1 הבעיה
אחת הרשתות הנפוצות יותר בתחום הבקרה והמדידה התעשייתית היא השכבה הפיזית באמצעות ממשק תקשורת RS -485 המורכב מרשת ציוד בקרה תעשייתית. ממשק תקשורת זה יכול להיות נוח מאוד למכשירים רבים ליצירת רשת בקרה. מהפתרון הנוכחי לפתרון התקשורת למרחקים ארוכים בין מיקרו-בקרים בניתוח תוכניות רבות, Rs -485 מצב תקשורת באוטובוס בגלל מבנה פשוט, מחיר נמוך, מרחק תקשורת וקצב העברת נתונים מתאים ומשמש נרחב במכשור, חיישנים חכמים, בקרה ריכוזית, בקרת בנייה, פיקוח ואזעקה ושדות אחרים. עם זאת, אוטובוס RS485 יש פונקציה תואמת עצמית, הגנה עצמית היא שברירית וחסרונות אחרים, כמו אי תשומת לב לפרטים מסוימים של העיבוד, לעיתים קרובות כישלון תקשורת או אפילו שיתוק מערכת וכישלונות אחרים, ולכן חיוני לשפר את אמינות תפעולית של האוטובוס RS -485.
תרשים סכמטי של ממשק תקשורת RS485
2 בעיות בעיצוב מעגלי חומרה להיות מודעים אליהם
2.1 עיקרון בסיסי של המעגל
עיצוב מעגלי החומרה של צומת מוצג באיור 1, בו משתמשים ב- RS -485 שבב ממשק SN75LBC184, המאמצת VCC אספקת חשמל אחת, המתח בטווח +3 ל {{ 5}}. 5 V יכול לעבוד כרגיל. בהשוואה לשבב Rs -485 רגיל, הוא לא יכול רק להתנגד להשפעת הברק ויכול לעמוד עד 8 קילוואט של השפעת פריקה אלקטרוסטטית, השבב שילב ארבעה צינור הגנה על מתח יתר חולף, יכול לעמוד עד 4 {{ 33}} 0 V מתח דופק חולף. לכן זה יכול לשפר משמעותית את האמינות של מניעת נזק ברק למכשיר. עבור חלק מהסביבה העוינת יותר של הסצינה, ניתן לחבר ישירות לקו ההולכה ללא רכיבי הגנה נוספים. ל- CHIP יש גם תכנון ייחודי, כאשר הקלט הוא מעגל פתוח, הפלט שלו גבוה, מה שיכול להבטיח שלכבל הכניסה למקלט יש תקלה במעגל פתוח, אינו משפיע על הפעולה הרגילה של המערכת. בנוסף, עכבת הקלט שלה עבור עכבת הכניסה הסטנדרטית של RS485 של פעמיים (גדול יותר או שווה ל -24 קילו), כך שתוכלו לחבר 64 משדרים באוטובוס. השבב נועד באופן פנימי להגביל את מנהל ההתקן של המדרון, כך שקצה אות הפלט לא יהיה תלול מדי, כך שקו ההולכה לא יפיק יותר מדי רכיבים בתדר גבוה יותר, ובכך מחניק למעשה הפרעות אלקטרומגנטיות. באיור 1, ה- TLP521 של ארבעה באחד באחד באחד-אחד, כך שהמיקרו-בקר ו- SN75LBC184 נטול חיבור חשמלי לחלוטין בין עבודת האמינות. העיקרון הבסיסי הוא: כאשר בקר המיקרו P1. 6=0, הדיודה הפולטת אור צילום פולטת אור, הולכת הטרנזיסטור הרגיש לתיל, הפלט של מתח גבוה ({{28} v), בחר את סוף דה של הקצה של דה של הקצה של De של הקצה של De של הקצה של De של הקצה של De של הקצה של De של De של הקצה של De של De של De של De של הקצה של De של De של De של De של ה- de of de of de of de of de of de of end of de of end of de of end of end of de of the end של כאשר שבב הממשק RS485, המאפשר שידור. כאשר מיקרו-בקר P1. 6=1, הדיודה הפולטת אור צילום אינה פולטת אור, הטרנזיסטור הרגיש לאור אינו מוליך, הפלט מתח נמוך (0 וולט), מסוף ה- RE של שבב הממשק RS485 נבחר, וכי קבלת פנים מותרת. העיקרון של מסוף R (קבלת מסוף) ומסוף D (טרמינל העברת) של SN75LBC184 דומה לאמור לעיל.
2.2 תכנון קונסולת DE של Rs -485
במערכת התקשורת של חצי דופלקס שנבנתה על ידי אוטובוס Rs -485, רק צומת אחד יכול להיות במצב המשדר ולשלוח נתונים לאוטובוס בכל רגע בכל הרשת, וכל שאר הצמתים חייבים להיות במצב המקבל ו אם ישנם 2 צמתים או יותר משני צמתים כדי לשלוח נתונים לאוטובוס בו זמנית, יובילו לכל כישלון העברת הנתונים של השולח. לפיכך, בעיצוב החומרה של כל צומת של המערכת, עליה תחילה לנסות להימנע מהסכסוך של נתוני האוטובוס הנגרמים כתוצאה מתנאים לא תקינים הגורמים לצומת זה לשלוח נתונים לאוטובוס. קח את סדרת MCS51 של בקרי מיקרו כדוגמה, מכיוון שהיא באיפוס המערכת, יציאות הקלט/פלט פלט גבוה, אם יציאת הקלט/פלט מחוברת ישירות לנהג אפשר מסוף DE של ה- RS -485 שבב ממשק, הוא יהפוך את DE גבוה במהלך איפוס ה- CPU, כך שהצומת הזה במצב השולח. אם ישנם צמתים אחרים באוטובוס שולחים נתונים בשלב זה, העברת הנתונים תופרע ותיכשל, או אפילו תגרום לאוטובוס כולו בגלל כישלון חסימת צומת וחסימת תקשורת, אשר בתורו משפיע על הפעולה הרגילה של כל מַעֲרֶכֶת. אם לוקחים בחשבון את היציבות והאמינות של התקשורת, בתכנון של כל צומת צריך לשלוט על סיכת משדר השבבים של ממשק האוטובוס RS485 נועדה לסיים את ההיגיון ההפוך, כלומר סיכת הבקרה של ההיגיון של "1", דה סוף של "0"; סיכת בקרה עבור ההיגיון של "0", סיכת הבקרה של ההיגיון של "{{1 0}}", סיכת הבקרה של ההיגיון של "0", סיכת בקרה עבור ההיגיון של "0", סיכת הבקרה של ההיגיון של "0". "0" כאשר סיכת הבקרה היא היגיון '1', הצד DE הוא '1'. באיור 1, סיכת ה- CPU P1.6 דרך מסוף הכונן הצילומי, כך שסיכת הבקרה היא גבוהה או איפוס לא תקין כך שה- SN75LBC184 יהיה תמיד במצב המקבל, ובכך נמנע למעשה מהצומת מהחומרה עקב החריגה מצב הנגרם כתוצאה מהשפעת המערכת כולה. זה מניח את הבסיס לתקשורת אמינה של המערכת כולה.
בנוסף, ישנו כלב שמירה MAX813L במעגל, שיכול לאפס את התוכנית אוטומטית ולמסור את השליטה באוטובוס RS -485 כאשר לצומת יש לולאה מתה או תקלות אחרות. זה מבטיח כי המערכת כולה לא תהיה אוטובוס בלעדי בגלל כישלונו של צומת, וכתוצאה מכך שיתוק המערכת כולה.
2.3 תכנון כדי להימנע מסכסוך באוטובוס
כאשר צומת צריך להשתמש באוטובוס, על מנת לממש תקשורת אמינה באוטובוס, האזינו לאוטובוס תחילה כשיש נתונים שיש לשלוח. בממשק החומרה, הפוך תחילה את הסיכה המקבלת הנתונים של ה- RS {{0}} שבב ממשק וחבר אותו לסיכה ההפרעה int 0 של המעבד. באיור 1, INT0 מחובר לפלט של הצולל האופטו. כאשר האוטובוס מעביר נתונים, נתוני SN75LBC184 המקבלים קצה (מסוף R) מראים שינוי ברמות הגבוהות והנמוכות, ניתן להשתמש בשימוש ב- CPU שנוצר על ידי קצה הנופל של ההפרעה (יכול לשמש גם כדי לשאיל את הדרך), אתה יכול ללמוד בשלב זה אם האוטובוס "עסוק", כלומר, האם יש צומת באוטובוס מתקשר. אם "סרק", אתה יכול לקבל גישה לאוטובוס, מה שפותח טוב יותר את הבעיה של קונפליקטים באוטובוסים. על בסיס זה, אתה יכול גם להגדיר את העדיפות של הודעות שונות, כך שניתן לשלוח תחילה הודעות בעלות עדיפות גבוהה, ובכך לשפר עוד יותר את המערכת בזמן אמת. לאחר אימוץ דרך עבודה זו, אין עוד הבחנה בין צמתי אדון לעבדים במערכת, ולכל צומת יש גישה שווה לאוטובוס, ובכך נמנע למעשה מהמצב בו נטל התקשורת של צמתים בודדים הוא כבד. ניתן לשפר מאוד את שיעור השימוש באוטובוס ויעילות התקשורת של המערכת, כך שתגובה בזמן אמת של המערכת שופרה, וגם אם צמתים בודדים במערכת נכשלים, היא לא תשפיע על הצמתים האחרים של התקשורת הרגילה והעבודה הרגילה. זה הופך את "הסכנה" של המערכת למבוזרת, באופן לשפר את האמינות והיציבות של המערכת.
2.4 RS -485 תכנון מעגלי פלט
באיור 1, VD1 ~ VD4 עבור דיודה מגביל האות, ערך ווסת המתח שלו אמור להבטיח עמידה בתקן RS -485, VD1 ו- VD3 כדי לקחת 12 V, VD2 ו- VD4 כדי לקחת 7 וולט, על מנת להבטיח שמשרעת האות מוגבלת ל- -7 ~ +12 V בין היכולת לשפר עוד יותר את ההתנגדות ל מתח יתר. אם לוקחים בחשבון את הנסיבות המיוחדות של הקו (כגון צומת של השבב Rs -485 הוא פירוט קצר של מעגל), על מנת למנוע מהאוטובוס מתוספים אחרים של התקשורת מושפעת, ב- SN75LBC184 פלט האות מחובר בסדרה עם שני נגדים של 20 Ω R1 ו- R2, כך שכישלונות החומרה של המכונה לא גורמים לכל תקשורת האוטובוס מושפעת. בבניית השדה של הנדסת מערכות היישומים, בשל מנשא התקשורת היא זוג מעוות, עכבה אופיינית לכ- 120 Ω, כך שיש לחבר את עיצוב הקו, בקו העברת הרשת RS485 בתחילת ובסופו לכל אחד מהם הנגד התואם 1 120 ω (כגון איור 1 ב- R3), על מנת להפחית את השתקפות האות המועבר בקו.
2.5 בחירת אספקת חשמל מערכת
לשילוב של מיקרו -בקר RS {{0}} רשת מדידה ובקרה, יש לתת עדיפות לשימוש בתוכנית אספקת חשמל עצמאית עבור כל צומת, במקביל, לא ניתן לשתף את קו הכוח עם RS -485 קו האות עם כבל רב ליבות. יש לבחור את קו האות RS -485 משטח החתך של 0.75 mM2 או זוג חוטים מעוות יותר ולא קו ישר שטוח, ובחירת אספקת החשמל הליניארית TL750L05 מאשר בחירת אספקת המיתוג היא יותר מַתְאִים. TL750L05 חייב להיות בעל קיבול פלט, אם אין קיבול פלט, מתח היציאה עבור צורת הגל של מסור שיניים, הקצה העולה של צורת הגל המסור עם שינוי מתח הקלט, בתוספת קיבול פלט, אתה יכול לדכא את התופעה.
3 תכנות תוכנה
SN75LBC184 במצב הקבלה, A, B הוא הקלט, R הוא הפלט; במצב השידור, D הוא הקלט, A, B הוא הפלט. כאשר כיוון השידור משתנה פעם אחת, אם הקלט לא משתנה, הפלט הוא מצב אקראי בשלב זה, עד שמצב הקלט ישתנה פעם אחת, נקבע מצב הפלט. ברור שאחרי העברת מצב השידור למצב הקבלה, אם R נמוך לפני שינוי סטטוס A ו- B, ו- R עדיין נמוך בקטע ההתחלה הראשון של הנתונים, ה- CPU חושב שאין שום התחלה ברגע זה , והמעבד לא מתחיל לקבל את הנתונים הראשונים עד להתרחשות הקצה הנפילה הראשון, מה שיביא לשגיאת קבלת פנים. לאחר העברה ממצב הקבלה למצב השידור, לפני שינוי ה- D, אם המתח בין A ל- B נמוך, וסיב ההתחלה הראשון של הנתונים נשלח, המתח בין A ל- B עדיין נמוך ואין התחלה קצת בסיכות A ו- B, מה שיוביל גם לשגיאת שידור. הפיתרון להתגבר על תוצאה זו הוא: המארח שולח ברציפות שתי מילות סנכרון, מילת הסנכרון לכלול שינויים בקצה מרובים (כגון 55 שעות, 0 AAH), ולשלוח פעמיים (הפעם הראשונה עשויה לקבל שגיאה ו התעלמות), המקלט מקבל את מילת הסנכרון, ניתן להעביר את הנתונים ובכך להבטיח תקשורת נכונה.
על מנת לעבוד בצורה אמינה יותר, במיתוג מצב האוטובוס RS485 דורש עיכוב מתאים לפני שליחת נתונים וקבלת נתונים. התרגול הספציפי נמצא במצב העברת נתונים, מסוף הבקרה הראשון מערך "1", עיכוב 0. 5 ms בערך, ואז שלח נתונים תקפים, העברת נתונים הושלמה ואז עיכוב 0. 5 ms, מסוף הבקרה מערך "0". עיבוד כזה יגרום לאוטובוס להיות תהליך עבודה יציב במהלך מיתוג המדינה.
ניתן לחלק את התוכנית של צומת תקשורת מיקרו -בקר לששה קטעים עיקריים, שהם החלק המוגדר מראש, קטע האתחול, קטע התוכנית הראשי, קטע זיהוי סטטוס המכשיר, קטע קבלת המסגרת וסעיף שליחת המסגרת. החלק המוגדר מראש מגדיר בעיקר את אותות לחיצת היד המשמשים בתקשורת, המאגר המשמש לשמירת פרטי המכשיר והמשתנה כדי לשמור את מספר המכשיר של צומת זה. חלק איתור סטטוס המכשיר יוכל להגיב בהתאם כאשר מתרחש כשל בחומרה לאחר אתחול התוכנית. קטע התוכנית העיקרי אמור להיות מסוגל לקבל מסגרות פקודה ולהגיב בהתאם לתוכן הפקודה. כדי לקצר את האורך, רק קוד של קטע התוכנית הראשי ניתן כאן.
מסקנה 4
למרות שיש כמה חסרונות באוטובוס Rs -485, אך בגלל עיצוב הקו שלו הוא פשוט, לא יקר, קל לשליטה, כל עוד הפרטים מטופלים היטב, בחלק מהיישומים הנדסיים יכולים עדיין למלא תפקיד טוב. בקיצור, יש לקחת בחשבון את המפתח לפיתרון אמינות הפרויקט לפני תחילת הבנייה לפני הצעדים שניתן לנקוט כדי לפתור את הבעיה באופן בסיסי, במקום לחכות עד להנדסה המאוחרת לתקן.