กราวด์ไฟฟ้า (GND)	ขาวน้ำตาล
กราวด์ไฟฟ้า (GND)	สีน้ำตาล

ขั้วต่อร่วมได้รับการกำหนดไว้ ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ เช่น SC, SG, G, GND, กราวด์ หรือข้อมูลอ้างอิง บนตัวควบคุม Wiren Board เทอร์มินัลนี้ถูกกำหนดให้เป็น GND เมื่อเชื่อมต่อกับพอร์ตแยก คุณจะต้องเชื่อมต่อกับกราวด์แยกของพอร์ตนี้ (เทอร์มินัล "GND iso")

หากรถบัสของคุณยาวเกิน 100 เมตร ขอแนะนำให้ติดตั้งตัวต้านทานเทอร์มินัลที่ส่วนท้าย (ประมาณ 150 โอห์ม รายละเอียดเพิ่มเติมใน Wikipedia) สำหรับสายยาว มีคำแนะนำให้ยุติตัวนำสายเคเบิลที่ไม่ได้ใช้ที่ปลายทั้งสองข้างด้วย

อุปกรณ์เชื่อมต่อ

RS-485คือหมายเลขมาตรฐานที่สมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (EIA) นำมาใช้เป็นครั้งแรก ตอนนี้เรียกว่ามาตรฐานนี้ TIA/EIA-485 คุณลักษณะทางไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและตัวรับสัญญาณสำหรับใช้ในระบบมัลติพอยต์ดิจิทัลที่สมดุล(คุณลักษณะทางไฟฟ้าของเครื่องส่งและเครื่องรับที่ใช้ในระบบมัลติพอยต์ดิจิทัลแบบสมดุล)
ในหมู่ผู้คน RS-485เป็นชื่อของอินเทอร์เฟซยอดนิยมที่ใช้ในระบบควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมเพื่อเชื่อมต่อตัวควบคุมและอุปกรณ์อื่นๆ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง RS-485 และ RS-232 ที่แพร่หลายเช่นกันก็คือความสามารถในการรวมอุปกรณ์หลายตัวเข้าด้วยกัน

คำอธิบายของอินเทอร์เฟซ RS-485

อินเทอร์เฟซ RS-485 ให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์หลายตัวผ่านสายสื่อสารสองสายเส้นเดียวในโหมดฮาล์ฟดูเพล็กซ์ ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเมื่อสร้างระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติ

ความเร็วและระยะ

RS-485 ให้การรับส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงถึง 10 Mbit/s ช่วงสูงสุดขึ้นอยู่กับความเร็ว: ที่ความเร็ว 10 Mbit/s ความยาวสายสูงสุดคือ 120 ม. ที่ความเร็ว 100 kbit/s - 1200 ม.

จำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

จำนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับหนึ่งบรรทัดอินเทอร์เฟซขึ้นอยู่กับประเภทของตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้ในอุปกรณ์ เครื่องส่งหนึ่งเครื่องได้รับการออกแบบเพื่อควบคุม 32 มาตรฐานเครื่องรับ เครื่องรับมีจำหน่ายโดยมีอิมพีแดนซ์อินพุต 1/2, 1/4, 1/8 ของมาตรฐาน เมื่อใช้เครื่องรับดังกล่าว จำนวนอุปกรณ์ทั้งหมดจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนครั้งที่สอดคล้องกัน

โปรโตคอลและตัวเชื่อมต่อ

มาตรฐานไม่ได้กำหนดมาตรฐานรูปแบบของกรอบข้อมูลและโปรโตคอลการแลกเปลี่ยน ส่วนใหญ่แล้วเฟรมเดียวกันนี้ใช้ในการส่งข้อมูลไบต์เช่นเดียวกับในอินเทอร์เฟซ RS-232: บิตเริ่มต้น บิตข้อมูล บิตพาริตี (หากจำเป็น) บิตหยุด
โปรโตคอลการแลกเปลี่ยนในระบบส่วนใหญ่ทำงานบนหลักการมาสเตอร์-สเลฟ อุปกรณ์หนึ่งบนทางหลวงคืออุปกรณ์หลักและเริ่มต้นการแลกเปลี่ยนโดยการส่งคำขอไปยังอุปกรณ์สลาฟ ซึ่งมีที่อยู่ตรรกะที่แตกต่างกัน โปรโตคอลหนึ่งที่ได้รับความนิยมคือโปรโตคอล Modbus RTU
มาตรฐานไม่ได้ระบุประเภทของขั้วต่อและสายไฟไว้ด้วย มีขั้วต่อ DB9 ขั้วต่อเทอร์มินัล ฯลฯ

การเชื่อมต่อ

แผนภาพการเชื่อมต่อ

รูปนี้แสดงเครือข่ายท้องถิ่นที่ใช้อินเทอร์เฟซ RS-485 ซึ่งเชื่อมต่อเครื่องรับส่งสัญญาณหลายตัว
เมื่อเชื่อมต่อจะต้องเชื่อมต่อวงจรสัญญาณอย่างถูกต้องซึ่งปกติเรียกว่า A และ B การกลับขั้วไม่ใช่ปัญหา แต่อุปกรณ์จะไม่ทำงาน วิธีระบุวงจรตามระดับ ดูด้านล่าง

• สื่อการส่งสัญญาณเป็นแบบใช้สายเคเบิล คู่บิด.
• ปลายสายต้องปิดมิดชิด ตัวต้านทานเทอร์มินัล(ปกติคือ 120 โอห์ม)
• เครือข่ายจะต้องวางตามโทโพโลยีบัส ไม่มีสาขา.
• อุปกรณ์ควรเชื่อมต่อกับสายเคเบิลโดยใช้สายไฟ ความยาวขั้นต่ำ.

ระดับสัญญาณ

อินเทอร์เฟซ RS-485 ใช้รูปแบบการส่งสัญญาณแบบสมดุล (ดิฟเฟอเรนเชียล) ซึ่งหมายความว่าระดับแรงดันไฟฟ้าในวงจรสัญญาณ A และ B เปลี่ยนออกจากเฟส ดังแสดงในรูปด้านล่าง:

เครื่องส่งต้องมีระดับสัญญาณ 1.5 V ที่โหลดสูงสุด (อินพุตมาตรฐาน 32 อินพุตและตัวต้านทานขั้วต่อ 2 ตัว) และไม่เกิน 6 V ที่ไม่ได้ใช้งาน ระดับแรงดันไฟฟ้าจะถูกวัดแตกต่างกัน โดยสายสัญญาณเส้นหนึ่งจะสัมพันธ์กับอีกสายหนึ่ง
ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณ จะมีการชดเชยเล็กน้อยบนวงจรสัญญาณ ตามลำดับ 200 mV เพื่อป้องกันเครื่องรับจากสัญญาณเตือนที่ผิดพลาด ในกรณีนี้วงจร B มีศักยภาพเชิงบวกเมื่อเทียบกับวงจร A ซึ่งสามารถใช้เป็นแนวทางในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ใหม่เข้ากับสายเคเบิลที่มีสายไฟที่ไม่มีเครื่องหมาย
ด้านตัวรับสัญญาณ RS-485 ระดับต่ำสุดของสัญญาณที่ได้รับจะต้องมีอย่างน้อย 200 mV

การบิดเบือนเนื่องจากการเดินสายเครือข่ายไม่ถูกต้อง

การปฏิบัติตามคำแนะนำข้างต้นรับประกันการส่งสัญญาณไฟฟ้าตามปกติไปยังจุดใดๆ ในเครือข่ายโดยใช้อินเทอร์เฟซ RS-485 หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนดอย่างน้อยหนึ่งข้อ สัญญาณจะผิดเพี้ยน ตัวอย่างเช่น นี่คือออสซิลโลแกรมของสัญญาณที่ถ่ายที่จุดเชื่อมต่อของเครื่องรับ ซึ่งอยู่ห่างจากเครื่องส่งสัญญาณ 15 เมตร และ 30 เมตรจากปลายสาย โดยเปิดและปิดตัวต้านทานที่ตรงกัน:

รูปคลื่นต่อไปนี้แสดงการบิดเบือนของสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อกับสายเคเบิลหลักที่จับคู่ด้วยการแตะยาว 3 เมตร:

ออสซิลโลแกรมที่กำหนดเป็นเรื่องปกติสำหรับอัตราแลกเปลี่ยนที่สูง (1 Mbit/s และสูงกว่า) อย่างไรก็ตาม แม้จะใช้ความเร็วต่ำกว่า คุณไม่ควรละเลยคำแนะนำที่ให้ไว้ แม้ว่า "ได้ผลแล้วก็ตาม"

เมื่อเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชันสำหรับคอนโทรลเลอร์ที่ใช้อินเทอร์เฟซ RS-485 มีหลายประเด็นที่ต้องพิจารณา:

• ก่อนที่คุณจะเริ่มส่งพัสดุ คุณต้องเปิดเครื่องส่งก่อน แม้ว่าแหล่งข้อมูลบางแห่งจะอ้างว่าเอาต์พุตสามารถเริ่มต้นได้ทันทีหลังจากเปิดเครื่อง แต่เราขอแนะนำให้หยุดชั่วคราวเท่ากับหรือมากกว่าระยะเวลาของการส่งหนึ่งเฟรม (รวมถึงบิตเริ่มต้นและหยุด) ในกรณีนี้ผู้รับจะมีเวลาในการทำให้เป็นมาตรฐานและเตรียมรับข้อมูลไบต์แรก
• หลังจากปล่อยข้อมูลไบต์สุดท้ายแล้ว คุณควรหยุดชั่วคราวก่อนที่จะปิดตัวส่งสัญญาณ RS-485 เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมพอร์ตอนุกรมจะมีรีจิสเตอร์สองตัว: อินพุตแบบขนานสำหรับรับข้อมูลและเอาต์พุต shift สำหรับเอาต์พุตแบบอนุกรม คอนโทรลเลอร์จะสร้างการขัดจังหวะการส่งข้อมูลเมื่อรีจิสเตอร์อินพุตว่างเปล่า เมื่อข้อมูลถูกจัดวางในรีจิสเตอร์กะแล้ว แต่ยังไม่ได้ออก! ดังนั้นตั้งแต่ช่วงเวลาที่เกิดการหยุดชะงักจนกระทั่งเครื่องส่งถูกปิด คุณจะต้องหยุดชั่วคราว ระยะเวลาหยุดชั่วคราวโดยประมาณคือนานกว่าเฟรม 0.5 บิต เพื่อการคำนวณที่แม่นยำ คุณควรศึกษาเอกสารประกอบสำหรับตัวควบคุมพอร์ตอนุกรมอย่างรอบคอบ
• เนื่องจากตัวส่งและตัวรับของอินเทอร์เฟซ RS-485 เชื่อมต่อกับสายเดียวกัน เครื่องรับของตัวเองจะ "ได้ยิน" การส่งสัญญาณของตัวส่งสัญญาณของตัวเอง บางครั้ง ในระบบที่มีการเข้าถึงสายแบบสุ่ม คุณสมบัตินี้จะใช้เพื่อตรวจสอบการไม่มี “การชนกัน” ระหว่างเครื่องส่งสัญญาณสองตัว ในระบบที่ทำงานบนหลักการมาสเตอร์-สเลฟ เป็นการดีกว่าที่จะปิดการขัดจังหวะจากตัวรับระหว่างการส่งสัญญาณ

ในโลกสมัยใหม่ อุปกรณ์อุตสาหกรรมจำนวนมากทำงานผ่านอินเทอร์เฟซทางกายภาพเพื่อการสื่อสาร

ฟิสิคัลเลเยอร์เป็นช่องทางการสื่อสารและวิธีการส่งสัญญาณ (เลเยอร์ 1 ของโมเดลการเชื่อมต่อโครงข่ายระบบเปิด OSI)

ลองดูอินเทอร์เฟซยอดนิยมต่างๆ: RS-485 และ RS422

1. อินเทอร์เฟซ RS-485

RS-485(แนะนำมาตรฐาน 485) ด้วย EIA-485(Electronic Industries Alliance-485) เป็นหนึ่งในมาตรฐานเลเยอร์ทางกายภาพทั่วไปสำหรับอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอะซิงโครนัส

ชื่อมาตรฐาน: ANSI TIA/EIA-485-A:1998 ลักษณะทางไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและตัวรับสัญญาณสำหรับใช้ในระบบมัลติพอยต์ดิจิทัลที่สมดุล

มาตรฐานนี้ได้รับความนิยมอย่างมากและกลายเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างเครือข่ายอุตสาหกรรมทั้งตระกูลซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

มาตรฐาน RS-485 ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดยสองสมาคม:

สมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (EIA - สมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์)

สมาคมอุตสาหกรรมโทรคมนาคม (TIA)

ก่อนหน้านี้ EIA ได้ติดป้ายกำกับมาตรฐานทั้งหมดด้วยคำนำหน้า " อาร์.เอส."

วิศวกรจำนวนมากยังคงใช้การกำหนดนี้ แต่ EIA/TIA ได้เข้ามาแทนที่อย่างเป็นทางการแล้ว " อาร์.เอส."บน" การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม/TIA" เพื่ออำนวยความสะดวกในการระบุที่มาของมาตรฐาน

มาตรฐานกำหนดบรรทัดต่อไปนี้สำหรับการส่งสัญญาณ:

เอ - ไม่กลับด้าน

B - การกลับด้าน

C - สายสามัญเสริม (ศูนย์)

แม้ว่าคำจำกัดความจะชัดเจน แต่บางครั้งก็เกิดความสับสนว่าควรใช้การกำหนด ("A" หรือ "B") สำหรับเส้นกลับด้านและเส้นไม่กลับด้าน เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนนี้ จึงมักใช้สัญลักษณ์ทางเลือก เช่น "+" / "-"

เครือข่ายที่สร้างขึ้นบนอินเทอร์เฟซ RS-485 ประกอบด้วยตัวรับส่งสัญญาณที่เชื่อมต่อโดยใช้สายคู่บิด - สายบิดสองเส้น

อินเทอร์เฟซ RS-485 ขึ้นอยู่กับหลักการของการส่งข้อมูลส่วนต่าง (สมดุล) สาระสำคัญคือการส่งสัญญาณหนึ่งผ่านสายสองเส้น ยิ่งไปกว่านั้น สายหนึ่ง (มีเงื่อนไข A) จะส่งสัญญาณต้นฉบับ และอีกเส้นหนึ่ง (มีเงื่อนไข B) จะส่งสัญญาณแบบผกผัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากมี "1" บนสายหนึ่ง อีกเส้นหนึ่งก็จะเป็น "0" และในทางกลับกัน ดังนั้นจึงมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างสายสองสายของคู่บิดเกลียวเสมอ: ที่ "1" เป็นบวกที่ "0" เป็นลบ

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นนี้เองที่ส่งสัญญาณ

อาร์เอส-485 - อินเทอร์เฟซแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์- การรับและส่งสัญญาณเกิดขึ้นบนสายไฟคู่เดียวโดยมีการแยกเวลา เครือข่ายอาจมีตัวส่งสัญญาณได้หลายตัว เนื่องจากสามารถปิดเครื่องได้ในโหมดรับ

แม้ว่าอินเทอร์เฟซ RS-485 จะเป็นแบบสองสาย แต่ก็มีการใช้งานแบบสี่สาย

ในกรณีนี้อินเทอร์เฟซจะไม่กลายเป็น ดูเพล็กซ์เต็มรูปแบบยังเป็นฮาล์ฟดูเพล็กซ์อีกด้วย

รุ่นสี่สายจะจัดสรรโหนดหลักซึ่งเป็นตัวส่งสัญญาณที่ทำงานบนเครื่องรับของโหนดอื่นทั้งหมด

ตัวส่งสัญญาณของโหนดหลักจะทำงานอยู่เสมอ - ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นสถานะที่สาม

ตัวส่งสัญญาณของโหนดทาสที่เหลือจะต้องมีเอาต์พุตที่สามารถทดสอบได้ โดยจะรวมกันบนบัสทั่วไปกับตัวรับของโหนดหลัก ในเวอร์ชันแบบสองสาย โหนดทั้งหมดจะเท่ากัน

เครือข่ายที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของ RS-485 รองรับอุปกรณ์ "โหลดหน่วย" ได้สูงสุด 32 เครื่องตามมาตรฐาน

อุปกรณ์ที่มีค่า "โหลด" อื่น ๆ นั้นมีวางจำหน่ายทั่วไปในตลาด - 1/2 (เช่น 64 อุปกรณ์อยู่แล้ว), 1/4 (128 อุปกรณ์) ของโหลดหน่วย

เมื่อสร้างเส้นดังกล่าวจะมีปัญหาค่อนข้างมากดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความรู้ที่เหมาะสมในการออกแบบ

2. อินเทอร์เฟซ RS-422

อินเทอร์เฟซส่วนต่างแบบอนุกรม RS-422 (มาตรฐานที่แนะนำ 422) มีลักษณะคล้ายกันมากกับอินเทอร์เฟซการถ่ายโอนข้อมูลอื่นบนเครือข่าย - RS-485

สามารถเข้ากันได้ทางไฟฟ้าซึ่งกันและกัน แต่ก็ยังมีความแตกต่างที่สำคัญอยู่หลายประการ

RS-422 คือ อินเทอร์เฟซแบบดูเพล็กซ์เต็มรูปแบบ(full duplex) จึงสามารถส่งข้อมูลได้ทั้งสองทิศทางพร้อมกัน ตัวอย่างเช่น การยืนยันการรับแพ็กเก็ตข้อมูลเกิดขึ้นพร้อมกันกับการรับแพ็กเก็ตที่ตามมา

มั่นใจในการพิมพ์สองด้านเนื่องจากมีการใช้ตัวรับส่งสัญญาณสองตัวพร้อมกันซึ่งหนึ่งในนั้นใช้สำหรับการรับและอีกอันสำหรับการส่งสัญญาณ

แม้ว่าจะใช้ RS-485 เพื่อจัดระเบียบเครือข่ายที่มีสมาชิกจำนวนมาก แต่ RS-422 มักใช้เพื่อสร้างการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์สองเครื่องในระยะทางไกล

เนื่องจาก RS-422 รองรับการสร้างเครือข่ายหลักเดียวเท่านั้น โดยมีเพียงอุปกรณ์เดียวเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณได้ และส่วนที่เหลือสามารถรับสัญญาณได้เท่านั้น

ระยะการทำงานสูงสุดของอินเทอร์เฟซ RS-422 นั้นเหมือนกับของ RS-485 ทุกประการ และอยู่ที่ 1200 เมตร

อินเทอร์เฟซ RS-422 ถูกใช้บ่อยน้อยกว่า RS-485 มากและตามกฎแล้วไม่ใช่สำหรับการสร้างเครือข่าย แต่สำหรับการเชื่อมต่ออุปกรณ์สองตัวในระยะไกล

เครื่องส่ง RS-422 แต่ละตัวสามารถโหลดเครื่องรับได้ 10 เครื่อง

2.1. การเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซมิเตอร์ อัลฟ่าA1800พร้อมอินเทอร์เฟซฟูลดูเพล็กซ์กับโมเด็มรับ

มิเตอร์เหล่านี้เชื่อมต่อกับโมเด็ม RX ผ่านอินเทอร์เฟซ RS422 แบบ 4 สาย แต่ถึงแม้ว่าในเอกสารประกอบสำหรับมิเตอร์นี้อินเทอร์เฟซจะเรียกว่า RS485 แบบ 4 สาย แต่จริงๆ แล้วมันคือ RS422

มิเตอร์ได้รับการติดตั้งประเภทอินเทอร์เฟซฟูลดูเพล็กซ์จนถึงปี 2008 ในขณะนี้มิเตอร์เกือบทั้งหมดเป็นแบบฮาล์ฟดูเพล็กซ์ แต่เพื่อความถูกต้องควรตรวจสอบกับซัพพลายเออร์หรือผู้ผลิตจะดีกว่า

3. คุณสมบัติ

แม้ว่าอินเทอร์เฟซ RS-485 และ RS-422 จะคล้ายคลึงกัน แต่ก็เข้ากันไม่ได้

คุณไม่สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์หรืออุปกรณ์ที่มีอินเทอร์เฟซประเภทอื่นกับอุปกรณ์ที่มีอินเทอร์เฟซประเภทเดียวได้