Konwerter RS485 – UART TTL MAX485. Jak działa i do czego służy?
Konwerter RS485 – UART TTL MAX485. Jak działa i do czego służy?
RS485 to jeden z najpopularniejszych standardów komunikacyjnych wykorzystywanych w automatyce przemysłowej, systemach sterowania oraz urządzeniach pracujących na większych odległościach. Problem pojawia się jednak wtedy, gdy chcemy podłączyć urządzenie wyposażone w RS485 bezpośrednio do Arduino, ESP32 lub innego mikrokontrolera.
Większość mikrokontrolerów korzysta z interfejsu UART i nie posiada bezpośrednio warstwy elektrycznej wymaganej przez RS485. W takim przypadku można wykorzystać niewielki moduł z układem MAX485, który pełni funkcję konwertera pomiędzy UART TTL a magistralą RS485.
Czym jest RS485?
RS485 to standard transmisji szeregowej bardzo często spotykany w automatyce przemysłowej. Jego jedną z najważniejszych cech jest wykorzystanie sygnału różnicowego.
W typowej magistrali RS485 znajdziemy dwie linie oznaczane najczęściej jako A oraz B. Odbiornik analizuje różnicę napięć pomiędzy tymi przewodami, a nie napięcie pojedynczego przewodu względem masy.
Takie rozwiązanie zwiększa odporność transmisji na zakłócenia, szczególnie jeżeli do wykonania magistrali wykorzystana zostanie skrętka.
RS485 pozwala również na:
- komunikację na znacznie większe odległości niż typowy UART,
- podłączenie wielu urządzeń do jednej magistrali,
- pracę w środowisku narażonym na zakłócenia elektryczne.
W odpowiednich warunkach długość magistrali może dochodzić nawet do około 1200 metrów. W praktyce maksymalna odległość zależy jednak między innymi od prędkości transmisji, jakości i rodzaju przewodu oraz warunków instalacji.
Do czego potrzebny jest MAX485?
Arduino i większość innych mikrokontrolerów komunikuje się za pomocą UART, wykorzystując linie TX oraz RX.
Nie można jednak po prostu podłączyć tych przewodów bezpośrednio do linii A i B magistrali RS485.
Potrzebny jest do tego odpowiedni transceiver, na przykład MAX485.
MAX485 zamienia poziomy logiczne interfejsu UART na różnicowy sygnał wykorzystywany przez RS485. Konwersja działa również w drugą stronę – sygnał odbierany z magistrali może zostać przekazany do UART mikrokontrolera.
Dzięki temu Arduino lub inny mikrokontroler może komunikować się między innymi z:
- sterownikami PLC,
- falownikami,
- licznikami energii,
- przemysłowymi czujnikami,
- modułami wejść i wyjść,
- sterownikami automatyki,
- innymi urządzeniami wyposażonymi w RS485.
Budowa modułu MAX485
Sercem modułu jest układ MAX485.
Moduł pracuje z zasilaniem 5 V, a jego interfejs logiczny również wykorzystuje poziomy 5 V. Należy o tym pamiętać szczególnie przy podłączaniu mikrokontrolerów pracujących z logiką 3,3 V.
Na płytce znajduje się również dioda sygnalizująca obecność zasilania.
Po stronie RS485 wyprowadzone zostały linie A oraz B. Dostępne są one między innymi poprzez wygodne złącze śrubowe ARK, dzięki czemu przewodów magistrali nie trzeba lutować bezpośrednio do płytki.
Rezystor terminujący 120 Ω – do czego służy?
Na module znajduje się również rezystor terminujący 120 Ω.
Terminacja jest bardzo istotnym elementem prawidłowo wykonanej magistrali RS485, jednak rezystora terminującego nie należy dodawać do każdego urządzenia znajdującego się na magistrali.
Terminację stosuje się przede wszystkim na obu fizycznych końcach magistrali.
Jej zadaniem jest dopasowanie impedancji linii oraz ograniczenie odbić sygnału, które mogą prowadzić do błędów transmisji. Problem staje się szczególnie widoczny przy długich przewodach oraz większych prędkościach transmisji.
Jeżeli wykorzystywany moduł posiada wbudowany rezystor 120 Ω, przed jego zastosowaniem warto sprawdzić, czy terminator jest podłączony na stałe oraz czy w danym miejscu magistrali rzeczywiście powinien być aktywny.
Do czego służą DE i RE?
Bardzo ważnymi wyprowadzeniami modułu MAX485 są również DE oraz RE.
DE – Driver Enable odpowiada za włączenie nadajnika.
RE – Receiver Enable odpowiada za sterowanie odbiornikiem.
W typowej, dwuprzewodowej komunikacji RS485 magistrala pracuje w trybie half-duplex. Oznacza to, że ta sama para przewodów wykorzystywana jest zarówno do nadawania, jak i odbierania danych, ale obie operacje nie odbywają się jednocześnie.
Mikrokontroler musi więc odpowiednio sterować kierunkiem komunikacji.
W wielu projektach linie DE i RE są ze sobą łączone i sterowane za pomocą jednego pinu mikrokontrolera.
Schemat działania wygląda wtedy następująco:
- Mikrokontroler przełącza MAX485 w tryb nadawania.
- Dane zostają wysłane przez UART.
- Program czeka na faktyczne zakończenie transmisji.
- MAX485 zostaje ponownie przełączony w tryb odbioru.
Jest to szczególnie ważne w instalacjach, w których z jednej magistrali korzysta kilka urządzeń.
Gdzie wykorzystuje się RS485?
RS485 znajduje zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie urządzenia znajdują się w większej odległości od siebie lub pracują w środowisku narażonym na zakłócenia.
Możemy spotkać go między innymi w:
- automatyce przemysłowej,
- sterownikach PLC,
- systemach monitoringu,
- systemach kontroli dostępu,
- automatyce budynkowej,
- sterowaniu oświetleniem,
- systemach alarmowych,
- licznikach energii,
- czujnikach przemysłowych,
- projektach DIY.
Moduł MAX485 może więc być prostym sposobem na wyposażenie projektu opartego na Arduino lub innym mikrokontrolerze w możliwość komunikacji z urządzeniami przemysłowymi.
RS485 a Modbus RTU – czy to jest to samo?
RS485 bardzo często występuje razem z protokołem Modbus RTU, jednak tych dwóch pojęć nie należy ze sobą utożsamiać.
RS485 określa przede wszystkim elektryczny sposób przesyłania danych pomiędzy urządzeniami.
Modbus RTU definiuje natomiast między innymi sposób organizacji danych, adresowania urządzeń oraz wymiany komunikatów.
Można więc powiedzieć, że RS485 odpowiada za sposób fizycznego przesyłania sygnału, a Modbus RTU określa, co przesyłane dane oznaczają i jak urządzenia mają się ze sobą komunikować.
Podsumowanie
Konwerter RS485 – UART TTL MAX485 to prosty sposób na dodanie obsługi magistrali RS485 do Arduino lub innego mikrokontrolera wyposażonego w UART.
Moduł pracuje z zasilaniem 5 V, udostępnia linie sterujące DE i RE, posiada wygodne złącze śrubowe po stronie magistrali oraz rezystor terminujący 120 Ω.
RS485 sprawdzi się szczególnie w projektach, w których komunikacja musi odbywać się na większych odległościach, pomiędzy wieloma urządzeniami lub w otoczeniu narażonym na zakłócenia. Dzięki MAX485 połączenie zwykłego mikrokontrolera z urządzeniami wykorzystującymi ten standard jest stosunkowo proste i nie wymaga rozbudowanego układu.
Moduł dostępny w naszej ofercie 👇🏻
Prezentowaną w artykule elektronikę znajdziesz oczywiście w naszym sklepie 👉 sklep.msalamon.pl 👈Zapraszamy również na nasze social media, gdzie na bieżąco informujemy o nowych produktach oraz o najciekawszych promocjach 😎👇
