RS-485

A comunicação RS-485 visa colmatar as limitações até agora abordadas pelas comu- nicações RS-232 e RS-422. Tal como o RS-422 é uma comunicação diferencial, com boa imunidade ao ruído, permitindo um maior alcance de transmissão de dados. A comunica- ção é efetuada através de um cabo de par entrançado com vista a eliminar interferências electromagnéticas externas que possam causar degradação ou perdas de informação na comunicação.

A transmissão do RS-485 é denominada de sistema balanceado. Esta designação deve-se ao facto da variação da oscilação do sinal dos dois canais serem opostos. A gura 4.9 ilustra a simetria ideal da variação do par de cabos.

A camada física deste tipo de comunicações é adotado por diversos protocolos in- dustriais, dos quais se destacam o Modbus e o Probus. A rede pode operar em modo full-duplex (FDX) ou half-duplex (HDX). No caso do half-duplex, a linha de envio e trans- missão de dados é partilhada pelo mesmo par entrançado, pelo que o nodo do tipo slave apenas poderá transmitir dados após nalização da transmissão por parte do master. Dado que o modo half-duplex utiliza o mesmo par entrançado de os, tem a vantagem da utilização de menos cablagem que o modo full-duplex.

Em relação ao modo full-duplex, um nodo do tipo slave pode efetuar a transmissão de dados livremente, desde que nenhum outro nodo do tipo slave esteja a transmitir

Figura 4.9: Oposição dos sinais da comunicação diferencial RS-485[10].

dados. A norma deste protocolo dene um máximo de 256 dispositivos ligados à linha. O protocolo RS-485 dene um alcance de transmissão de dados até 1200 metros com baud rate até 100 kbps. Para um baud rate de 10 Mbps a distância de transmissão, a distância de transmissão situa-se nos 12 metros (gura 4.10).

Figura 4.10: Distância máxima de transmissão (feet) em função do baud rate[40]. O protocolo RS-485 aborda apenas as características eléctricas e modos de operação da rede que constituem a primeira camada do protocolo OSI. A tabela 4.9 apresenta as principais características eléctricas da comunicação RS-485 especicada pela respetiva norma.

Resistências de terminação

O protocolo RS-485 prevê a utilização de resistências de terminação nas extremidades do par entrançado de forma a reduzir distorções de sinal. As resistências de terminação devem ser colocadas em paralelo com o par entrançado e dependem das características de impedância do cabo utilizado. O protocolo RS-485 dene as resistências de terminação com o valor de 120Ω como caso genérico. No entanto, dado que a norma não dita a utilização obrigatória de 120Ω, o seu dimensionamento é o procedimento mais correto com vista a garantir o mínimo de reexões do sinal. A equação 4.3 representa o calculo das resistência de terminação (RT) em função da impedância do cabo (Z0). De notar

Características RS485

Modo de Operação Diferencial

Número máximo de nodos 256

Comprimento máximo da linha 1200 metros Taxa de máxima de transmissão de dados 10 Mbps

Sensibilidade do RX ± 200 mVolt

RX lógico (high) > 200 mVolt RX lógico (low) < 200 mVolt Impedância de entrada máxima (RX) 12 kΩ

Níveis de tensão -7 Volt a +12 Volt

Impedância de carga (TX) 54 Ω

Corrente máxima de curto-circuito 250 mA Tabela 4.9: Características eléctricas do protocolo RS-485.

que as reexões continuam a estar presentes na linha de comunicação RS-485 devido às tolerâncias da impedância e resistência do condutor.

RT − Z0

Z0+ RT (4.3)

Resistências de pull-up e pull-down

O protocolo RS-485 dene uma diferença de potencial de pelo menos 200 mVolt entre os dois condutores do par entrançado. A solução adotada para garantir os 200 mVolt consiste no uso de resistências de pull-up e pull-down, tal como ilustrado na gura 4.11.

Figura 4.11: Resistências de pull-up e pull-down presentes na comunicação RS-485. As resistências Ra e Rb representam as resistências de terminação. Considerando

120Ωcomo sendo o valor dimensionado pela equação 4.3 para evitar o máximo de reexões e uma tensão Vcc igual a 3.3 Volt, temos:

RT =

U

I ⇔ I =

200mV olt

60Ω = 3.3mA (4.4)

Para garantir uma tensão igual ou superior a 200 mV, será necessário que a fonte externa Vccdebite uma corrente igual ou superior a 3.3 mA (equação 4.4). O cálculo das

resistências de pull-up e pull-down R1 e R2 é dado pela equação 4.5.

R1+ R2=

3.3V olt

3.3mA = 1kΩ (4.5)

Foi obtido o valor de 1000 Ω para as resistências de pull-up e pull-down. Para os parâmetros anteriormente, chega-se a um valor de 500 Ω para as resistências R1 e R2. Funcionamento em rede

O protocolo permite a ligação de vários dispositivos em rede. No entanto, existem algumas considerações a reter no uso da comunicação. O protocolo dene a utilização de um repetidor de sinal entre cada 32 dispositivos ligados à rede.

Os amplicadores operacionais dos nodos slave que efetuam a transmissão de dados não podem aplicar tensões diferenciais simultaneamente[41]. Quando um determinado nodo slave efetuar a comunicação com o master, todos os outros deverão ter os seus amplicadores operacionais de saída em estado de alta impedância. A alta-impedância na saída efetuada pelos amplicadores operacionais permite que estes não inuenciem a linha de transmissão.

A topologia permitida pelo protocolo também apresenta algumas limitações. Apesar de ser permitido a implementação de topologias em estrela ou árvore, a mais recomendada e utilizada é a estrutura em barramento (bus).

O controlo de acesso ao meio não é denido pelo protocolo RS-485 e, como foi evidenci- ado anteriormente, terá que coexistir um mecanismo que controlo do meio de transmissão dos dispositivos do tipo slave. Seguidamente será apresentado o protocolo Modbus que irá permitir o controlo de acesso ao meio dos dispositivos e denir uma estrutura de mensagens para a comunicação em rede do sistema integrador a ser implementado.