Тема: изучение схем интерфейсов 232 и 485 для применения в элементах сау.

Цель работы: изучить схемы интерфейсов 232 и 485 для применения в элементах САУ.

Общие положения:

В промышленных каналах связи, требующих передачи данных по каналу RS-232 на большие расстояния или между несколькими объектами, использующими RS-232, часто применяются преобразователи интерфейса RS-232 в RS-485. Несмотря на широкий диапазон амплитуды сигнала, до ±13 В, RS-232 является несимметричным интерфейсом и, будучи таковым, очень чувствителен к наводкам. Поэтому максимальная длина линии связи при его использовании ограничивается примерно 20 м. Кроме того, позволяя осуществлять полнодуплексную передачу данных, то есть передачу и приём данных одновременно по раздельным сигнальным проводникам, RS-232 не поддерживает подключение нескольких узлов к одной и той же шине.

RS-485, напротив, является симметричным интерфейсом, использующим дифференциальные сигналы, что делает его очень устойчивым к синфазным помехам. Поэтому необходимость работы канала передачи данных RS-232 на большое расстояние и обеспечение возможности подключения нескольких узлов к шине требует преобразования сигналов этого интерфейса в сигналы RS-485 с помощью преобразователей интерфейсов (рисунок 1).

Рисунок 1. Преобразование коротких каналов передачи данных «точка-точка» в многоточечную сеть с передачей на большие расстояния

 

На рисунке 2 показана схема маломощного, гальванически развязанного преобразователя. Здесь последовательный порт RS-232, например порт персонального компьютера (ПК), подключается к сверхминиатюрному 9-контактному разъёму типа SUB-D9 слева.

Рисунок 2. Гальванически развязанный преобразователь интерфейса RS-232 в интерфейс RS-485 с автоматическим определением направления передачи

 

Последовательный порт ПК содержит микросхему передатчика/приёмника RS-232, которая преобразует его внутренние логические сигналы с напряжением 5 В в сигналы более высокого уровня, ±8…±13 В, на разъёме. Эти сигналы преобразуются обратно в сигналы стандартных логических уровней с помощью другой микросхемы RS-232, для соединения с трансивером RS-485.

В направлении передачи трансивер RS-485 преобразует логические сигналы от выхода приёмника RS-232 в дифференциальные сигналы шины. В направлении приёма он преобразует дифференциальные сигналы шины в сигналы несимметричного интерфейса низкого напряжения, поступающие на вход передатчика RS-232.

Трансивер RS-485 имеет в своём составе емкостное развязывающее устройство, которое гальванически изолирует сторону шины и сторону управляющей логики, что исключает токи в цепи заземления между узлами шины.

На стороне шины в конструкции преобразователя предусмотрено несколько элементов для обеспечения надёжной передачи данных. При помощи перемычек J1 и J2 можно подключить цепь смещения входов микросхемы на период, когда шина находится в пассивном состоянии, что повышает её помехоустойчивость. С помощью перемычки J3 можно реализовать оконечный резистор номиналом 120 Ом, если этот преобразователь располагается на конце шины.

Устройство подавления помех, вызываемых переходными процессами, защищает трансивер от опасных перенапряжений, замыкая их на землю. Для того чтобы направить токи переходных процессов на землю, требуется конденсатор высокого напряжения, обеспечивающий связь по переменному току между плавающей землёй шины и защитным заземлением (PE). Обычно для подключения к клемме PE или на корпус используется короткий одиночный проводник (диаметром 1 мм). Развязка тракта сигнала требует также и развязки по питанию. В данном случае питание, поступающее с шины (3,3…10В), стабилизируется при помощи LDO-стабилизатора. Затем это напряжение подаётся в цепь питания шины трансивера (V_CC2) и на преобразователь постоянного тока с гальванической развязкой. Этот преобразователь состоит из драйвера, развязывающего трансформатора и второго LDO-стабилизатора, который питает цепи на стороне логики.

В старых вариантах преобразователя иногда использовался сигнал запроса на передачу (RTS) для переключения трансивера RS-485 из режима приёма в режим передачи. Но в современных компьютерных приложениях программа, поддерживающая интерфейс и формирующая сигналы RTS, работает под управлением ОС Windows®, а не в реальном времени. Таким образом, если ОС Windows® принимает решение выделить время процессора другому приложению, например программе экранной заставки или антивирусному программному обеспечению, сигнал RTS может не возвратить трансивер в режим приёма вовремя, и данные, отправленные другим узлом шины, могут потеряться.

Схема преобразователя, показанная на рисунке 2, исключает такую возможность благодаря реализации функции автоматического определения направления передачи. Такое определение осуществляется с помощью ждущего мультивибратора, выход которого переключается в состояние высокого уровня стартовым битом с выхода приёмного устройства RS-232. По умолчанию трансивер RS-485 находится в режиме приёма. Когда выход мультивибратора переходит в состояние высокого уровня, он переключает трансивер в режим передачи.

Постоянная времени ждущего мультивибратора определяется RC-цепью с C=220 нФ и R=10 кОм для случая, когда время пребывания выхода в состоянии высокого уровня составляет 2 мс, то есть при скорости передачи данных 9600 бит/с, и R=100 кОм для случая, когда это время составляет 20 мс — при скорости 1200 бит/с. После того как время пребывания выхода в состоянии высокого уровня истечёт, выход ждущего мультивибратора возвращается в состояние низкого уровня, тем самым переключая трансивер обратно в режим приёма. Хотя функция автоматического определения направления зависит от скорости передачи, она представляет собой надёжный способ предотвращения потерь данных.

 

Порядок работы:

1. Ознакомиться с руководством по выполнению практической работы,

получить задание у преподавателя.

2. Изучить материалы методических указаний и литературы.

3. Подготовить отчет.

Отчет по работе должен содержать:

1. Тему и цель работы.

2. Выполненное задание

Рекомендуемая литература:

Основная литература:

1. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие [Текст] / А.А. Иванов. - 2-e изд., испр. и доп. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 224 с.

2. Пантелеев, В.Н. Основы автоматизации производства: учебник для СПО [Текст] / В.Н. Пантелеев, В.М. Прошин. – 6-е изд., стер. – М.: ИЦ Академия, 2014. – 208с.

Интернет-ресурсы:

Источник http://mehatron.ru/main/6-chto-takoe-mexatronika.html

Источник http://www.snr.com.ru/mechatronics/sol_mech.htm

Источник сайт МФТИ http://faki.fizteh.ru/pub/a_3mhdk9.html

Практическая работа №17