USB-RS485 átalakító

RS-485

en: Recommanded Standard 485

Az RS-485 szabványt 1983-ban jelentette meg az EIA, és a szabvány legutolsó felülvizsgálata 1998 március 3.-án történt, a szabvány teljes neve TIA/EIA-485-A (PN-3498 Project Number), az európai változatának neve pedig ISO/IEC 8482.

Az RS-ek (232, 422, 485) paramétereinek összevetését itt találja.

Az RS-485 az automatizálástechnikában leggyakrabban alkalmazott busz. Az ISO modell szerinti besorolásban a legalsó, fizikai szintet foglalja el, és az átviteli tulajdonságaira épülnek rá a protokolok. Az RS-232-vel szemben - ami csak pont-pont kapcsolatra képes, az RS-485 valóban busz tulajdonságokkal bír, ennek előnyei:

  • elvileg alkalmas a 2Mbit-es átvitelre
  • a busz egy szegmensére jellemzően maximum 32 állomás lehet felfűzve, de ez az érték 128-ig emelhető
  • az átvitel több száz méteren biztosítható
  • alacsony a költségvonzata: a driver sokféle kivitelben, több gyártótól kapható
  • hibatűrő kommunikáció

Hátrányai:

  • két vezetéken csak half duplex átvitelre képes
  • a full duplex átvitelhez négy vezetékre van szüksége
  • a vezérlő részéről saját vezénylőszignált igényel
  • nem támogatja a multimaster megoldásokat

A multimaster az RS-485-én csak akkor lehetséges, hogy ha  a ráépített protokoll garantálja, hogy a két master nem szólal meg egyidőben. Ennek a korlátozásnak az egyik megvalósítási módszere a token, amit a Profibus is alkalmaz.

RS-485 jellemzői

Az RS szabványok összehasonlítását itt találja.

 RS-485
Működési módszinkron átvitel
Meghajtók és vevők
száma egy vonalon
32 állomás szegmensenként
Adatátvitel módjafélduplex
Adatátvitelmultipoint
Max. kábelhosszúság1200 m
Max. adatátvitel
12 m
1200 m

35 Mbps
100 kbps
Max. jelváltozási
sebesség (slew rate)
n.a.
Vevő bemeneti
ellenállás
≧ 12 kΩ
Meghajtó terhelés-
impedancia
54 Ω
Vevő "holtsáv"±200 mV
Vevő feszültségszint–7..12 V
Meghajtó kimenő
feszültség max.
–7..12 V
Meghajtó kimenő
feszültség min. (terheléssel)
±1.5 V
Meghajtó kimeneti
rövidzárási áram limit
150 mA tól Test felé
250 mA Vcc felé
Vevő hiszterézis50 mV
SzintMagyarulNémetülAngolul
7Alkalmazási rétegAnwendungsschichtApplication layer
6Megjelenítési rétegDarstellungsschichtPresentation layer
5Viszonylati rétegKommunikationssteuerungsschichtSession layer
4Forgalmazási rétegTransportschichtTransport layer
3Hálózati rétegVermittlungsschichtNetwork layer
2Adatkapcsolati rétegSicherungsschichtData Link layer
1Fizikai rétegPhysikalische SchichtPhysical layer

Az RS-485 átvitel - csakúgy, mint az összes, RS-ben definiált protokoll - a fizikai réteg szerepét tölti be, a jelprotokoll nem kerül ebben definiálásra - meglehetősen sok protokoll esetében (Profibus, Interbus, Modbus,.. ezekrol bovebben itt talál áttekintést). Az RS-485-öt magában, "csupaszon" is lehet alkalmazni, de ebben az esetben a fizikai réteg feletti feladatok megvalósítását nekünk kell megoldanunk.

Az RS-485 egy szimmetrikus átviteli mód. Az EIA-485 megnevezés azonos az RS-485 standard-dal, de a forrás-dokumentum szerint az RS-485 elnevezés elavult - ezt a tapasztalatom nem támasztja alá. A 32 egység / szegmens elvi határon belül az adó és vevő egységek száma szabadon variálható (multipoint). A multi-drop (broadcast) felosztás az egyik leggyakrabban alkalmazott (decentrális periféria) megoldás, amikor egy adóhoz tartozhat maximum 31 vevő egység.

A maximum 32 egység / szegmens határ az előre definiált meghajtó terhelés (Unit Load [UL]) mellett érvényes, ami az RS-485 esetében 12 kΩ. Az egységek száma emelhető, ha a meghajtó terhelés csökken. Jellemzően ezt - az UL-t - a negyedére (48 kΩ) vagy nyolcadára (96 kΩ) szokás csökkenteni, így az állomások száma rendre 128-ra, vagy 256-ra emelhető. Hálózati erősítővel (repeater-rel) az állomások száma szintén emelhető, erre példa a Profibus.

Az RS-485 120 Ω vonalimpedanciát tételez fel a vezetéktől, ezt jellemzően STP vezeték alkalmazásával szokás teljesíteni. A szegmens két végét 680 Ω-os 120W-os (10%, 1/2 watt) véglezárókkal szükséges zárni.

EIA-TIA 485 interface 

Az RS-485-nek nincs definiálva maximális hossz, de jellemzően a jeleket 1200 méter távolságig tudja továbbítani, és kb. 50 méterig lehet biztosítani a 10 Mbps átvitelt. Az átviteli ráta / távolság hányadosa jelentősen függ az alkalmazott vezeték minőségétől és a vonali erősítők (repeater-ek) számától.

RS-232, RS-422, RS-485 compare signal rates

RS-485 signal levels

A meghajtó kimenő feszültsége +12V..-7V tartományban kell, hogy maradjon. A +0.2V..-0.2V a holtsáv. A +0.2V..+6V tartomány a vevő oldalon a logikai "0" értéknek felel meg, a -0.2V..-6V tartomány pedig a logikai "1"-nek.

RS-485 half duplex plate

RS-485 full duplex plate

profibus rs-485 cable

Az RS-485 átvitel a PROFIBUS rendszerekben leggyakrabban alkalmazott átviteli technológia. Gyakran hivatkoznak rá H2 néven is. Alkalmazási területe magában foglalja a nagy átviteli sebességet és egyszerű, olcsó installációt igénylő területeket. Egy vezetőpáras, árnyékolt, sodrott érpárt használ fel.

Az RS-485 átviteli technológia nagyon egyszerűen kezelhető. A sodrott érpár bekötése nem igényel szaktudást. A busz struktúrája lehetővé teszi állomások hozzáadását és eltávolítását, a rendszer lépésről lépésre történő felállítását a többi állomás zavarása nélkül. A későbbi bővítéseknek nincs hatása a már működő állomásokra.

Az átviteli sebesség 9.6 kbit/sec és 12 Mbit/sec között választható meg. A rendszer összeállításakor egy átviteli sebességet kell meghatározni az összes berendezés számára. A sebesség meghatározásához figyelembe kell venni a vezeték típusát.

A tipikus hálózati kiépítés a lenti ábrán látható.

EIA-485 - RS-485 Profibus 

A fenti ellenállás értékek "A" típusú vezetékre értendők - ebben az esetben a baudrate > 500 kBaud. "B" típusú vezeték esetén az ellenállások így módosulnak: 390 → 330 Ω, 220 → 120 Ω. A baudrate ebben az esetben 500 kBaud alá csökken. Két állomás összekötése esetén így néz ki a kötésrajz:

EIA-485 - RS-485 Profibus 

Az RS-485-Profibus technikai jellemzői

Hálózati topológiaLineáris busz, mindkét végén aktív lezárással, lezárás nélkül csak ⇐ 1.5 Mbit/sec átvitel valósítható meg
Átviteli közegÁrnyékolt sodrott érpár. Az árnyékolás a környezeti feltételektől (EMC) függően elhagyható
Állomások száma32 állomás szegmensenként repeaterek nélkül, max. 127 állomás repeaterek-kel
CsatlakozókJellemzően 9 tűs D csatlakozó


  Minden eszköz a buszhoz - lánc topológiával - csatlakozik. Egy szegmensre maximum 32 állomás (master vagy slave) csatlakoztatható. A szegmensek mindkét végét aktív buszvégződéssel kell lezárni.

A hibamentes működés biztosításához gondoskodni kell a buszvégződések tápfeszültség-ellátásáról. Sok gyártó kínálja eszközeit és csatlakozóit bekapcsolható buszvégződéssel. Ha az állomások száma meghaladja a 32-t, repeater-eket (vonali erősítők) kell használni a busz szegmensek összekötésére.
 
A legnagyobb kábelhossz az átviteli sebességtől függ. A megadott kábelhosszak repeater-ek használatával növelhetők, de 3-nál több repeater soros alkalmazása nem javasolt.

RS-485 'A' típusú vezeték technikai adatai

Impedancia135 - 165 Ohm
Kapacitás< 30 pf/m
Hurokellenállás110 Ohm/km
Vezetékméret0.64mm
Vezető terület> 0.34mm²

RS-485 ’A’ típusú vezeték jellemző kbps adatok a hossz függvényében

Baud rate (kbit/sec)9.619.293.75187.5500150012000
Távolság/szegmens1200 m1200 m1200 m1000 m400 m200 m100 m

Profibus connector Állomások csatlakoztatásakor meg kell győződni arról, hogy az adatvonalak nem cserélődtek-e fel. Az árnyékolt adatvonalak használata nagy elektromágneses terekben (pl. autógyárak) létfontosságú a rendszer védettsége szempontjából. Az árnyékolás az elektromágneses kompatibilitás (EMC) növelésére szolgál. Az árnyékoló fonatot vagy fóliát a vezeték mindkét végén földelni kell. Ajánlott továbbá az adatvonalak elkülönítése a nagyfeszültségű kábelektől.

A lezárás nélküli vonalak használatát 500 kbit/sec átviteli sebesség fölött kerülni kell. A jelenleg kapható csatlakozók lehetővé teszik, hogy a bejövő és kimenő adatvonalak közvetlenül a csatlakozóhoz kapcsolódjanak. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség lezárás nélküli vonalakra, hiszen a csatlakozó a többi állomás zavarása nélkül bármikor hozzákapcsolható a buszhoz illetve levehető róla.

Profibus csatlakozó

de: Profibus Stecker en: Profibus connector

A Profibus csatlakozókba jellemzően már a véglezárást lehetővé tevő kapcsolót is beépítették. Ennek "ON" állása jelzi, hogy a csatlakozó az adott állomás csatolása mellett a szegmenst is lezárja.