Локальные вычислительные сети (LAN - Local Area Network) на основе интерфейса RS-485 находят широкое применение в так называемых системах малой автоматизации (SAS - Small Automation Systems). Под этим названием обычно объединяется небольшие автоматизированные системы управления промышленными установками и научно-исследовательской аппаратурой, системы автоматизации измерений и лабораторные комплексы, микроконтроллерные распределенные системы управления, бытовые системы автоматизации, специализированные системы реального времени.
Сети на основе интерфейса RS-485 и могут работать в дуплексном (полном) и полудуплексном режимах. Дуплексный режим требует для передачи данных четыре линии связи (две линии для передачи и две для приёма), а полудуплексный -две (мультиплексированные двунаправленные для приёма и передачи). Кроме того, сеть с дуплексным режимом обмена имеет примерно в два раза большие аппаратные затраты интерфейсных узлов. Два перечисленных недостатка привели к тому, что полнодуплексный режим используется достаточно редко.
Типовая структура сети на основе интерфейса RS-485 представлена на рис.2.
Существует несколько способов управления доступом к каналу сетей на базе интерфейса RS-485, работающих в полудуплексном режиме:
> пассивный способ управления;
> активный способ управления;
> управляемый пассивный способ управления;
> способ управления с автоопределением скорости; >- способ управления с управляемым контроллером; >- способ управления с интеллектуальным формирователем фрейма. В соответствии с этими способами реализуется и станционные диспетчеры. Рассмотрим их структуры, при этом в качестве базовых будем использовать широко распространенные полудуплексные микросхемы интерфейса RS-485 - MAX485 (МАХ487, ADM485).
На рис.4 показана обязательная часть станционного диспетчера с активным управлением доступом. Достоинством этого диспетчера (и способа управления) являются необходимость формирования дополнительных сигналов управления (Control) и занятия дополнительных линий ввода/вывода микроконтроллера, а также более сложное программное обеспечение станции (например, по сравнению с диспетчером с пассивным управлением).
На рис.5. схематично показана дополнительная необязательная часть, которая может использоваться с диспетчерами любых типов. Она содержит резистор R, одним выводом подключенный источнику питания, а вторым через ключ
S - к общему проводу. Точка между резистором R и ключом S соединяется с дополнительной линией R сброса сети, при этом обязательной должна присутствовать вторая дополнительная линия ОНедостатки диспетчера с активным управлением доступом к каналу привели к тому, что большинство фирм-производителей сетевого оборудования начали активно использовать пассивный способ управления и соответствующую структуру диспетчера, схема приведена на рис.6.
Достоинства такого диспетчера: отсутствие дополнительных линий и упрощение (по отношению к активному способу управления) программного обеспечения. Недостатком описанного диспетчера является то, что используемый формирователь имеет определенную длительность выходного импульса и перезапускает этот импульс при любом спаде импульса на входе. Это означает, что которого, выход передатчика будет открытым, зависит от
время, в течение содержимого последовательного байта передачи.
Для устранения этого недостатка в сетях с несколькими возможными скоростями передачи иногда используются диспетчеры с управляемым пассивным режимом (см. рис.7.).
Этот диспетчер отличается от предыдущего тем, что на формирователь подаются дополнительные управляющие сигналы, устанавливающие необходимую длительность импульса в зависимости от установленной скорости передачи. Достоинства этого диспетчера понятны из описания недостатков предыдущего, но недостатки у него тоже есть. Во-первых, необходимо иметь как минимум одну, а чаще несколько линий управления. Во-вторых, усложняется программное обеспечение.
На рис.8, показан интеллектуальный диспетчер с автоопределением скорости. Структура этого диспетчера очень похожа на структуру диспетчера с пассивным управлением доступом. Разница состоит лишь в том, что вместо формирователя F используется дополнительный микроконтроллер (MCU), играющий роль формирователя.
Существуют также интеллектуальные диспетчеры с управлением рис.9., в котором используется дополнительный микроконтроллер, но скорость задается по дополнительным линиям управления. Его структура похожа на структуру диспетчера с управляемым пассивным режимом. Достоинства такого структурного решения заключается в простоте управления, реализации и малых потерях времени на паузы.
Анализ использования интеллектуальных диспетчеров позволил сформировать структуру интеллектуального диспетчера с формированием фрейма. Структура интеллектуального диспетчера с формированием фрейма показана на
рис.10.
Быстродействующие диспетчеры
Выбор элементной базы
Важнейшей характеристикой современных диспетчеров персонального компьютера DPC-(Dispatcher PC) является их быстродействие. Хотя большинство промышленных приборов и контроллеров с вышеупомянутыми интерфейсами работают на достаточно низких скоростях передачи данных (обычно в диапазоне от 9600 до 38400 бод), обеспечение высокого быстродействия собственно DPC резко сокращается вероятность возникновения ошибок рассогласования. Это особенно важно при организации распределенных систем управления на базе командно-информационных сетей.
Оптическая изоляция обычно выполняется на микросхемах транзисторных оптронов. Однако большинство отечественных и зарубежных оптронов широкого применения характеризуется достаточно низким быстродействием. Наиболее важные параметры оптронов приведены в табл.2.
Таблица 2
| Тип | Ток светодиода, мА | Цзк макс, В | Цнас макс, В | ^/^макс, мкс | Напряжение изоляции, кВ |
| 3ОТ122 | <15 | 1,5 | 100 | 0,1 | |
| 3ОТ127 | <15 | 1,5 | 100 | 0,5 | |
| 3ОТ13 | <10 | 1,5 | 1 | ||
| 3ОТ131А | <30 | 1,5 | >20* | 1 | |
| 3ОТ135 | <20 | 1,5 | >20* | 1 | |
| 3ОТ138 | <25 | 0,3 | 1 | ||
| 3ОТ142 | <30 | 1,5 | 10 | ||
| 3 ОТ 144 А | <25 | 0,3 | 3 | ||
| 3ОТ146 | <30 | 0,4 | |||
| 3ОТ150А | <20 | 1,5 | 3 | ||
| 4N25 | <12 | 30 | 0,5 | 1,2/1,3 | 5,3 |
| 4N26 | <12 | 30 | 0,5 | 1,2/1,3 | 5,3 |
| 4N27 | <12 | 30 | 0,5 | 1,2/1,3 | 5,3 |
| 4N28 | <12 | 30 | 0,5 | 1,2/1,3 | 5,3 |
| 4N35 | <12 | 30 | 0,3 | 10/10 | 5,3 |
| 4N36 | <12 | 30 | 0,3 | 10/10 | 5,3 |
| 4N37 | <12 | 30 | 0,3 | 10/10 | 5,3 |
| 4N38 | <12 | 80 | 1 | - | 5,3 |
| 6N135 | 16 | 15 | 0,4 | 1,5/1,5 | 2,5 |
| 6N136 | 16 | 15 | 0,4 | 0,8/0,8 | 2,5 |
| 6N137 | 5 | 7 | 0,6 | 0,075/0,075 | 2,5 |
| 6N138 | 1,6 | 7 | 0,4 | 10/35 | 2,5 |
| 6N139 | 0,5 | 18 | 0,4 | 1/7 | 2,5 |
Анализ приведенной таблицы показывает, что практически все отечественные и большинство зарубежных оптронов имеют время включения/выключения (ON/OFF) больше 1 мкс, что с трудом позволяет обеспечивать устойчивую работу на скоростях 19200 и 28800 бод.
Принципиальная схема
Принципиальная схема преобразования сигнала МК в стандартный сигнал интерфейса RS232 и RS485 приведена на рис.11.
На рис. 12 показано расположение выводов оптронов 6N136 и 4N35. Оптрон 6N136 обеспечивают устойчивую передачу на скоростях до 115200 бод включительно, в то время как оптроны 4N35 с трудом работают на скорости 38400 бод, а устойчиво ведут себя только на скорости 28800 бод.
Для микросхемы интерфейса RS-485 ограничимся сведениями только о двух типах микросхем, содержащих один приемопередатчик, работающих в полудуплексном режиме, выпускающихся в корпусе DIP8. Эти микросхемы работают от одного напряжения питания +5В (табл.3).
Таблица 3
| Тип | Скорость , kbps | Напряже ние питания, В | Ток потр., мА | Количество конденсатор ов | Номинальна я емкость, мкФ | ±1 5кв ES D | Корпус |
| MAX202, HIN202, AMD202, LT1181, SP232A | 20 | 5 | 8 | 4 | 0,1 | DIP16 | |
| MAX202E, HIN202E, SP202E, AMD202E | 120 | 5 | 8 | 4 | 0,1 | V | DIP16 |
| MAX203, HIN203, AMD203, SP233A | 116 | 5 | 8 | DIP20 | |||
| MAX203E, HIN203E | 120 | 5 | 8 | DIP20 | |||
| MAX220 | 20 | 5 | 0,5 | 4 | 4,7/10 | DIP16 | |
| MAX222, AMD222, LT1180 | 116 | 5 | 4 | 4 | 0,1 | DIP18 | |
| MAX232, HIN232, LT1081, AMD232A | 116 | 5 | 5 | 4 | 1 | DIP16 | |
| MAX232A, HIN232A | 120 | 5 | 5 | 4 | 1 | DIP16 | |
| MAX232E, HIN232E, SP232E, LT1281, LT1381, DS14C232 | 116 | 5 | 5 | 4 | DIP16 | ||
| MAX233, HIN233, AMD233L | 116 | 5 | 4 | DIP20 | |||
| MAX233A, HIN233A | 116 | 5 | 4 | 0,1 | DIP20 | ||
| MAX242, ICL3222, AMD242 | 116 | 5 | 4 | 4 | 0,1 | DIP18 | |
| MAX243 | 116 | 5 | 0,1 | 4 | DIP16 | ||
| MAX250 Isolated | 116 | 5 | 0,1 | DIP14 | |||
| MAX251 Isolated | 116 | 5 | 0,3 | 0,1 | DIP14 | ||
| MAX3222 | 120 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | DIP18 | |
| MAX3222E | 250 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | •/ | DIP18 |
| MAX3223 | 120 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | DIP20 | ||
| MAX3223E | 250 | 3-5,5 | 0,3 | •/ | DIP20 | ||
| MAX3224 | 250 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | DIP20 | |
| MAX3224E | 250 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | •/ | DIP20 |
| MAX3225 | 1000 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | DIP20 | |
| MAX3225E | 1000 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | •/ | DIP20 |
| MAX3232, AMD3202 | 120 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | DIP16 | |
| MAX3232E | 250 | 3-5,5 | 0,3 | 4 | 0,1 | •/ | DIP18 |
| MAX3235E | 250 | 5 | 0,3 | DIP20 |
0 коммент.:
Отправить комментарий