Introduzione:
RS-485 è un protocollo standard per la trasmissione dei dati. Può essere utilizzato per stabilire una connessione di rete di comunicazione dati multi-nodo affidabile, ad alta velocità, in tempo reale. RS-485 è anche chiamato TIA-485. RS-485 è uno standard che definisce le caratteristiche elettriche dei driver e dei ricevitori utilizzati nei sistemi di comunicazione seriale. RS485 è ampiamente utilizzato nei sistemi di controllo industriale e può gestire fino a 32 dispositivi su un'unica rete. RS-485 è comunemente utilizzato nell'automazione industriale per monitorare e controllare PLC, convertitori di frequenza, DCS, ecc. Questo articolo introdurrà principalmente i principi di base, le caratteristiche, il cablaggio e i casi pratici di applicazione della comunicazione RS-485.
Principi di base della comunicazione RS-485:
RS-485 è un protocollo di comunicazione seriale asincrono che consente la comunicazione multi-nodo. La comunicazione RS-485 si basa sulla segnalazione differenziale, in cui le informazioni vengono trasmesse su due segnali complementari inviati su due fili (spesso chiamati A e B). Ciò che trasmette l'informazione è la differenza di tensione tra i due fili, non la tensione tra il singolo filo e la terra. Ciò rende i sistemi RS-485 altamente resistenti al rumore di modo comune. E può migliorare la distanza di trasmissione e la velocità di trasmissione. Il protocollo RS-485 prevede che un nodo master possa comunicare con un massimo di 32 nodi slave e la comunicazione tra ciascun nodo sia coordinata tramite il nodo master.
Caratteristiche della comunicazione RS-485:
La comunicazione RS-485 ha le caratteristiche di alta velocità, affidabilità, stabilità, tempo reale e basso costo. Poiché RS-485 supporta la comunicazione multi-nodo, elimina la necessità di complessi meccanismi di inoltro del segnale e semplifica l'espansione della rete. Il protocollo RS-485 è standardizzato, quindi è possibile evitare problemi di compatibilità. Inoltre, grazie all'applicazione della tecnologia di trasmissione differenziale, la comunicazione RS-485 ha elevate capacità anti-interferenza contro le interferenze elettromagnetiche. Allo stesso tempo, la comunicazione RS-485 può garantire la stabilità e l'affidabilità della comunicazione quando la distanza di comunicazione raggiunge 1,2 chilometri. I segnali RS-485 vengono trasmessi senza conferma. Interruzioni o interferenze nei segnali differenziali possono corrompere i dati senza essere ripetuti o ricevuti; un sistema "spara e dimentica".
Cablaggio RS-485:
Il cablaggio dell'RS-485 richiede il meccanismo a doppino intrecciato come mostrato nella figura seguente. Viene posata una coppia intrecciata composta da una coppia positiva e negativa di linee dati. Allo stesso tempo, poiché RS-485 utilizza segnali differenziali per la trasmissione, dobbiamo anche fornire una massa aggiuntiva del segnale comune per le due linee dati. Per evitare l'interferenza di altri segnali interferenti, possiamo aggiungere un attenuatore resistente alle interferenze RS-485 al centro del cablaggio.
Custodia di comunicazione RS-485:
Consideriamo un semplice esempio di una rete RS-485 con un dispositivo master e due dispositivi slave.
Stato inattivo: quando nessun dispositivo trasmette, la linea è in stato inattivo. In questo stato, la tensione differenziale tra la linea A e la linea B è zero.
Trasmissione master: quando il master desidera inviare dati, modifica la differenza di tensione tra le linee A e B. Ad esempio, un "1" potrebbe significare che A ha una tensione maggiore di B, mentre uno "0" potrebbe significare che B ha una tensione maggiore di A.
Cosa otterrà lo slave: tutti i dispositivi sulla rete, incluso lo slave, monitoreranno continuamente la differenza di tensione tra le linee A e B. Quando rilevano un cambiamento, lo interpretano come alcuni dati.
Risposta dello slave: se il master invia un comando che richiede una risposta dallo slave, lo slave attenderà finché il master non completa la trasmissione e quindi modificherà la differenza di tensione tra le linee A e B per inviare la sua risposta.
Ricezione master: il dispositivo master, come il dispositivo slave, monitora costantemente la differenza di tensione tra le linee A e B, quindi riceverà la risposta dal dispositivo slave.
Ritorno allo stato inattivo: dopo che tutti i dati sono stati trasmessi, la linea ritorna allo stato inattivo e la differenza di tensione tra le linee A e B è zero.
In questo modo, i dati possono essere inviati avanti e indietro sulla rete RS-485. È importante notare che tutti i dispositivi sulla rete devono utilizzare la stessa logica per interpretare le differenze di tensione come bit (ad esempio, A che ha una tensione maggiore di B rappresenta un "1" o uno "0"). In una rete con più dispositivi, ciascun dispositivo deve avere un indirizzo univoco in modo che sappia quando ascoltare e quando ignorare il traffico sulla linea. Questo di solito viene gestito da un protocollo utilizzato su RS-485, come Modbus o Profibus.
Ad esempio, in una rete Modbus, ogni messaggio inviato dal master inizia con l'indirizzo del dispositivo di destinazione. Quando i dispositivi vedono un messaggio con il loro indirizzo, sanno che devono elaborare il messaggio ed eventualmente inviare una risposta. Se l'indirizzo non corrisponde al tuo, il messaggio viene ignorato.
Riassumere:
Rispetto a TCP/IP, USB, I2C e altri protocolli, sebbene la velocità di trasmissione di RS-485 non sia particolarmente elevata, presenta vantaggi ineguagliabili: può realizzare comunicazioni multi-nodo, ha una forte capacità anti-interferenza e ha una lunga comunicazione distanza. Queste caratteristiche non possono essere paragonate a nessun altro protocollo. Essendo un protocollo di comunicazione ampiamente utilizzato nel controllo industriale, nell'automazione e in altri campi, RS-485 ha ancora ampie prospettive per un utilizzo futuro.
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