مقدمه‌ای بر RS485

RS232، RS422، RS423 و RS485 روش‌های ارتباطی سریال برای کامپیوترها و دستگاه‌ها هستند. RS232 بدون شک بهترین رابط شناخته‌شده است، زیرا این رابط سریال تقریبا در تمام کامپیوترهای موجود در دسترس اجرا می‌شود. اما برخی از رابط‌های دیگر قطعا جالب هستند چون می‌توانند در موقعیت‌هایی استفاده شوند که RS232 مناسب نیست. ما در اینجا بر روی رابط RS485 تمرکز خواهیم کرد.

 

RS232 یک رابط برای اتصال دو دستگاه که دارای پورت های RS232  با حداکثر سرعت ۲۰ کیلوبیت بر ثانیه با طول کابل حداکثر طول ۵۰ فوت است. این کار در روزهای گذشته کافی بود که در آن تقریبا همه تجهیزات کامپیوتری با استفاده از مودم وصل می‌شدند، اما به زودی پس از اینکه افراد شروع به جستجوی واسطه‌ای برای یک یا چند مورد زیر کردند:

چندین تجهیز را در یک ساختار شبکه متصل کنید

توانایی برقراری ارتباط در فواصل طولانی‌تر

توانایی برقراری ارتباط با نرخ‌های ارتباط سریع‌تر

 

RS485، استاندارد ارتباطی در سری استاندارد تعریف‌شده توسط EIA است، چون در همه موردهای فوق خوب عمل می‌کند. به همین دلیل است که RS485 در حال حاضر یک رابط ارتباطی گسترده در کاربرد داده‌ها و کاربردهای کنترل است که در آن چندین گره با هم ارتباط برقرار می‌کنند.

سیگنال‌های تفاضلی با RS485:

فواصل طولانی‌تر و نرخ‌های بالاتر

یکی از مشکلات اصلی با سیگنال RS232، عدم ایمنی در برابر نویز در خطوط سیگنال است. فرستنده و گیرنده ولتاژهای مربوط به خطوط اتصال و داده را با یک خط صفر مشترک مقایسه می‌کنند. نوسانات در سطح زمین می‌تواند اثرات خطرناکی داشته باشد. بنابراین سطح ولتاژ در واسط RS232 در ولتاژ بالاتر از ۳ ولت تنظیم شده‌است. نویز به راحتی بلند می‌شود و حداکثر سرعت و سرعت ارتباطی را محدود می‌کند. با RS485 بر عکس، چنین چیزی به عنوان مرجع سیگنال صفر نیست. نوسانات ولتاژ متعدد در سطح زمین فرستنده و گیرنده هیچ مشکلی ایجاد نمی‌کند. سیگنال‌های RS485 شناور هستند و هر سیگنال بر روی یک خط Sig + و یک خط -Sig منتقل می‌شود. گیرنده RS485 تفاوت ولتاژ بین دو خط را به جای سطح ولتاژ مطلق روی یک خط سیگنال مقایسه می‌کند. چنانچه سیم های مثبت و منفی را بهم بتابانیم، این کار مانع از وجود حلقه‌های زمینی می‌شود که یک منبع مشترک از مشکلات ارتباطی است و باعث نتیجه بهتری در انتقال خواهد شد.

 

در تصویر بالا، نویز توسط میدان مغناطیسی محیط ایجاد می‌شود. تصویر، خطوط میدان مغناطیسی و جریان نویز موجود در خطوط داده RS485 را نشان می‌دهد که درنتیجه میدان مغناطیسی است. در کابل مستقیم، همه جریان نویز در جهت یک‌سان جریان دارد و عملا یک جریان چرخشی درست مانند یک ترانسفورماتور معمولی ایجاد می‌کند. هنگامی که کابل تابیده می‌شود، می‌بینیم که در برخی از قسمت‌های سیگنال، جهت جریان نویز، مخالف جریان در بخش‌های دیگر کابل است. به همین دلیل، جریان نویز خود در حلقه های پشت سر هم خود را خنثی می کند. Shielding - که روشی مشترک برای جلوگیری از نویز در خطوط RS232 - می‌کوشد تا میدان‌های مغناطیسی متخاصم را از خطوط سیگنال دور نگه دارد. هر چند جفت Twisted در ارتباطات RS485 مصونیت ایجاد می‌کنند که راه بسیار بهتری برای مبارزه با نویز است. میدان مغناطیسی اجازه عبور می‌دهد، اما هیچ ضرری ندارد. اگر ایمنی بالا در برابر نویزمورد نیاز باشد، اغلب ترکیبی از تاباندن و حفاظت مورد استفاده قرار می‌گیرد، به عنوان مثال (shielded twisted pair) STP، جفت پیچ خورده حفاظ دار و(foiled twisted pair) FTP، کابل‌های فویل دار بهم تابیده مواردی هستند که برای ایمنی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.. سیگنال‌های تفاضلی و تاباندن سیم ها به RS485 اجازه می‌دهد که فواصل ارتباطی طولانی‌تر را نسبت به فواصل ارتباطی که با RS232 قابل‌دستیابی هستند، ارتباط دهند. با استفاده از RS485 می توان فواصل ارتباطی را تا ۱۲۰۰ متر افزایش داد.

 

هم چنین خطوط سیگنال تفاضلی می‌توانند نسبت به اتصالات غیر دیفرانسیل نرخ بیت بالاتری داشته باشند. بنابراین RS485 می‌تواند بر محدودیت سرعت RS232 غلبه کند. در حال حاضر درایور RS485 ساخته شده است که می‌تواند به نرخ بیت ۳۵ mbps دست یابد.

 

مقایسه  RS232، RS422 و RS423:

 

 

اطلاعات این جدول به ما چه می‌گویند؟ اول از همه ما می‌بینیم که سرعت واسط‌های تفاضلی RS422 و RS485 نسبت به نسخه‌های تک انتها RS232 و RS423 برتری دارد. همچنین مشاهده می‌کنیم که یک نرخ چرخش حداکثری برای هر دو RS232 و RS423 وجود دارد. این کار برای جلوگیری از انعکاس سیگنال‌ها انجام شده‌است. سرعت چرخش حداکثر سرعت ارتباطی در خط را محدود می‌کند. برای هر دو رابط دیگر - RS422 و RS485 slew rate نامحدود است. برای جلوگیری از انعکاس بیشتر در مورد کابل‌های طولانی‌تر لازم است که از مقاومت های پایانی مناسب استفاده کنید.

 

ما همچنین می‌بینیم که حداکثر سطوح ولتاژ مجاز برای تمام واسط‌ها در دامنه مشابهی قرار دارند، اما سطح سیگنال برای رابط‌های سریع‌تر پایین است. به دلیل این RS485 و پورت های مشابه می‌توانند در شرایطی با تغییرات سطح ولتاژزمین در حد چندین ولت استفاده شوند، که در آن نرخ بیت بالا ممکن است چون گذار بین ۰ منطقی و منطقی ۱ تنها چند صد millivolts است.

 

جالب این است که RS232 تنها رابطی است که قادر به برقراری ارتباط دوطرفه کامل است. RS232 دارای یک خط ارتباطی جداگانه برای انتقال و دریافت آن - با یک پروتکل نوشته شده - اجازه می‌دهد تا نرخ داده موثر بیشتری نسبت به دیگر واسط‌ها به دست آید. درخواست و تایید داده‌های مورد نیاز در اغلب پروتکل‌ها، پهنای باند را بر روی کانال داده‌ای اولیه RS232 مصرف نمی‌کند.

 

توپولوژی سخت افزاری RS485:

توپولوژی شبکه احتمالا دلیل این است که چرا RS485 اکنون مورد توجه چهار رابط مذکور در کاربرد داده و کاربردهای کنترل است. RS485 تنها واسطه‌ای است که قادر به شبکه‌ها و گیرنده‌های چندگانه میان شبکه‌ای در همان شبکه است. هنگام استفاده از گیرنده‌های RS485 با مقاومت ورودی 12K اهم، مکان اتصال ۳۲ دستگاه به شبکه وجود دارد. در حال حاضر، تجهیزات مجهز به پورت RS485 با مقاومت ورودی بالااجازه می‌دهد این عدد تا ۲۵۶ افزایش یابد. تکرارکننده‌ها همچنین در دسترس هستند که امکان افزایش تعداد گره‌ها در چندین هزار کیلومتر را فراهم می‌کنند. و آن با یک رابط که به سخت‌افزار شبکه هوشمند نیاز ندارد: پیاده‌سازی طرف نرم‌افزار خیلی سخت‌تر ازRS232 نیست. به همین دلیل است که RS485 در رایانه‌ها، PLC ها، کنترل‌کننده‌های خرد و حسگرهای هوشمند در کاربردهای علمی و فنی محبوب است.

 

در تصویر بالا، توپولوژی شبکه عمومی RS485 نشان‌داده شده‌است. گره‌های N در یک شبکه چند نقطه متصل شده‌اند. برای سرعت‌های بالاتر و خطوط طولانی‌تر، مقاومت‌های پایانی در هر دو طرف خط برای حذف بازتاب‌ها ضروری هستند. از مقاومت‌های ۱۰۰ اهم در هر دو طرف استفاده کنید. شبکه RS485 باید به صورت یک خط با اتصالات جانبی به صورت سخت افزاری بسته شود، و هیچگاه آنرا به صورت ستاره طراحی نکنید. اگر چه طول کابل کلی ممکن است کوتاه‌تر در پیکربندی ستاره‌ها باشد، ولی در شبکه ستاره امکان بستن سیگنال در انتهای کابل میسر نیست و کیفیت سیگنال ممکن است به طور قابل‌توجهی کاهش یابد.

 

قابلیت عملکرد RS485:

و اکنون مهم‌ترین سوال این است که RS485 در عمل چگونه عمل می‌کند؟ به طور پیش‌فرض، همه فرستنده ها در باس RS485 در حالت سه‌گانه با امپدانس بالا هستند. در اکثر پروتکل‌های سطح بالاتر، یکی از گره‌ها به عنوان یک سرور تعریف می‌شود که پرس و جوها و یا فرمان‌ها را بر روی باس RS485 ارسال می‌کند. همه گره‌های دیگر این داده‌ها را دریافت می‌کنند. بسته به اطلاعات موجود در داده‌های ارسال، صفر یا بیشتر در خط به کارفرما واکنش نشان می‌دهند. در این وضعیت پهنای باند را می توان برای تقریبا ۱۰۰ % استفاده کرد. کاربردهای دیگری از شبکه‌های RS485 وجود دارد که در آن هر گره می‌تواند یک جلسه داده را روی خودش راه‌اندازی کند. این قابل‌مقایسه با عملکرد شبکه‌های اترنت می‌باشد. از آنجا که یک شانس اندازه‌گیری داده‌ها با این اجرا وجود دارد، تیوری به ما می‌گوید که در این مورد تنها ۳۷ % از پهنای باند به طور موثر مورد استفاده قرار خواهد گرفت. با چنین پیاده‌سازی یک شبکه RS485 ضروری است که تشخیص خطا در پروتکل سطح بالاتر برای شناسایی خرابی داده و ارسال مجدد اطلاعات در یک زمان بعدی وجود داشته باشد.

RS485 به عنوان لایه الکتریکی برای بسیاری از استانداردهای شناخته‌شده رابط، از جمله Profibus و Modbus استفاده می‌شود. بنابراین RS485 برای چندین سال در آینده مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

 

در بسیاری از محصولات شرکت فنی مهندسی صنعتگران ارتعاش پردازش پورت RS485 موجود می باشد و با پروتکل های مدباس RTU قابلیت برقراری ارتباط دارند.

  سایر محصولات:

EP100X

EP200X

EP400X

توزین نوار نقاله

بچینگ کامپیوتری

بچینگ مبتنی بر نمایشگر

www.SEPCO-ENG.com