1 ปัญหา
หนึ่งในเครือข่ายที่ใช้กันทั่วไปในด้านการควบคุมอุตสาหกรรมและการวัดคือเลเยอร์ทางกายภาพโดยใช้ Rs -485 อินเทอร์เฟซการสื่อสารที่ประกอบด้วยเครือข่ายอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรม อินเทอร์เฟซการสื่อสารนี้สามารถสะดวกมากสำหรับอุปกรณ์จำนวนมากในการสร้างเครือข่ายควบคุม จากโซลูชันปัจจุบันเพื่อแก้ปัญหาการสื่อสารทางไกลระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์ในการวิเคราะห์หลายโปรแกรม RS -485 โหมดการสื่อสารบัสเนื่องจากโครงสร้างง่ายราคาต่ำระยะการสื่อสารและอัตราการถ่ายโอนข้อมูลมีความเหมาะสมและใช้กันอย่างแพร่หลาย ในเครื่องมือวัดเซ็นเซอร์อัจฉริยะการควบคุมส่วนกลางการควบคุมอาคารการตรวจสอบและการเตือนภัยและสาขาอื่น ๆ อย่างไรก็ตามบัส RS485 มีฟังก์ชั่นการป้องกันตัวเองการป้องกันตัวเองนั้นเปราะบางและข้อบกพร่องอื่น ๆ เช่นไม่ให้ความสนใจกับรายละเอียดบางอย่างของการประมวลผลบ่อยครั้ง ความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานของบัส RS -485}
RS485 การสื่อสารอินเทอร์เฟซแผนผังแผนผัง
2 ปัญหาการออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ที่ต้องระวัง
2.1 หลักการพื้นฐานของวงจร
การออกแบบวงจรฮาร์ดแวร์ของโหนดจะแสดงในรูปที่ 1 ซึ่งใช้ RS -485 Chip SN75LBC184 ซึ่งใช้ Rs -485 5}}. 5 V สามารถทำงานได้ตามปกติ เมื่อเทียบกับชิป RS -485 สามัญไม่เพียง แต่สามารถต้านทานผลกระทบของสายฟ้าและสามารถทนต่อแรงกระแทกด้วยไฟฟ้าสถิตได้ถึง 8 kV เท่านั้น 33}} 0 V แรงดันพัลส์ชั่วคราว ดังนั้นจึงสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการป้องกันความเสียหายจากสายฟ้าให้กับอุปกรณ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสภาพแวดล้อมที่เป็นมิตรมากขึ้นของฉากสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับสายส่งโดยไม่มีส่วนประกอบการป้องกันเพิ่มเติมใด ๆ ชิปยังมีการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์เมื่ออินพุตเป็นวงจรเปิดเอาต์พุตของมันสูงซึ่งสามารถมั่นใจได้ว่าสายเคเบิลอินพุตตัวรับสัญญาณมีความผิดพลาดวงจรเปิดจะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของระบบ นอกจากนี้ความต้านทานอินพุตสำหรับความต้านทานอินพุตมาตรฐาน RS485 ของ 2 ครั้ง (มากกว่าหรือเท่ากับ 24 kΩ) ดังนั้นคุณสามารถเชื่อมต่อเครื่องรับส่งสัญญาณ 64 บนบัส ชิปได้รับการออกแบบภายในเพื่อ จำกัด ไดรเวอร์ความลาดชันเพื่อให้ขอบสัญญาณเอาต์พุตจะไม่สูงเกินไปดังนั้นสายส่งจะไม่สร้างส่วนประกอบความถี่สูงมากเกินไป ในรูปที่ 1 Opto-Coupler TLP521 สี่ในหนึ่งเดียวเพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์และ SN75LBC184 ปราศจากการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างงานของความน่าเชื่อถือ หลักการพื้นฐานคือ: เมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ p1. 6=0, ไดโอดแสงเปล่งแสงโฟโตคูลเลอร์ปล่อยแสง, การนำแสงของทรานซิสเตอร์ไวแสง, เอาต์พุตของแรงดันไฟฟ้าสูง (+5 v) ชิปอินเทอร์เฟซ RS485 ช่วยให้การส่งผ่าน เมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ p1. 6=1 ไดโอดเปล่งแสงโฟโตคูลเลอร์จะไม่ปล่อยแสงทรานซิสเตอร์ที่ไวต่อแสงไม่ได้ดำเนินการแรงดันไฟฟ้าต่ำ (0 V) เทอร์มินัล RS485 จะถูกเลือก อนุญาตให้แผนกต้อนรับได้หลักการของเทอร์มินัล R (รับเทอร์มินัล) และเทอร์มินัล D (เทอร์มินัลส่ง) ของ SN75LBC184 คล้ายกับด้านบน
2.2 การออกแบบคอนโซลเดอของ RS -485
ในระบบการสื่อสารแบบ half-duplex ที่สร้างโดย RS -485 บัสมีเพียงโหนดเดียวเท่านั้นที่สามารถอยู่ในสถานะการส่งสัญญาณและส่งข้อมูลไปยังบัสได้ตลอดเวลาในเครือข่ายทั้งหมดและโหนดอื่น ๆ ทั้งหมดจะต้องอยู่ในสถานะรับ . หากมี 2 โหนดหรือมากกว่า 2 โหนดเพื่อส่งข้อมูลไปยังบัสในเวลาเดียวกันจะนำไปสู่ความล้มเหลวในการส่งข้อมูลของผู้ส่งทั้งหมด ดังนั้นในการออกแบบฮาร์ดแวร์ของแต่ละโหนดของระบบจึงควรพยายามหลีกเลี่ยงความขัดแย้งของข้อมูลบัสที่เกิดจากสภาวะที่ผิดปกติซึ่งทำให้โหนดนี้ส่งข้อมูลไปยังบัส นำไมโครคอนโทรลเลอร์ MCS51 ซีรี่ส์เป็นตัวอย่างเนื่องจากอยู่ในการรีเซ็ตระบบพอร์ต I/O จะส่งออกสูงหากพอร์ต I/O เชื่อมต่อโดยตรงกับไดรเวอร์เปิดใช้งานเทอร์มินัล de ของ RS -485} ชิปอินเตอร์เฟสมันจะทำให้ DE สูงในระหว่างการรีเซ็ต CPU เพื่อให้โหนดนี้อยู่ในสถานะการส่ง หากมีโหนดอื่น ๆ บนบัสที่ส่งข้อมูลในเวลานี้การส่งข้อมูลจะถูกขัดจังหวะและล้มเหลวหรือแม้แต่ทำให้บัสทั้งหมดเนื่องจากความล้มเหลวของโหนดและการบล็อกการสื่อสารซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของทั้งหมด ระบบ. โดยคำนึงถึงความมั่นคงและความน่าเชื่อถือของการสื่อสารในการออกแบบของแต่ละโหนดควรควบคุมพินตัวส่งสัญญาณชิปบัสอินเตอร์เฟส RS485 ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดระดับของตรรกะผกผันนั่นคือพินควบคุมสำหรับตรรกะของ "1" de end ของ "0"; พินควบคุมสำหรับตรรกะของ "0", พินควบคุมสำหรับตรรกะของ "{{1 0}}", พินควบคุมสำหรับตรรกะของ "0" พินควบคุมสำหรับตรรกะของ "0", พินควบคุมสำหรับตรรกะของ "0" "0" เมื่อพินควบคุมคือตรรกะ '1' ด้าน de คือ '1' ในรูปที่ 1 พิน CPU P1.6 ผ่านทางขั้วไดรฟ์โฟโต้เพลอร์เพื่อให้พินควบคุมมีการรีเซ็ตสูงหรือผิดปกติเพื่อให้ SN75LBC184 อยู่ในสถานะที่ได้รับเสมอดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงโหนดจากฮาร์ดแวร์เนื่องจากความผิดปกติ สถานการณ์ที่เกิดจากผลกระทบของระบบทั้งหมด สิ่งนี้วางรากฐานสำหรับการสื่อสารที่เชื่อถือได้ของระบบทั้งหมด
นอกจากนี้ยังมี Watchdog Max813L ในวงจรซึ่งสามารถรีเซ็ตโปรแกรมโดยอัตโนมัติและส่งมอบการควบคุมของ RS -485} โดยอัตโนมัติเมื่อโหนดมีลูปตายหรือความผิดพลาดอื่น ๆ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าระบบทั้งหมดจะไม่เป็นบัสพิเศษเนื่องจากความล้มเหลวของโหนดส่งผลให้เกิดอัมพาตของระบบทั้งหมด
2.3 การออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งของรถบัส
เมื่อโหนดจำเป็นต้องใช้รถบัสเพื่อที่จะตระหนักถึงการสื่อสารรถบัสที่เชื่อถือได้ให้ฟังรถบัสก่อนเมื่อมีข้อมูลที่จะส่ง บนอินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์ก่อนอื่นจะกลับข้อมูลที่ได้รับ PIN ของ RS {{0}}} ชิปอินเตอร์เฟสและเชื่อมต่อกับ PIN อินเตอร์รัปต์ int 0 ของ CPU ในรูปที่ 1 int0 เชื่อมต่อกับเอาต์พุตของ opto-coupler เมื่อบัสกำลังส่งข้อมูล SN75LBC184 ข้อมูลที่ได้รับการรับ (เทอร์มินัล R) แสดงการเปลี่ยนแปลงในระดับสูงและต่ำการใช้ CPU ที่สร้างขึ้นโดยขอบที่ตกลงมาของการขัดจังหวะ (สามารถใช้ในการสอบถามวิธี) คุณสามารถเรียนรู้ได้ในเวลานี้ว่ารถบัสนั้น "ยุ่ง" คือไม่ว่าจะมีโหนดบนรถบัสกำลังสื่อสารหรือไม่ หาก "ไม่ได้ใช้งาน" คุณสามารถเข้าถึงรถบัสซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาความขัดแย้งของรถบัสได้ดีขึ้น บนพื้นฐานนี้คุณสามารถกำหนดลำดับความสำคัญของข้อความต่าง ๆ เพื่อให้สามารถส่งข้อความที่มีลำดับความสำคัญสูงก่อนได้ดังนั้นจึงปรับปรุงระบบเรียลไทม์ต่อไป หลังจากใช้วิธีการทำงานนี้ไม่มีความแตกต่างระหว่างโหนดหลักและโหนดทาสในระบบอีกต่อไปและแต่ละโหนดมีการเข้าถึงบัสเท่ากันดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่ภาระการสื่อสารของแต่ละโหนดนั้นหนัก อัตราการใช้งานของบัสและประสิทธิภาพการสื่อสารของระบบสามารถปรับปรุงได้อย่างมากเพื่อให้การตอบสนองแบบเรียลไทม์ของระบบได้รับการปรับปรุงและแม้ว่าแต่ละโหนดในระบบจะล้มเหลวมันจะไม่ส่งผลกระทบต่อโหนดอื่น ๆ ของโหนดอื่น ๆ การสื่อสารปกติและงานปกติ สิ่งนี้ทำให้ระบบ "อันตราย" กระจายอำนาจในวิธีที่จะเพิ่มความน่าเชื่อถือและความเสถียรของระบบ
2.4 RS -485 การออกแบบวงจรเอาท์พุท
ในรูปที่ 1, VD1 ~ VD4 สำหรับไดโอดตัว จำกัด สัญญาณค่าควบคุมแรงดันไฟฟ้าของมันควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าสอดคล้องกับมาตรฐาน RS -485}, VD1 และ VD3 เพื่อใช้ 12 V, VD2 และ VD4 เพื่อใช้ 7 V เพื่อให้แน่ใจว่า ว่าแอมพลิจูดของสัญญาณนั้น จำกัด อยู่ที่ -7 ~ +12 V ระหว่างความสามารถในการปรับปรุงความต้านทานต่อไป แรงดันไฟฟ้าเกิน โดยคำนึงถึงสถานการณ์พิเศษของบรรทัด (เช่นโหนดของชิป RS -485 คือการแยกลัดวงจร) เพื่อป้องกันไม่ให้บัสจากส่วนขยายอื่น ๆ ของการสื่อสารได้รับผลกระทบใน SN75LBC184 สัญญาณเอาต์พุต เชื่อมต่อเป็นอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 20 Ωสองตัว R1 และ R2 สองตัวเพื่อให้ความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์ของเครื่องไม่ทำให้การสื่อสารบัสทั้งหมดได้รับผลกระทบ ในการสร้างภาคสนามของวิศวกรรมระบบแอปพลิเคชันเนื่องจากผู้ให้บริการสื่อสารเป็นคู่ที่บิดเบี้ยวความต้านทานลักษณะของมันประมาณ 120 Ωดังนั้นการออกแบบเส้นในสายส่งเครือข่าย RS485 ที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดควรเชื่อมต่อกับแต่ละ ตัวต้านทานการจับคู่ 1 120} (เช่นรูปที่ 1 ใน R3) เพื่อลดการสะท้อนของสัญญาณที่ส่งบนเส้น
2.5 การเลือกแหล่งจ่ายไฟของระบบ
สำหรับการรวมกันของไมโครคอนโทรลเลอร์ RS {{0}} เครือข่ายการวัดและควบคุมควรให้ความสำคัญกับการใช้โปรแกรมแหล่งจ่ายไฟอิสระสำหรับแต่ละโหนดในเวลาเดียวกัน RS -485 บรรทัดสัญญาณที่มีสายเคเบิลมัลติคอร์ ควรเลือกสายสัญญาณ RS -485 จากพื้นที่หน้าตัดที่ 0.75 mm2 หรือมากกว่าคู่บิดของสายไฟมากกว่าเส้นตรงแบนและการเลือกแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น TL750L05 มากกว่าการเลือกแหล่งจ่ายไฟสวิตช์ เหมาะสม. TL750L05 จะต้องมีความจุเอาท์พุทหากไม่มีความจุเอาท์พุทแรงดันเอาต์พุตสำหรับรูปคลื่น Sawtooth ขอบที่เพิ่มขึ้นของรูปคลื่น Sawtooth ด้วยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตรวมถึงความจุเอาท์พุท
3 การเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์
SN75LBC184 ในโหมดการรับ A, B คืออินพุต, R คือเอาต์พุต ในโหมดการส่งสัญญาณ D คืออินพุต A, B คือเอาต์พุต เมื่อทิศทางการส่งสัญญาณถูกเปลี่ยนแปลงหนึ่งครั้งหากอินพุตไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นเอาต์พุตจะเป็นสถานะสุ่มในเวลานี้จนกว่าสถานะอินพุตจะเปลี่ยนแปลงหนึ่งครั้งสถานะเอาต์พุตจะถูกกำหนด เห็นได้ชัดว่าหลังจากการถ่ายโอนจากโหมดการส่งไปยังโหมดรับหาก R ต่ำก่อนที่จะเปลี่ยนสถานะ A และ B และ R ยังคงต่ำที่บิตข้อมูลแรกเริ่มต้น CPU คิดว่าไม่มีบิตเริ่มต้นในเวลานี้ และซีพียูไม่ได้เริ่มรับข้อมูลแรกจนกว่าจะมีการลดลงครั้งแรกซึ่งจะส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการรับสัญญาณ หลังจากถ่ายโอนจากโหมดรับไปยังโหมดการส่งก่อนการเปลี่ยนแปลง D หากแรงดันไฟฟ้าระหว่าง A และ B ต่ำและบิตเริ่มต้นข้อมูลแรกจะถูกส่งแรงดันไฟฟ้าระหว่าง A และ B ยังคงอยู่ในระดับต่ำและไม่มีการเริ่มต้น บิตที่หมุด A และ B ซึ่งจะนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการส่ง วิธีแก้ปัญหาที่จะเอาชนะผลที่ตามมานี้คือ: โฮสต์ส่งคำซิงโครไนซ์สองคำอย่างต่อเนื่องคำว่าการซิงโครไนซ์เพื่อรวมการเปลี่ยนแปลงหลายขอบ (เช่น 55h, 0 aah) และส่งสองครั้ง (ครั้งแรกอาจได้รับข้อผิดพลาดและ ละเว้น) ผู้รับจะได้รับคำซิงโครไนซ์ข้อมูลสามารถส่งข้อมูลได้ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าการสื่อสารที่ถูกต้อง
เพื่อให้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้นในการสลับสถานะบัส RS485 ต้องใช้ความล่าช้าที่เหมาะสมก่อนที่จะส่งและรับข้อมูล การปฏิบัติที่เฉพาะเจาะจงอยู่ในสถานะการส่งข้อมูลชุดเทอร์มินัลควบคุมครั้งแรก "1" ล่าช้า 0. 5 ms หรือมากกว่านั้นจากนั้นส่งข้อมูลที่ถูกต้องการส่งข้อมูลจะเสร็จสมบูรณ์แล้วล่าช้า 0 5 ms, ชุดขั้วควบคุม "0" การประมวลผลดังกล่าวจะทำให้บัสมีกระบวนการทำงานที่มั่นคงในระหว่างการสลับสถานะ
โปรแกรมของโหนดการสื่อสารไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแบ่งออกเป็นหกส่วนหลักซึ่งเป็นส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าส่วนการเริ่มต้นส่วนโปรแกรมหลักส่วนการตรวจจับสถานะอุปกรณ์ส่วนที่รับเฟรมและส่วนการส่งเฟรม ส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าส่วนใหญ่จะกำหนดสัญญาณการจับมือที่ใช้ในการสื่อสารบัฟเฟอร์ที่ใช้ในการบันทึกข้อมูลอุปกรณ์และตัวแปรเพื่อบันทึกหมายเลขอุปกรณ์ของโหนดนี้ ส่วนการตรวจจับสถานะอุปกรณ์จะสามารถตอบสนองได้เมื่อความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์เกิดขึ้นหลังจากการเริ่มต้นโปรแกรม ส่วนโปรแกรมหลักควรจะสามารถรับเฟรมคำสั่งและตอบสนองต่อเนื้อหาของคำสั่ง หากต้องการลดความยาวให้สั้นลงเฉพาะรหัสของส่วนโปรแกรมหลักเท่านั้นที่ได้รับที่นี่
4 บทสรุป
แม้ว่าจะมีข้อบกพร่องบางอย่างของรถบัส RS -485 แต่เนื่องจากการออกแบบสายของมันนั้นง่ายราคาไม่แพงและควบคุมได้ง่ายตราบใดที่รายละเอียดได้รับการจัดการที่ดีในการใช้งานทางวิศวกรรมบางอย่างยังคงมีบทบาทที่ดี ในระยะสั้นกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาความน่าเชื่อถือของโครงการก่อนที่จะเริ่มการก่อสร้างก่อนที่จะมีการพิจารณาก่อนมาตรการที่สามารถดำเนินการเพื่อแก้ปัญหาโดยพื้นฐานแทนที่จะรอจนกว่าวิศวกรรมปลายจะซ่อม