A comunicação consiste em um fluxo de informações entre elementos que compõem um sistema. Em geral, a comunicação moderna entre dispositivos se realiza por meios das denominadas redes digitais. Uma rede está constituída basicamente por três elementos: um conjunto de terminais ou nodos que trocam informações, um meio físico de ligação que conecta estes nodos e um software que permite sua gestão (FIG. 3.1).
A informação se transmite em geral de duas formas:
a) Série: recebem e enviam sinais em seqüência. Sendo que o envio / recepção é realizada por 1 bit de cada vez em uma velocidade programável (FIG. 3.2a);
b) Paralela: como o nome diz, pode transmitir 8 bits (1 byte) simultaneamente, levando cada bit por um condutor separado (FIG. 3.2b).
FIGURA 3.2 – Transmissão de sinal: (a) serie e (b) paralelo.
A comunicação serial é recomendada em casos de longas distâncias e em ambientes extremamente ruidosos. Quando a velocidade é uma condição importante e a ligação é de pequena extensão, pode-se utilizar uma ligação em paralelo.
A conexão dos terminais pode ser realizada da seguinte forma: a) conexão ponto a ponto: conexão existente entre apenas dois terminais, sendo cada terminal localizado em uma das extremidades da linha de conexão (FIG. 3.3a);
b) conexão multiponto: conexão de mais de dois terminais através da mesma linha de conexão (FIG. 3.3b).
O fluxo de dado pode se dar de três distintos modos:
a) Full-duplex: comunicação que permite o fluxo de dados entre dois terminais nos dois sentidos simultaneamente (FIG. 3.4a);
b) Half-duplex: comunicação que permite o fluxo de dados entre dois terminais nos dois sentidos, mas não de forma simultânea (FIG 3.4b);
c) Simplex: comunicação que permite o fluxo de dados entre dois terminais em um só sentido (FIG. 3.4c).
FIGURA 3.3 – Tipos de conexão.
FIGURA 3.4 – Tipos de fluxo de dados.
A forma de como se conecta os elementos de uma rede define a sua topologia. A topologia tem um impacto considerável em seu comportamento. As três topologias básicas de rede são (FIG 3.5):
a) Anel: cada nodo se encontra ligado ao subseqüente, formando um laço fechado. Como a informação circula por todas os terminais que formam o anel, seu rendimento depende do terminal mais lento. A comunicação é realizada passando-se a informação por todos os nodos. Se a informação não for para o nodo corrente, ela é transmitida para o nodo subseqüente, e assim por diante. A desvantagem é que se uma estação falhar, toda a rede será afetada.
b) Estrela: os terminais se conectam a um nodo comum que serve como ponto de distribuição para os outros terminais. Caso um
terminal falhe, a comunicação será interrompida apenas entre este nodo e o comum. Entretanto, no caso do nodo comum falhar, toda a rede será afetada. c) Barramento: os terminais se unem entre si através de um conjunto de linhas comuns. Este tipo de topologia é o mais comum em redes de automação e de campo, já que apresenta flexibilidade na instalação de novos terminais e alta confiabilidade.
FIGURA 3.5 – Topologias de redes.
3.1 RS-232-C
Trata-se de um velho padrão de comunicação serial definido pela norma CCITT V.24 (EIA-RS232). É uma rede de ponto a ponto (1 a 1) do tipo full-duplex, com distancia máxima de 15 metros entre os nodos. Na prática, pode-se chegar a 100 metros com a utilização de circuitos para amplificação do sinal. A norma basicamente trata das especificações físicas do conector, dos níveis de tensão dos sinais e dos sinais de protocolo. Pode-se utilizar um conector de 25 pinos, DB-25 (FIG. 3.6a). Caso não necessite trabalhar com todos os sinais, pode-se adotar o conector de 9 pinos, DB9 (FIG. 3.6b).
FIGURA 3.6 – (a) Conector DB25, (b) conector DB9.
Os dados são transmitidos pela linha TxD e são recebidos pela linha RxD, em série, bit a bit. Os níveis lógicos, “0” e “1” binários, estão representados na figura 3.7.
FIGURA 3.7 – Níveis de tensão RS-232-C.
A transmissão poderá ser realizada pelo método síncrono ou assíncrono. Pelo método síncrono o receptor deverá conhecer o momento em que será iniciada a transmissão de um bit ou de um caractere. Já pelo método assíncrono, cada caractere vem precedido por um bit de inicialização (start) e é finalizado por um ou dois bits de parada (stop) que
garante o sincronismo do receptor e permite o reconhecimento do inicio e fim do caractere (FIG. 3.8).
FIGURA 3.8 – Transmissão assíncrona de um byte em serie.
Na tabela 3.1 encontra-se a descrição dos principais sinais de uma interface RS-232.
TABELA 3.1 – Descrição dos principais sinais de uma interface RS-232. Fonte: PÉREZ et al., 2004.
Sinal I/O Descrição
FG - Proteção terra dos equipamentos - Field Ground.
TxD O Linha de transmissão de dados.
RxD I Linha de recepção de dados.
RTS O O dispositivo está pronto para o envio de um dado. Aguarda- se a resposta pelo CTS - Request to Send.
CTS I Habilitação para transmissão. O dispositivo não pode trabsmitir se esta linha não estiver habilitada - Clear To Send.
DSR I Indica que o receptor está pronto (ligado ou conectado) – Data
Set Ready.
DTR O O dispositivo está pronto para transmitir ou receber – Data Terminal Read.
DCD I Indica que o dispositivo está disposto – Data Carrier Detect.
SG - Sinal de referencia (massa) – Signal Ground.
3.2 RS-422
É um padrão de comunicação serial do tipo full-duplex, definido pela norma CCITT V.11 e X.27 (EIA-RS422). A figura 3.9 apresenta a configuração de uma conexão RS-422 ponto a ponto. É uma rede multiponto que permite a ligação de um mestre a vários terminais (1 a n). A transmissão do sinal se dá pelo modo diferencial e apresenta como vantagem a imunidade a ruído eletromagnético. Os níveis lógicos, “0” e “1” binários, são estabelecidos em função da diferença de tensão entre dois condutores (FIG. 3.10). Deste modo, é possível obter distâncias maiores entre os nodos, de 1200 a 1500 metros.
FIGURA 3.9 – Conexão RS-422. Onde, “A” é a entrada / saída não inversora e “B” é a entrada / saída inversora.
Fonte: PÉREZ et al., 2004.
Como se trata de uma rede balanceada, deve-se colocar resistências de carga nas extremidades da mesma (geralmente 120 Ω). Estas resistências são utilizadas para prevenir a reflexão de dados na rede.
FIGURA 3.10 – Níveis de tensão das interfaces RS-422 e RS-485. Fonte: PÉREZ et al., 2004.
3.3 RS-485
Esta rede é uma das mais utilizadas pela indústria. A conexão é serial do tipo half-duplex, sendo seu padrão definido pela norma EIA-RS485. Esta rede é baseada na RS-422, e diferencia-se desta por utilizar apenas um par de fios para enviar e receber dados. Permite trabalhar com a topologia de rede de barramento, anel, ou estrela. Entretanto, aconselha-se trabalhar com a topologia de barramento, para facilitar o balanceamento da rede através de resistências de carga. Apresenta alta imunidade a ruídos e pode-se criar redes multiponto mestre-escravo de forma bastante simples. Na figura 3.11 encontra-se a configuração de uma conexão RS-485 ponto a ponto.
FIGURA 3.11 – Conexão RS-485. A linha de habilitação DE/RE controla a transmissão (DE/RE = 1) e a recepção (DE/RE = 0) em cada terminal.
Fonte: PÉREZ et al., 2004.
3.4 Características das Redes mais Utilizadas
A tabela 3.2 apresenta de forma resumida as principais características das redes mais utilizadas.
TABELA 3.2 – Comparação entre as redes RS-232, RS-422 e RS-485. Fonte: PÉREZ et al., 2004.
RS-232 RS-422 RS-485
Tipo de linha Desbalanceada Balanceada Balanceada
Nº máximo de transmissores 1 1 32
Nº máximo de receptores 1 32 32
Longitude máxima (m) 15 1200 1200