Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacjÄ…
P R O J E K T Y
Konwerter
RS232<->RS485
z optoizolacjÄ…
kit AVT-814
Interfejs RS485 cieszy siÍ
ostatnio dułym
zainteresowaniem CzytelnikÛw
EP. SzczegÛlnie czÍsto ten
temat jest poruszany na
internetowej liście dyskusyjnej.
W tym artykule sprÛbujemy
rozwiaĘ gÅ‚Ûwne wÄ…tpliwoÅ›ci
zwiÄ…zane ze standardem
RS485. Jednocześnie
umołliwimy ułytkownikom
standardowych komputerÛw
Czym jest i wiÍkszoÅ›ci in-
i sterownikÛw zastosowanie
w istocie RS485? nych urzÄ…dzeÒ
tego interfejsu.
Zaczniemy od krÛtkiego wymagajÄ…cych ìok-
wstÍpu, ktÛry - mamy nadziejÍ na na Å›wiatî. Tak teÅ‚
- rozwieje podstawowe wÄ…tpliwoÅ›- siÍ dzieje w systemach
ci zwiÄ…zane z RS485. automatyki oraz zaawanso-
Normy dotyczÄ…ce interfejsu wanych systemach sterowania,
RS485 opisujÄ… w zasadzie tylko w ktÛrych wykorzystywany jest
parametrÛw elektrycznego styku, elektryczny sprzÍg zgodny
wykorzystywanego do szeregowe- z RS485, a jego warstwa logiczna
go przesyłania danych. Nie obej- jest dokładnie taka sama, jak
mujÄ… natomiast opisu metod lo- w îzwykÅ‚ychî systemach z trans-
gicznej warstwy przesyłania da- misją szeregową.
nych, tzn. tworzenia transmitowa- Uwałny Czytelnik mołe zadaĘ
nych ramek, weryfikacji popra- teraz pytanie: po co tworzono
wnoÅ›ci transferu oraz sposobÛw kolejnÄ… wersjÍ RS232? Z punktu
arbitraÅ‚u. Procedury arbitraÅ‚u sÄ… widzenia zapisÛw standaryzacyj-
niezbÍdnym elementem standar- nych, prezentowana powyÅ‚ej
dowych sterownikÛw wspÛÅ‚pracu- wersja RS485 jest rzeczywiÅ›cie
jÄ…cych z interfejsem RS485, ponie- tylko ìutrudnionÄ…î wersjÄ… RS232,
wał mołliwe jest dołączanie do ale jest to tylko jeden z warian-
jednej magistrali danych wielu tÛw wykorzystania moÅ‚liwoÅ›ci
Podstawowe cechy i możliwoÅ›ci nadajnikÛw i odbiornikÛw jedno- RS485. I to najmniej doskona-
konwertera:
cześnie. łym.
zwiększa zasięg i szybkość transmisji standar- Poniewał norma nie zawiera Dlaczego? Po pierwsze: RS485
dowego złącza RS232;
zapisÛw precyzujÄ…cych format umoÅ‚liwia przesyÅ‚anie sygnaÅ‚Ûw
współpracuje z każdym interfejsem szerego-
przesyłania danych i sterowanie z maksymalną szybkością 10Mb/s,
wym zgodnym z RS232C;
ich przepływem, nic nie stoi na zamiast (wysilonych!) 115kb/s. Co
zapewnia transfer dupleksowy (4-liniowy) bez
przeszkodzie, aby rolÍ sterownika wiÍcej, interfejsy RS232 w peÅ‚ni
możliwości współpracy wielu nadajników;
pełna izolacja interfejsu host od linii przesyło- transmisji przypisaĘ standardo- zgodne z normami nie powinny
wej;
wym układom UART, powszech- pracowaĘ szybciej nił 20kb/s.
szybkość przesyłania danych: 250kb/s;
nie stosowanym w komputerach, Maksymalne przepÅ‚ywnoÅ›ci rÛÅ‚niÄ…
zasięg transmisji: 1200 metrów.
systemach mikroprocesorowych siÍ wiÍc 50-krotnie!
Elektronika Praktyczna 5/99
57
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacjÄ…
W dupleksowych systemach
punkt-punkt naleły włączaĘ poje-
dyncze rezystory dopasowujÄ…ce na
koÒcu linii, czyli przy wejÅ›ciach
odbiornikÛw (rys. 3). PrzykÅ‚adowe
przebiegi począwszy od wejścia
interfejsu nadawczego, poprzez
napiÍcie w linii przesyÅ‚owej, aÅ‚
po wyjście odbiornika przedsta-
wiono na rys. 4.
Opis urzÄ…dzenia
Rys. 1. 4-przewodowa magistrala full-duplex.
W świetle dotychczasowych
wywodÛw moÅ‚na postawiĘ tezÍ,
Å‚e zbudowanie dwukierunkowego
interfejsu pomiÍdzy RS232
i RS485 sprowadza siÍ do wyko-
nania konwersji poziomÛw napiÍ-
cia. I jest to prawda. Ale - jak to
w Å‚yciu bywa - pojawiÅ‚ siÍ do-
datkowy problem, ktÛry trzeba
było rozwiązaĘ. Tym problemem
jest ryzyko wystÄ…pienia rÛÅ‚nic
pomiÍdzy potencjaÅ‚ami ìzeraî Å‚Ä…-
czonych urzÄ…dzeÒ. RÛÅ‚nice takie
wystÍpujÄ… w wiÍkszoÅ›ci kompute-
rÛw zasilanych z rÛÅ‚nych faz,
Rys. 2. Dwuprzewodowa magistrala semi-duplex.
a przecieÅ‚ dziÍki RS485 bÍdziemy
mogli łączyĘ ze sobą komputery
Po drugie: zasiÍg transmisji Znacznie czÍÅ›ciej stosowane sÄ… dośĘ odlegÅ‚e, ktÛrych potencjaÅ‚y
poprzez RS485 wynosi 1200 met- tryby pracy typu ìpytanie-odpo- ìzeraî sÄ… zwykle rÛÅ‚ne.
rÛw, zamiast 15, ktÛre dopuszcza wiedüî, co odpowiada transferowi Wobec tego konieczne byÅ‚o
norma RS232. Tak znaczne zwiÍk- pÛÅ‚dupleksowemu. zastosowanie separacji galwanicz-
szenie zasiÍgu uzyskano m.in. Schemat poÅ‚Ä…czeÒ pÛÅ‚duplek- nej pomiÍdzy RS232 i RS485.
dziÍki wprowadzeniu rÛÅ‚nicowe- sowej magistrali z interfejsami SzczegÛÅ‚y przedstawiono na sche-
go przesyłania sygnału analogo- RS485 przedstawiono na rys. 2. macie elektrycznym z rys. 5.
wego, co radykalnie zwiÍksza od- WejÅ›cia i wyjÅ›cia rÛÅ‚nicowe inter- ZÅ‚Ä…cze Zl1 jest doÅ‚Ä…czane bez-
pornośĘ na zakÅ‚Ûcenia. Taki spo- fejsÛw napiÍciowych sÄ… poÅ‚Ä…czone poÅ›rednio do standardowego inter-
sÛb przesyÅ‚ania danych skompli- ze sobÄ… rÛwnolegle, a o ich doÅ‚Ä…- fejsu RS232 komputera. UkÅ‚ad US1
kowaÅ‚ nieco okablowanie pomiÍ- czeniu do dwuprzewodowej ma- konwertuje napiÍcia Ä…5..12V (stan-
dzy urzÄ…dzeniami przesyÅ‚ajÄ…cymi gistrali danych decydujÄ… sygnaÅ‚y dard RS232) na napiÍcia z prze-
informacje, ale w praktyce nie ma sterujące driverami (DE). działu 0..+5V (i odwrotnie!). Ta
to wiÍkszego znaczenia. WaÅ‚nÄ… rolÍ speÅ‚niajÄ… widoczne czÍśĘ konwertera zasilana jest ze
Po trzecie (o tym juł wspo- na rys. 2 i 3 rezystory obciąłające stabilizatora US4 i ma galwaniczne
mniano): RS485 pozwala dołączaĘ magistrale. Zapobiegają one po- połączenie z masą komputera.
do jednej linii danych jednoczeÅ›- wstawaniu odbiĘ, ktÛre mogÄ… SygnaÅ‚ prostokÄ…tny nadawany
nie wiele (do 32) nadajnikÛw wpÅ‚ywaĘ na przesyÅ‚any sygnaÅ‚, z komputera, pojawiajÄ…cy siÍ na
i odbiornikÛw, miÍdzy ktÛrymi in- czyli speÅ‚niajÄ… rolÍ rezystorÛw wyjÅ›ciu R1O US1, zasila diodÍ
formacje mogÄ… byĘ przesyÅ‚ane dopasowania rÛwnolegÅ‚ego do li- nadawczÄ… transoptora ISO2. WtÛr-
w dowolnym kierunku. Na rys. 1 nii. Ich wartośĘ powinna byĘ ny obwÛd tego transoptora oraz
przedstawiono przykÅ‚ad rozbudo- r Û w n a
wanego systemu przesyłania da- impedancji
nych, w ktÛrym pracujÄ… cztery falowej linii.
transceivery RS485. Jak widaĘ na W systemach
rysunku, do przesłania informacji magistralo-
tak skonfigurowanÄ… magistralÄ… nie- wych z wielo-
zbÍdne sÄ… dwie pary przewodÛw, ma transceive-
a wiÍc - jest to waÅ‚na cecha! - rami zalecane
transfer danych mołe byĘ w pełni jest włączenie
dupleksowy. W wiÍkszoÅ›ci aplika- terminatorÛw
cji dupleksowośĘ jest cechą mało w najbardziej
istotną, poniewał zazwyczaj trans- odległych
fer danych rzadko odbywa siÍ kraÒcach ma-
jednoczeÅ›nie w dwÛch kierunkach. g i s t r a l i .Rys. 3. Zalecany sposób dopasowania linii transmisyjnych.
Elektronika Praktyczna 5/99
58
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacjÄ…
łośĘ mołna zamknąĘ
w obudowie KM-
35N.
UrzÄ…dzenie opisa-
ne w artykule rÛÅ‚ni
siÍ nieco od egzem-
plarza modelowego,
poniewał wprowa-
dzono kilka drob-
nych zmian popra-
wiajÄ…cych komfort
pracy. JednÄ… z nich
sÄ… miejsca na rezys-
Rys. 4. Przykładowe przebiegi
tory terminujÄ…ce li-
podczas transmisji sygnału.
niÍ przesyÅ‚owÄ…
(oznaczone na płyt-
dioda nadawcza ISO1 sÄ… zasilane ce drukowanej
napiÍciem 5V, ktÛre jest galwa- RT_RX i RT_TX).
nicznie odseparowane od wyjÅ›cia SposÛb ich montaÅ‚u
stabilizatora US4 przez przetwor- zaleÅ‚y od wymagaÒ
nicÍ DC/DC US2. Zasila ona takÅ‚e aplikacji, zalecane
ukÅ‚ad interfejsowy US3, ktÛry za- jest jednak stosowa-
mienia sygnaÅ‚y o poziomach TTL nie rezystorÛw do-
na sygnaÅ‚y rÛÅ‚nicowe zgodne z za- pasowujÄ…cych na
leceniami RS485. Tak wiÍc dziÍki wejÅ›ciach odbiorni-
zastosowaniu transoptorÛw i prze- kÛw, czyli oznaczo-
twornicy DC/DC, ìzeroî czÍÅ›ci nych RT_RX.
RS485 jest odseparowane od ìze- Stabilizator US4
raî RS232, a wiÍc takÅ‚e od ìzeraî naleÅ‚y poÅ‚oÅ‚yĘ na
komputera sterującego. powierzchni płytki
Jak wcześniej wspomniano, drukowanej i mocno
standard RS485 dopuszcza prze- dokrÍciĘ. Zalecane
syłanie danych z szybkością do jest pokrycie po-
10Mb/s. Konstrukcja interfejsu wierzchni radiatora
uwzglÍdnia zalecenia standardu, US4 pastÄ… silikono-
ale ze wzglÍdÛw oszczÍdnoÅ›cio- wÄ…, ktÛra uÅ‚atwi od-
wych w kicie dostarczane bÍdÄ… prowadzenie ciepÅ‚a
elementy zoptymalizowane pod przez pocynowanÄ…
kÄ…tem jego wspÛÅ‚pracy z szybkimi powierzchniÍ pÅ‚ytki
wersjami RS232. Uwaga ta doty- drukowanej.
czy przede wszystkim układu US3 Uruchomienie
(MAX/SP490), ktÛrego parametry konwertera najlepiej
ograniczają maksymalną szybkośĘ rozpocząĘ od
przesyłania danych do 250kb/s. sprawdzenia popra-
Ograniczenie maksymalnej szyb- wności pracy stabi-
koÅ›ci wiÄ…Å‚e siÍ ze zmniejszeniem lizatora US4 i prze-
szybkości narastania i opadania twornicy US2. Na-
zboczy przesyÅ‚anego sygnaÅ‚u, co piÍcia na ich wy-
minimalizuje ryzyko powstawania jściach powinny
odbiĘ w linii przesyłowej oraz wynosiĘ ok. 5V.
ogranicza poziom zakÅ‚ÛceÒ elek- Podczas pomiarÛw
tromagnetycznych. trzeba pamiÍtaĘ
Stany linii nadawczej i odbior- o tym, Å‚e potencja-
czej sÄ… monitorowane przez diody Å‚y odniesienia (mas)
LED: D1 i D2, sterowane przez dla pomiarÛw tych
proste wzmacniacze z tranzystora- napiÍĘ sÄ… rÛÅ‚ne!
mi T1 i T2. Dioda D3 jest syg- Jełeli pomiary
nalizatorem obecnoÅ›ci napiÍcia za- napiÍĘ wypadÅ‚y po-
silającego. myślnie, mołna
podłączyĘ konwer-
Montał i uruchomienie tery (do przesłania
Schemat montałowy konwerte- danych potrzebna
ra przedstawiono na rys. 6. Mon- jest para urzÄ…dzeÒ)
Rys. 5. Schemat elektryczny konwertera
taÅ‚ urzÄ…dzenia jest prosty, a ca- do komputerÛw,
RS232<->RS485.
Elektronika Praktyczna 5/99
59
Konwerter RS232<->RS485 z optoizolacjÄ…
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R6: 470&!
R2, R5: 3,3k&!
R3, R4, R9, R11: 2,7k&!
R7, R8: 330&!
R10: 1,2k&!
RT_TX, RT-RX: 62&!/0,25W
Kondensatory
C1, C2, C3, C4, C10: 10µF/25V
C5, C6: 47µF/16V
C7, C8, C9, C11: 100nF
C12, C13, C14: 470µF/25V
Półprzewodniki
D1, D2, D3: LED (w trzech
kolorach)
ISO1, ISO2: 6N137
M1: mostek prostowniczy min.
500mA/50V
T1, T2: BC557 lub podobne
US1: ICL232 lub podobny
US2: NME0505S
US3: MAX490 lub podobny (SP490,
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
ICL490)
US4: 7805 lub 78M05
nastÍpnie poÅ‚Ä…czyĘ je ze sobÄ… nalizowane jest zapalaniem siÍ Różne
i po uruchomieniu dowolnych diod LED. Zl1: żeńskie gniazdo DB9, kątowe
programÛw terminalowych PoÅ‚Ä…czenia pomiÍdzy konwer- do druku
Zl2: męskie gniazdo DB9, kątowe
(choĘby TERM95.EXE ze starego terami powinny byĘ wykonane
do druku
Norton Commandera) sprawdziĘ w taki sposÛb, Å‚e razem Å‚Ä…czone
Zl3: gniazdo zasilania
poprawnośĘ transmisji. Pojawie- są linie A i Y oraz B i Z.
Obudowa KM-35N
nie siÍ danych na liniach syg- Piotr ZbysiÅ„ski, AVT
Elektronika Praktyczna 5/99
60