Строим сеть на RS485.

Применение интерфейса RS485 детально описано в литературе. Однако практическая реализации сети на нем имеет некоторые тонкости. Начиная с выбора кабеля, способа монтажа, типа разъема и заканчивая выбором производителя самой микросхемы.

Описать все варианты практически не возможно, поэтому остановимся на конкретной реализации,  с учетом особенностей вероятного технического задания. Рассмотрим достоинства и недостатки тех или иных технических решений.

Итак, пусть от нас требуется

• Соединить до 100 контроллеров на одной линии
• Каждый контроллер питается от источника напряжения и контролирует цепи с произвольной схемой гальванической изоляции
• Сеть должна монтироваться на месте, максимально быстро
•  Допускается до 10% ошибочных пакетов при передаче данных

Первый вопрос, требующий решения – это гальваническая изоляция. Соединять гальванически электрооборудование, стоящее удаленно друг от друга, питающееся от разных источников, и, вероятно, разных фаз – крайне неосмотрительно. Есть два варианта изоляции – отделить передающий контроллер от носителя  ( по питанию и по линиям входов выходов) или отделить приемопередатчик интерфейса.

Описанный пример использует последний вариант. Причем есть две возможности  в реализации – построить развязку на дискретных компонентах или применить приемопередатчик с гальванической изоляцией.

Варианты без гальванической изоляции здесь не рассматриваются. Их можно использовать только для организации связи в пределах прибора.

Второй вопрос – это выбор кабеля, способа экранировки и места присоединения экрана.

Все производители микросхем дают примерно одинаковую схему сети на RS485.

Поэтому, самый грамотный вариант – это витая пара в экране.  Но у нее есть недостатки

• высокая стоимость
• некоторая дефицитность (купить можно, но не везде и, может, придется подождать, пока привезут)
• сложность монтажа

Практика показывает, что возможно применение четырехжильного телефонного кабеля, у которого внешние жилы соединены, и выполняют функцию экрана. Конечно, принимать такое решение необходимо крайне осмотрительно, взвесив все за и против, а еще лучше протестировав работоспособность сети в каждом конкретном случае.

При всех рисках вы получите

• низкую стоимость
• стандартный кабельный разъем 6p4c
• доступные блочные части самых разнообразных форм
• легкий монтаж

Практикой установлено, что возможно построение сети с общей длиной порядка 1500 м, с количеством контроллеров до 100, работающей примерно с десятипроцентной вероятностью разрушения пакетов.

На расположенной выше схеме видно, что оконечные точки витой пары нагружены на резисторы 120 ом (заглушки). Резисторы призваны снизить помехи, возникающие при отражении сигнала от конца кабеля. Телефонный кабель имеет большие погонные потери, сеть часто можно эксплуатировать без заглушек.  При  необходимости, номинал резистора приходиться подбирать из диапазона 300 … 1000 ом.

Третий вопрос -  это выбор марки и производителя микросхем. Далеко не все кристаллы одинаковы. Главные критерии – это нагрузочная способность и особенности выходных буферов, способных со стороны входа четко детектировать сигнал, а со стороны выхода формировать сигнал без резких очертаний. Путем проб и ошибок были выбраны два варианта ( LTC1535  и  sn65hvd3082) способные игнорировать неидеальность сети.

Четвертый  вопрос – это место подсоединения экрана.  Устойчивее всего сеть работает, когда экран соединен с общим проводом приемопередатчиков, образуя схему, показанную на рисунке,  где GND2 – это общий провод гальванически изолированного выходного каскада приемопередатчика.

Примеры схем контроллера представлен ниже.

Естественно, что бы обслуживать, контролировать, настраивать сеть, а может и быть мастером сети нам понадобиться переходник, связывающий сеть с компьютером.

Есть два варианта переходников COM-RS485  и USB-RS485.  Первый проще, второй намного удобнее. К тому же не каждый компьютер сейчас имеет сом-порт. Есть только одно «но», заставляющее использовать переходник COM-RS485. Дело в том, что рассчитывать на продолжительную (непрерывную) работу USB-переходника нельзя. Он склонен к зависанию. Причем частота зависаний зависит от многих факторов, в том числе от качества питающей сети. Для любителей экспериментов скажу: попробуйте рядом с работающим переходником  USB-RS485  несколько раз включить в сеть и выключить ЛАТР (лабораторный автотрансформатор)  киловатта на полтора.  

Схемы переходников представлены ниже.

Переходник USB - RS485 выглядит так:

Переходник COM - RS485 выглядит так:

Итак, с аппаратной частью разобрались. Теперь определимся с программной. Наиболее сложным представляется работа с СОМ портом в среде Win32. Существует масса программных компонентов, реализующих эти функции. Скачайте несколько, установите, подключите и подайте максимально несуразный сигнал на вход приемника.      Практически все доморощенные компоненты будут работать с ошибками, вызывая зависание приложения или прекращение его работы.  Потрясающую устойчивость показала только библиотека фирмы Moxa (www.moxa.com)  pcommlite. Рекомендую именно ее.

Для тех, кто перед кем стоит подобная задача можно порекомендовать приобрести  стартовый комплект содержащий

• переходник COM-RS485                1 шт.
• переходник USB-RS485                  1 шт.
• плату контроллера                           3 шт.
• комплект проводки                          1 шт.
• тройник телефонный                      3 шт.
• тестовое ПО                                     1 шт.

С ним можно будет быстро провести тестирование сети, оценить процент потери пакетов, подобрать оконечные резисторы.