RS/TIA/EIA- 485
Também especificado no IEEE 8482.1993
Comparação com RS-232
Menor custo dos transmissores e
receptores.
Conexão de até 32 dispositivos. (possível
até 256).
Distâncias de até 1200 metros.
Taxas de transmissão até 10 Mbps.
1. O padrão EIA-485A é um dos mais versáteis dos padrões de interfaces seriais da EIA. É uma extensão do EIA-422 e permite a mesma distância e velocidade, mas aumenta o número de transmissores e receptores permitidos na linha.
2. O EIA-485 permite a montagem de uma rede de comunicação sobre dois fios habilitando uma comunicação serial de dados confiável com: - Distâncias de até 1200 metros (4000 pés)
- Velocidades de até 10Mbps
- Até 32 nós na mesma linha de comunicação.
3. Com dispositivos com menor consumo que o especificado e repetidores é possível chegar a 256 nós na rede.
4. Comparando com o RS-232 encontramos um menor custo devido a possibilidade de uso de fontes de alimentação assimétricas, enquanto que o RS-232 exige o uso de fontes simétricas nos transmissores e receptores.
Relação Distância x Data Rate
A principal razão do
RS-485 transmitir a
longas distâncias é o
uso de linhas
balanceadas, devido
a sua maior
imunidade ao ruído.
1. A máxima taxa de transmissão de dados e o máximo comprimento não podem, no entanto, serem alcançados ao mesmo tempo.
2. Para um cabo par trançado 24 AWG a taxa máxima é de 90 kbps em 1200 metros (4000 ft).
3. O máximo comprimento de cabo a 10Mbps é menor que 6 metros (20 ft).
4. Melhores desempenhos demandam cabos especiais e possivelmente o uso de terminadores ativos em substituição aos resistores de 120 ohms.
Sinais Elétricos do Padrão RS-485
Presença de sinais complementares VA e VB.
No Transmissor: |VA - VB|>1,5V No receptor: VA-VB> 0,2V Nível Lógico 0 VA-VB< -0,2V Nível Lógico 1 Margem de Ruído: 1,3V
Tensão de Modo Comum:
-7V a +12V.
1. Os transmissores geram tensões diferenciais entre -1,5 e -6 volts no terminal A em relação ao terminal B para sinalizarem um bit 1 (MARK). 2. Os transmissores geram tensões diferenciais entre +1,5 e +6 volts no
terminal A em relação ao terminal B para sinalizarem um bit 0 (SPACE).
3. A figura mostra que a sinalização dos transmissores geralmente é efetuada usando níveis de tensão 0 e 5V complementares.
4. O receptores medem a diferença de tensão entre os terminais A e B e entendem tensões acima de 0,2 volts como recepção de nível lógico 0. 5. Recepção de tensões abaixo de -0,2 volts são traduzidas como
recepção de nível lógico 1.
6. Portanto tensões diferenciais entre -0,2 e 0,2 não são identificadas como sinal válido.
7. As tensões medidas entre os terminais A e GND ou B e GND (modo comum) devem estar entre -7 e +12 volts.
8. Além do dois estados lógicos, um transmissor RS-485 pode operar em um terceiro estado, chamado de “tri-state” ou alta impedância. Este estado é conhecido com estado desabilitado e pode ser iniciado por um pino de controle no seu circuito integrado.
9. Operação em “tri-state” permite que, em uma rede, apenas um dispositivo esteja ativo em cada momento.
Conexão RS-485 Half-Duplex
Enable
1. A figura mostra uma típica rede RS-485 com apenas dois fios. 2. Cada elemento tem um circuito gerador e receptor de sinais. A
comunicação é half duplex, isto é, apenas um circuito pode estar ativo de cada vez. Este controle é feito pelo terminal ENABLE.
3. O terminal ENABLE coloca os circuitos que não devem estar participando da transmissão em TRI-STATE.
4. Resistores de terminação são necessários nos elementos extremos da rede para minimizar os efeitos de reflexão de dados devido a capacitância e indutância da linha de transmissão.
5. Um terceiro fio (terra) é lançado junto com as linhas de sinal para garantir que as tensões de referência não apresentem variações acima do permitido. Resistores são usados no aterramento para limitar a circulação de correntes devido a diferenças de potencial entre as referências de aterramento dos dispositivos.
Conexão RS-485 Full-Duplex
1. A figura mostra a conexão de quatro dispositivos em uma rede RS-485 com quatro fios.
2. Cada elemento tem um circuito gerador e receptor de sinais. A comunicação é full duplex, isto é, podemos ter uma transmissão e recepção de dados ao mesmo tempo.
3. Na configuração a quatro fios, um dispositivo deve ser designado como mestre e o seu circuito gerador será interligado aos circuitos
receptores dos demais dispositivos, chamados de escravos.
4. O Nó mestre comunica com todos os escravos, mas um nó escravo pode comunicar somente com o nó mestre. Desde que o nó escravo nunca escuta a resposta de outro nó escravo ao mestre, um escravo não pode responder incorretamente a outro nó escravo.
5. O pino GND de um transceptor RS-485 deveria ser conectado a referência lógica (também conhecido como terminal terra ou terminal comum), ou diretamente ou através de um resistor 100 ohms (1/2 watt). O propósito do resistor é limitar a corrente se houver uma diferença de potencial significante entre os pontos de aterramento. 6. Em adição, a referência lógica deve ser conectada a referência do
chassi (terra de proteção) através de um resistor de 100 ohms (1/2 watt). A referência do chassi, por sua vez, é conectado diretamente ao aterramento de segurança ou aterramento do sistema elétrico.
7. Se os aterramentos dos nós são adequadamente interconectados, então um terceiro fio em paralelo com os fios A e B não é necessário. No entanto, geralmente este não é o caso e, deste modo, um terceiro fio deve ser adicionado. Se o terceiro fio é adicionado, um resistor de 100 ohms deve ser adicionado em cada terminação como mostrado na figura.
Cabos no RS-485
Recomendados cabos
par trançado (Belden) ou
triaxial com 1 ou dois
pares de fios 24 AWG
com impedância
característica de 120
Ω
.
1. Os cabos utilizados em ambientes industriais adiciona ao par trançado a blindagem dupla com folha de alumínio e malha de cobre com conector dreno.
2. A proteção por folha fornece uma proteção contra ao ruído acoplado capacitivamente, enquanto que a blindagem protege contra o ruído acoplado magneticamente.
3. Estes cabos podem ser chamados de triaxiais.
4. Durante a instalação, o cabo deve ser desencapado somente o necessário para efetuar a conexão, sem expor o par de fios fora do conector.
Conectores no RS-485
Não há especificações de
conectores, pinagens e
cabos.
Pinos identificados como
A e B ou TX+ e TX-.
Deve-se apenas garantir
que o ponto A esteja
sempre conectado ao
ponto A de todos os
elementos da rede.
1. O padrão RS-485, ao contrário do RS-232, não especifica conectores, cabos e pinagens. Os dispositivos possuem apenas quatro ou dois terminais e algumas vezes um terceiro terminal para um fio terra. 2. A identificação é feita utilizando os terminais A e B ou TX+, TX-, RX+
e RX-.
3. Podem ser usados conectores DB-9 ou bornes com parafusos. O conector DB-9 não é muito utilizado devido a dificuldade de fazer as derivações em um dispositivo localizado em uma posição intermediária da rede.
4. Um erro comum em montagens de rede RS-485 é a troca da ligação entre os terminais A e B de dispositivos distintos.
Topologia de Rede no RS-485
Barramento - Aceitável
Anel - Evite Daisy Chain - Melhor
Estrela - Evite
Misto - Evite
1. As derivações que conectam nós intermediários ao barramento precisam ser tão curtas quanto possível, desde uma longa derivação cria uma anomalia na impedância do cabo, que leva a reflexões indesejadas.
2. A quantidade de reflexões que pode ser tolerada depende da
velocidade. À 50 kbps uma derivação de 30 metros pode ser aceitável, no entanto à 10Mbps a derivação deve ser limitada a 30 cm.
3. Desta forma a topologia em é aceitável somente em pequenos comprimentos e baixas velocidades
4. Portanto as topologias devem procurar minimizar as derivações. Isto é conseguido com a topologia Daisy-Chain.
5. Uma topologia estrela e mista deve ser evitada, pois trata-se de um barramento muito curto com derivações muito longas.
Terminações no RS-485
Sem terminação
Somente em baixas
velocidades e em
pequenas distâncias.
Baixo custo e menor
consumo.
Terminação
Paralela
Possibilita altas taxas,
mas deve existir
apenas um
transmissor na rede.
Terminação
bidirecional
Mais confiável, o
transmissor pode estar
em qualquer posição,
mas tem alto consumo.
Terminação AC
Diminui o consumo ao
bloquear o componente
DC do sinal. Pouco
usado devido a
deterioração do sinal
1. O uso de terminações é necessário para evitar os efeitos de reflexão de sinais, típicos de uma linha de transmissão.
2. O valor do resistor depende do cabo utilizado e é tipicamente de 120 ohms. Valores menores que 110 ohms não devem ser usados, desde que o circuitos integrados não foram projetados para lidar com resistências menores que 54 ohms, valor próximo ao valor de dois resistores de terminação em paralelo.
3. Se as linhas são menores que 100 metros e a velocidade é 9600 bauds ou menos, o resistor torna-se desnecessário, a não ser que o fabricante recomende.
Protocolo de Comunicação
Protocolo de comunicação NÃO é especificado
no padrão.
O usuário deve especificar o seu próprio protocolo.
Exemplos: Modbus, DH-485, DNP 3.
Controle de Acesso ao Meio
Comando RTS para colocar o transmissor e receptor
em TRI-STATE ou
Sensores automáticos que habilitam e desabilitam o
transmissor após a transmissão de um caractere fim
de transmissão.
1. Em nenhum momento o padrão RS-485 especifica como os dados serão enviados, como será controlado o acesso ao meio e como serão detectados os erros de transmissão.
2. Podemos enquadrar o padrão RS-485 como um protocolo da camada física dentro do modelo OSI.
3. Cabe ao usuário desenvolver um protocolo ou utilizar um pré-existente de forma a efetuar as ações de controle de inicio e fim de transmissão, detecção de erros, acesso ao meio e etc.
Conversão RS-232/RS-485/Ethernet
1. Os conversores de interfaces serial são importantes pois permitem o uso de protocolos típicos de ambientes corporativos como RS-232 e Ethernet em dispositivos industriais equipados com interfaces RS-485. 2. Estes conversores podem ser alimentados com fontes externas ou
pequenas unidades podem ser alimentados através dos pinos 9 e 10 das portas RS-232.
3. Contudo em aplicações industriais, fontes externas são recomendadas considerando que os pinos do RS-232 não foram projetados para servir de fonte de alimentação.
Ckt. Conversor RS-232/RS-485
1. São encontrados no mercado circuitos integrados transceptores, como MAX 232 e DS75176, dedicados a implementar interfaces de comunicação nos padrões RS-232 e RS-485 respectivamente. 2. Estes CIs são os principais componentes dos conversores de
interfaces seriais conforme podemos observar na figura.
3. Eles também estão presentes nas interfaces de comunicação de microcontroladores como 8051 e família PIC.
4. A isolação ótica da interface de comunicação é interessante em linhas de comunicação com distancias significativas e previne a queima dos microprocessadores em caso de sobretensões de origem atmosférica. Esta isolação está presente dentro dos circuitos integrados mais recentes.
Inversores de Freqüência em Rede
1. A figura mostra o exemplo de uso de uma rede RS-485 para inversores de freqüência, modelo CFW-09 da WEG.
2. O fabricante mostra detalhes da ligação do cabo, aterramento e terminação.
3. O protocolo das demais camadas do modelo OSI, viabilizando uma troca de dados, é o Modbus.
4. O dispositivo mestre da rede é um PLC ou PC com porta de comunicação RS-485, habilitado a comandar os inversores (ligar, desligar, mudar velocidade e sentido de rotação) e monitorar o seu funcionamento (tensão, corrente, potência, frequencia, etc).
