FAKULTET ELEKTROTEHNIKE

I RAČUNARSTVA - ZAGREB

Student: Ladislav Šipić

SUSTAVI ZA PRAĆENJE I VOĐENJE PROCESA

S E M I N A R

RS-485

Zagreb, svibanj, 2003.

Standard RS-485:

Standard RS-485 serijski je međusklop koji nije sadržan u opremi današnjih kućnih PC računala, ali se masovno primjenjuje u industriji kada je potrebno ostvariti komunikacijski put za prijenos digitalnih (binarnih) podataka između više sugovornika. RS-485 je pouzdan, dosta je jeftin i robusan.

Usporedba s drugim standardima:

Povezivanje dva uređaja koji imaju RS-232 portove ograničeno je obzirom na brzinu prijenosa i udaljenost. Maksimalna brzina prijenosa je 20kbps na udaljenosti do 15m. Zahtjevi za većim brzinama i udaljenostima te neosjetljivošću na smetnje traže rješenja u novim međusklopovima kao što je npr. RS-449 (RS-422). Postignute su brzine 2Mbps na udaljenosti do 60m.

Sa RS-485 postignute su brzine 100kbps za 1200m, tj. 10Mbps za 20m. Moguće su čak brzine i do 25Mbps.

Može se uzeti: Brzina prijenosa X duljina kabela < 10⁸

Drugi nedostatak RS-232 standarda je što je napravljen kao point- to-point komunikacija, tj. za komunikaciju s jednim uređajem. Isto tako RS-423A, RS-423B i slični standardi ostvaruju jednosmjernu ili dvosmjernu komunikaciju između dva sugovornika, odnosno jednog govornika i više slušača, dok je osnovna zadaća RS-485 međusklopa ostvarivanje veze između više sugovornika u bilo kojem smjeru.

RS-485 može da podrži do 32 uređaja (pa čak i 128 korištenjem repetitora) sa maksimalnom udaljenosti do 1500m. U svakom trenutku dozvoljen je prijenos samo jedne poruke u jednom smjeru između dva sugovornika (Half Duplex komunikacija).

Ustvari RS-485 je primarno poboljšanje RS-422 standarda. Koriste se slični naponski nivoi, prijemnici i predajnici.

Što standard propisuje?

Standard propisuje električne karakteristike: nivoe i oblike el. signala i definira balansirane linije prijenosa. RS-485 propisuje i način izjednačavanja referentnog potencijala (mase) prijemnika i predajnika, te preporuča ili korištenje trećeg vodiča, ili shemu uzemljenja pojedinih prijemnika i predajnika. Korisnik hardver može definirati proizvoljno.

Druge karakteristike RS-485:

RS-485 postoji u dvije izvedbe:

a) 2-žičnoj, koristi jednu upletenu paricu

b) 4-žičnoj, koristi dvije upletene parice

Mi ćemo se zadržati kod 2-žične izvedbe prikazane na slici 1.

Slika 1. 2-žična izvedba RS-485

Na krajevima linija je zaključena niskoomskim otporima RT (karakteristična impendancija linije 100 - 120 Ω ). Uz RT=120 Ω ukupni zaključni otpornik je 60 Ω. Za linije kraće od 300m nije potrebno postavljati zaključni otpornik.

Otpornici Rb su postavljeni za slučaj kada su svi drajveri postavljeni za prijem - stanje visoke impendancije (stanje visoke impendancije postiže se sa kontrolnim signalom ENABLE koji kod RS-422 nije uvijek potreban). Bez otpornika Rb moglo bi doći do pogrešnog očitavanja ako bi razlika napona na linijama A i B bez podataka bila +/- 200mV. Vrijednost ovih otpornika treba da je 680 Ω ako se postavljaju samo na jednom uređaju ili 4,7kΩ ako se postavljaju na više od 8 uređaja u mreži.

Na dugačkim kabelima važnu ulogu u prijenosu podataka čini kapacitet kabela iz razloga deformiranja signala. Najveća duljina kabela ovisi o brzini prijenosa. Kod prijenosa tel paricom, taj kapacitet je 50ak pF/m dužine kabela. Upotreba oklopljenih parica (u tom slučaju oklop se spaja sa uzemljenjem ili sa masom) nije neophodna, ali se preporučuje za smanjenje smetnji.

RS-485 je half-duplex veza koja za prijenos podataka koristi dvije linije (A i B) kroz koje se istovremeno prenosi isti podatak, a informacija na strani prijemnika da li je podatak binarna jedinica ili ne, dobija se razlikom napona između linija A i B. Ako je ulazna razlika napona na prijemniku V_AB veća od 200 mV dobiva se binarna jedinica ili ako je V_AB manji od -200mV dobiva se binarna nula. Zajednički napon je u opsegu –7V do +12V. Zbog diferencijalnog signala i niskoomskog zaključenja, RS-485 je 80ak puta otporniji na utjecaj smetnji od RS-232C, što se još može i poboljšati primjenom galvanskog odvajanja i oklapanja.

SPECIFICATIONS		RS232	RS423	RS422	RS485
Mode of Operation		SINGLE -ENDED	SINGLE -ENDED	DIFFERENTIAL	DIFFERENTIAL
Total Number of Drivers and Receivers on One Line (One driver active at a time for RS485 networks)		1 DRIVER 1 RECVR	1 DRIVER 10 RECVR	1 DRIVER 10 RECVR	32 DRIVER 32 RECVR
Maximum Cable Length		50 FT.	4000 FT.	4000 FT.	4000 FT.
Maximum Data Rate (40ft. - 4000ft. for RS422/RS485)		20kb/s	100kb/s	10Mb/s-100Kb/s	10Mb/s-100Kb/s
Maximum Driver Output Voltage		+/-25V	+/-6V	-0.25V to +6V	-7V to +12V
Driver Output Signal Level (Loaded Min.)	Loaded	+/-5V to +/-15V	+/-3.6V	+/-2.0V	+/-2V
Driver Output Signal Level (Unloaded Max)	Unloaded	+/-25V	+/-6V	+/-6V	+/-6V
Driver Load Impedance (Ohms)		3k to 7k	>=450	100	54
Max. Driver Current in High Z State	Power On	N/A	N/A	N/A	+/-100uA
Max. Driver Current in High Z State	Power Off	+/-6mA @ +/-2v	+/-100uA	+/-100uA	+/-100uA
Slew Rate (Max.)		30V/uS	Adjustable	N/A	N/A
Receiver Input Voltage Range		+/-15V	+/-12V	-10V to +10V	-7V to +12V
Receiver Input Sensitivity		+/-3V	+/-200mV	+/-200mV	+/-200mV
Receiver Input Resistance (Ohms), (1 Standard Load for RS485)		3k to 7k	4k min.	4k min.	>=12k

Nema sukoba podataka?

Iz razloga što se za prijem i predaju koriste iste dvije linije, mora da se regulira način predaje i prijema da ni bi došlo do sukoba podataka na liniji. Drajveri za komunikaciju kod svakog uređaja koji je priključen na mrežu moraju da se postave u stanje prijema ili predaje. Jedno od tipičnih rješenja je master/slave komunikacija (Slika 1), gdje jedna stanica preuzima upravljanje dok ostale stanice dobivaju adrese na osnovu kojih se prozivaju. U novijim sistemima ulogu master stanice preuzima PC na kojeg je povezano više adresabilnih stanica. U početnom stanju sve slave stanice su postavljene na prijem dok je master postavio drajver za predaju i započinje prozivanje. Nakon što je prozvana određena stanica, master se postavlja za prijem, a prozvana stanica za predaju. Nakon što slave stanica pošalje paket podataka stavlja se opet u stanje prijema. Ovakav tip komunikacije je asinhroni i mora da se odvija po određenom protokolu.

Konvertor RS-232/RS-485

Kako ulogu master-a često preuzima PC, a na PC-u ne postoji izlaz za RS485 potrebno je napraviti konvertor sa RS232.

Slika 2. Konvertor RS232/RS485

Na slici 2 prikazana je shema jednog takvog konvertora. Napajanje je +5V a korišteni Integrirani sklopovi su: za RS232 drajver je MAX232 (MAXIM) i za RS485 je SN75176 (TI). Pored prijemne i predajne linije sa računala do konvertora dolazi i RTS linija kojom se drajver za RS485 komunikaciju prebacuje u stanje prijema ili predaje. Vrlo je važno da se RTS linija aktivira prije nego što računalo počinje slanje podataka, a to se rješava softverski na računalu, a ne konverterom, kao i što je treba postaviti neaktivnom za prijem podataka.

Konvertora sa RS232 na RS485 ima dosta na tržištu sa raznim dodatnim mogućnostima, kao što su povećanje brzine, povećanje broja uređaja ili dužine linija.

Komunikacijski protokoli:

Komercijalno su dobavljivi TTL/ RS-485 međusklopovi, kao i repetitori. Spomenimo DS3695, DS 3696, DS 3697 i DS 3698 od National Semiconductora te SN75176A, SN 75177/178 i druge od Texas Instruments-a. Oni ne zahtjevaju druge izvore napajanja osim 5V, pa je i to jedna od prednosti RS-485.

Na RS-485 nadograđuju se razni komunikacijski protokoli, najčešće SDLC/HDLC i Siemensov FeldBus standard. Oba protokola razrješavaju adresiranje (odredišta i pošiljaoca), potvrdu primitka, prijenos podataka, te detekciju grešaka.

SDLC/HDLC

SDLC/HDLC je sinkroni protokol, podaci su kodirani NRZI kodom koji ne može sadržavati više od 5 jedinica za redom, pa se nizom od 6 jedinica kodira okvir poruke. Na prijemnoj strani PLL sklopovi restauiraju takt iz samog signala jer se nakon 5 jedinica mijenja stanje. Mnogi mikroprocesori (npr. Z80) kao i mikroprocesori (8044 – verzija popularnog 8051), te brojni periferijski čipovi raznih mikroprocesorskih porodica sadržavaju SDLC/HDLC protokol sklopovski.

BITBUS standard

Na SDLC/HDLC protokol i RS-484 nadovezuje se i Intelov BITBUS standard. BITBUS propisuje konektor, kablove, brzine i način prijenosa, te poruke za daljinski pristup i kontrolu.

4 razine master / slave komunikacije:

–električna i mehanička (RS-485 + konektor),

–data link protocol - SDLC/HDLC

–message protocol (BITBUS kontrolni podaci)

–application level (“korisni” podaci)

Primjer:

–Okvir: 01111110

–Adresa

–SDLC Kontrolno polje

–BITBUS kontr. polja

–Podaci ...

–CRC pogledat 232

–Okvir: 01111110

Sinkronizacija master-a i slave-a: brojač poslanih i primljenih poruka.

Postoje 3 režima rada BITBUSa:

S paralelnom RS-484 sabirnicom 2,4Mbps 30m

za prijenos takta

Sa sadržanim taktom 375 kbps 300m

Sa sadržanim taktom 62,5 kbps 1200m

BITBUS je podržan specijaliziranim sklopovljem, kao i programski

FeldBus

Siemensov FeldBus je jednostavniji protokol, asinhroni (byte po byte), te je prikladan za sasvim jeftine aplikacije kod nižih brzina prijenosa, gdje se mogu koristiti i RS-232/RS-485 pretvornici. Okvir poruke: rezervirana kombinacija (ako se pojavi među podacima šalje se dvaput uzastopce).