Эксплуатация » Нет связи. Развалился интерфейс RS-485
Исправлял не горящую табличку выход и случайно закоротил линию, после этого пропал весь интерфэйс. Очевидно КЗ в линии, но как КЗ на выходе КПБ может привести к КЗ интерфейса?
Напряжение между А и В около нуля, до 0,1 В.
Разобрал большую часть интерфейса оставил только приборы близкие к пульту по расстоянию(8метров), напряжение стало 2,4-2,7В. Подсоединил ещё кусок линии несколько удалённой(петлей 30 метров в одну сторону, суммарно 60 метров), напряжение упало до 0,7-0,8В. Когда подсоединяю бОльшую часть здания(2 этажа вниз и 18 вверх — около 100метров) то напряжение падает практически до нуля. Провод 2*2*0,75.
Какое напряжение в норме на интерфейсе должно быть?
Замерял сопротивление между АВ и каждым из них и корпусом. Должно ли быть какое-то сопротивление между клеммами и корпусом? У меня в одном из случаев между А и корпусом 5 Ом. Между А и В 90-120 Ом.
5 лет 4 месяца назад
Абатуров Антон Васильевич
– Волков Андрей 5 лет 4 месяца назад
– Абатуров Антон Васильевич 5 лет 4 месяца назад
Вот нормальное напряжение и на интерфейсе и на ДПЛС.
Но как КЗ на табличке привело к тому,что "рухнула" вся система ?Это остаётся загадкой.
На КПБ 3.02 "загнал выход в крутое КЗ" .И ничего страшного.Отработало и заработало.
Такое чувство,что Вы,Антон,что-то недоговариваете.
– Каргапольцев Артур Николаевич 5 лет 4 месяца назад
– Киселёв Михаил 5 лет 4 месяца назад
КЗ в интерфейсе-это конечно засада.Это не "Обрыв"-искать сложнее.
Но если откинуть интерфейс от того прибора ,где коротнуло и проверить ?Ведь другие приборы должны найтись.И если после этого тишина,то только методом откидывания приборов и проверкой приборов "напрямую",через комп.
Хоть и в "Обрыве" интерфейса тоже мёда мало.
Качество линии RS-485
Проверку физического уровня можно произвести с помощью модуля ZET 210 (либо другого модуля АЦП/ЦАП или анализатора спектра).
Инструкция по проверке качества кабельной линии связи с интерфейсом RS-485
Для диагностики кабельной линии связи c интерфейсом RS-485 следует выполнить следующую последовательность действий:
1. Подключить устройство ZET 210 порту компьютера, с которого будет производиться контроль кабельной линии связи.
Примечание: на компьютере должен быть установлен пакет программ ZETLAB.
В месте соединения кабельной линии (на которой располагаются измерительные модули) к преобразователю интерфейса RS485 подключить устройство ZET 210. При этом клемма «1» устройства подключается к цепи «D+», клемма «2» — к цепи «D-», а клемма «┴» — к цепи «GND» (для удобства подключения следует использовать переходные клеммы соединительные).
3. Активировать работу преобразователя интерфейса, а также электропитание на линии на линии RS-485.
4. Запустить пакет программ ZETLAB.
5. На панели ZETLAB в поле «Сервисные» выбрать вкладку «Диспетчер устройств». Убедиться, что ZET 210 отображается в списке устройств.
6. Отключить каналы, кроме «Sig_1_1» и «Sig_1_2», для этого (используя правую клавишу мыши) активировать последовательно индикаторы каналов, каждый раз выбирать «отключить».
7. Активировать канал «Sig_1_1» и во вкладке «Свойства», в строке «состояние» отметить поле «дифференциальный» (символ «√» установлен). Нажать «Ок».
8. На панели ZETLAB в поле «Отображение» выбрать вкладку «Многоканальный осциллограф».
9. Выбрать имя канала «Sig_1_1» (в правом верхнем углу окна программы)
10. В поле «Интервал, с» внести значение 1.
11. Произвести диагностику кабельной линии, оценив на экране программы «Многоканальный осциллограф» вид регистрируемого сигнала:
- сигнал на линии связи отсутствует (вероятная причина — преобразователь интерфейса не активирован, либо неисправен);
- сигнал на линии связи асимметричен (вероятная причина — наличие замыкания цепи «D+» либо цепи «D-» на цепь «GND»);
- сигнал на линии связи имеет низкий уровень — размах сигнала менее 3 В (вероятная причина — низкое сопротивление линии между цепями «D+» и «D-», либо неисправны драйвера тех из устройств, которые формируют сигналы низкого уровня.
Примечание: идентифицировать конкретное устройство можно, обратившись к нему (активируя соответствующий устройству идентификатор) во вкладке «Диспетчер устройств» наблюдая при этом реакцию в окне «Многоканальный осциллограф».
Интерфейс RS-485
Последнее время я делаю по большей части промышленные устройства и все чаще там используется именно RS-485. Потому как он используется как физический для множества протоколов, принятых в проме, таких, например, как MODBUS или ProfiBUS.
▌Принцип работы
Интерфейс RS485 хорош тем, что он, по сути дела, является дифференциальным вариантом RS-232 и его можно вешать на банальный USART любого микроконтроллера.
Физически он состоит из двух линий связи. А и B. Наличие земли желательно, но вовсе не обязательно. Отсутствие земли чаще всего чревато тем, что входящие данные будут иногда начинаться с нуля. Т.е. шлешь строку 0xBA 0xDF 0xF0 0x0D, а приходит 0х00 0xBA 0xDF 0xF0 0x0D, а дальше все нормально.
Исходный входной сигнал разделяется на два сигнала и они улетают вдаль по двум свитым проводам, витой паре.
По линии А идет прямой UART, как он есть, а по линии В его зеркальная копия. А в приемнике, на дифференциальном операционном усилителе, одно вычитается из другого и получается исходный сигнал.
Зачем это сделано? Зачем вообще такие сложности? Линия может длиться километры, да, для RS485 длина сегмента допускается до 1200 метров. На таком расстоянии сигнал, если его послать по одному проводу и земле, упадет на сопротивлении линии и до приемника дойдут считанные доли вольта. Тут же, у нас компаратор на входе усилит разность сигнала даже крошечной величины, восстановив исходный сигнал. Нет нужды четко соглассовывать уровень земли приемника и передатчика, на большом расстоянии это может быть тяжело решаемой задачей.
Это первое, но куда более важным является то, что таким образом намного увеличивается помехозащищенность самой линии. Ведь если рядом будет какая-то электромагнитная помеха, которая наведет на наш длиннющий провод колебание напряжения, то, так как оба провода идут рядом, во втором проводе наведется ТОЧНО такая же помеха. А поскольку у нас на входе сигнал разностный А-B, из помехи в проводе А будет вычтена такая же помеха в проводе В и она обнулится.
По такому же принципу, дифференциальной линии, делают очень многие критичные к помехам цепи. USB, Ethernet, LVDS да много где… где то линия одна, как в USB, где то их несколько, как в Ethernet или LVDS. Но суть остается той же.
Естественно по данной линии связи передача может идти только в одну сторону. Т.е. RS485 у нас полудуплексный. Мы вначале в него орем, а потом слушаем что нам ответили с другой стороны. Общаться в обе стороны, как в UART по Rx и Tx не выйдет. Ну или придется пускать уже четыре провода, одна для передачи, другая для приема.
В обычно в трансивере 485 интерфейса передатчик и приемник в одном корпусе, на одной линии, а направление выбирается ногой, уровень на которой определяет в каком режиме микросхема в приеме или в передаче.
На одной линии может висеть несколько приемников и передатчиков. Они подключаются просто параллельно.
Разумеется общаться они могут строго по одному и общий галдеж в линии приведет к полной неработоспособности всей сети. Никакого аппаратного арбитража на основе «приоритета нуля», как в I2C тут нет.
Способы разрешения конфликтов тут исключительно программно логические. Например, все участники договариваются, что общаются по очереди и каждый после передачи выдает спец сообщение, говорящее о том, кто следующий имеет право сообщить в линию, как микрофон передают в зале по кругу. Если принявшему свой номер сказать нечего, то он обязан передать хотя бы служебное сообщение о том, что теперь может говорить следующий.
Когда передатчик один, а остальные приемники, как часто бывает у меня, то вначале шлем адрес, все его принимают и только тот кому адресовано это сообщение его обрабатывает, остальные же отправляют его в никуда. Короче, способов много и все это давно изобретено. Остается только погуглить всякие методы вроде Token Ring и сами разберетесь 🙂
▌Железо
Классической микросхемой такого интерфейса служит MAX485 или ST485, или ADM485… В общем, если видите на плате восьминожку с надписью что-то там 485 — скорей всего это оно 🙂
Она подключается к USART микроконтроллера и еще нужна одна нога, чтобы указывать направление обмена. Прием у нас или передача.
Кроме микросхемы конвертера, содержащей в себе два компаратора-усилителя, нужные еще два резистора подтяжки и один терминатор, они задают первоначальное смещение линии и подавляют отражение.
Разберемся сначала с резистором-терминатором.
Сигнал идет по проводу быстро, но не мгновенно, более того, он дойдя до конца линии может отразиться и пойти обратно. Как вода в желобе, пускаешь по желобу волну, волна дошла до стенки и пошла обратно. И эта волна может столкнуться с волной следующего импульса, смешаться и получить полную кашу на выходе. Разумеется эти эффекты возникают только при длинных линиях (В ТОЭ прям есть раздел такой — длинные линии, разбирающий все эти волновые эффекты), либо на высоких частотах. Так как с ростом частоты «длинной» может стать линия даже в 5см, например, когда речь идет о гигагерцах.
Поскольку у нас RS485 может работать до скорости вплоть до 10Мбит, а дальность свыше километра, то такие эффекты могут возникнуть. Чтобы подавить отраженную волну и нужен резистор-терминатор. Он стоит у приемника между линиями А и В. Его сопротивление обычно 120ом. Это не спроста так, все дело в том, что волновое сопротивление витой пары, как правило, 120 ом и чтобы погасить волну резистор должен быть с ней согласован.
Но если у вас скорость 9600, а дальность десяток метров, то на это можно смело забить. В этом случае терминатор может даже мешать, излишне нагружая линию низкоомным сопротивлением. Но я все равно всегда развожу его и если не нужно, то просто не впаиваю.
Теперь о подтяжках. Они, как бы, опциональные, будет работать и без них, но лучше их поставить. Хотя бы на первом и последнем устройстве линии. Чтобы линию не телепало помехами и не генерировало вам непонятные сообщения. Подтяжка защитит нас от хаотичных данных при обрыве линии, например.
Конечно у приемника есть гистерезис, примерно на 200мв, т.е. разность между А и В меньше 200мВ не учитывается как сигнал, и на выходе будет 1, но все равно лучше подстраховаться.
Линию А подтягиваем вверх, а линию В вниз. Через резисторы в 1.2кОм с обеих концов.
Единственно, что у такого решения есть минус — через эти резисторы будет всегда течь ток и увеличивать потребление. Что может быть критичным для систем с батарейным питанием, но использующем RS485. Странная экзотика, но чего в жизни не бывает?
В этом случае можно использовать микросхемы с системой true failsafe, например MAX3080. Она позволяет отказаться от резисторов смещения, т.к. они мало того, что встроены в микросхему, так еще и пороги срабатывания там другие. И при обрыве или КЗ линии будут гарантировано давать 1 на выходе.
▌Защита
Так как линия у нас длинная, то на нее наводится всякая фигня. И естественно она прилетает нам в схему, учиняя беспредел. Первое с чем стоить бороться — перенапряжения. Для защиты от этого применяют супрессоры. Это такие мощные стабилитроны, часто собранные в одном корпусе встречно друг другу. И при превышении напряжения они открываются и стравливают перенапряжение в землю или питание, смотря как включено. А там с этой энергией разберутся конденсаторы и блок питания.
Разумеется поможет это только от кратких перенапряжений, от помех. От длительных перенапряжений нужны уже предохранители. Плавкие или самовосстанавливающиеся. Т.е. если что-то начало нам гнать в линию высокое напряжение, то вначале сработает супрессор, высадив его на землю, а потом выжгется предохранитель. Я использую SMBJ-5.0 супрессоры.
Также я ставлю варистор между А и В. Можно и двунаправленный супрессор поставить, но варистор компактней. Это резистор который пробивается на высоком напряжении. Резко уменьшая свое сопротивление с мегаомов до десяток ом. А потом вновь становится обрывом. У меня под это дело чтото вроде JMV0805S5R6T661 который открывается от 5.6 вольт и способен пережить 40А в пике.
Последнее время я не экономлю и делаю полноценную развязку интерфейсной части. Ставя туда питание на AM1D-0505SZ и изолируя интерфейс через ADM2483. Это RS485 трансивер со встроенной опторазвязкой.
Работает просто песня 🙂
▌Кабель, земля и экран
Вообще, на короткие расстояния, десятки метров, и при небольшой скорости, по 485 интерфейсу можно гнать сигнал через любое говно. Даже через старую, советскую плоскую телефонную лапшу. На практике же, для физического уровня приходится использовать все что под руку попадается и уже проложено на объекте. Например, кабель видеонаблюдения, с волновым сопротивлением в 75 Ом, но ему требуются низкоомные же терминаторы в 75 Ом, что снижает количество девайсов на одном сегменте — трансивер просто не вытащит по току. Второй популярный пример — комповая витуха, у ней волновое сопротивление 100Ом, что уже лучше. И сами кабели дешевые, но у них тонкая жила и по этому высокое сопротивление. Есть и специализированный кабель для RS485 с волновым сопротивлением в 120Ом, как по стандарту. Правда он дорогой, не всегда доступен и зачастую не нужен 🙂
Для улучшения качества передачи данных хорошо бы использовать экранированный провод. При этом оплетка кабеля подключается к заземлению, а к GND через резистор ом в сто (в случае опторазвязки — к изолированной GND) с одной стороны (. ) только с одной стороны! Чтобы не было протекания разных токов по ней.
Если же у нас есть земляной провод, то можно задействовать и его. В данном случае его называют дренажным. Его задача уравнивать потенциалы земель. И он подключается к земле устройства (при опторазвязке к изолированной земле) через сопротивление в сотню ом. Резистор тут надо выбирать хотя бы на пол ватта.
▌Борьба с граблями
Ну и напоследок еще парочка мелких граблей на которые можно наступить, так что лучше их сразу убрать. В момент передачи, микросхема MAX485 держит выход DO в HiZ, и вам туда может нателепать разного мусора. Поэтому линию RxD микроконтроллера подтягиваем к питанию. Либо включаем подтяжку внутри контроллера. Но я всегда это делаю внешним резистором. Надежней.
А линию DE/RE следует подтягивать к нулю. Зачем? А чтобы пока контроллер не стартанул, не проинициализировался и не привел свои ноги в нужный режим этот вывод не телепался без дела и не слал в линию разный мусор.
При перед передачей никогда не помешает сделать синхронизацию кадров. Т.е. передачи нет, все участники сети сидят и слушают. И вдруг какая-то помеха пробилась и сделал старт бит в линию. Естественно все «слушатели» начнут принимать данные и получат мусор. Да хоть тот самый ноль, о котором я выше говорил. Чтобы им и ограничилось крайне желательно сделать следующее. Переводим линию прием/передача в режим передачи, при этом у нас на TxD единичка, т.к. мы еще ничего не шлем. Но драйвер RS485 при этом выдаст уже уровни в линию. Ждем паузу, равную времени передачи двух трех байтов, чтобы весь мусор прошел и не затесался в нашу передачу и только после этого засылаем первый байт нашей передачи в UART. Это повышает надежность и качество передачи на порядок.
А еще не помешает контроль четности, и прочие методы анализа качества принятых данных. Расскажу об этом вследующий раз, когда буду разбирать MODBUS.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.