RS-485

RS-485 STANDARDI
RS-232 kısa mesafeli iletişim için tasarlanmış bir seri iletişim standardıdır. RX
ve TX üzerinden iletilen bilgiler referans seviyesi olan GND’ye göre
belirlenmektedir. RS-232 ile kısa mesafeli ve 115.2 Kbit/sn gibi hızlara
ulaşılabilmektedir. Bu standart gürültülü ortamlar için uygun değildir. RS232 sürücüleri bir çok alıcıyı aynı anda sürebilecek şekilde tasarlanmamıştır.
RS-485 daha uzun mesafelerde, gürültülü ortamlarda, daha yüksek hız
gerektiren yerlerde, daha çok alıcı vericinin gerektiği yerlerde kullanılmak
üzere geliştirilmiş bir seri iletim ortamıdır.
RS-232 standardında yazılım katmanında kullanılan protokolün ne olacağı,
iletim katmanında konnektörlerin ne olacağı gibi özellikler kesindir. RS-485
standardı ise sadece iletim katmanı için standart belirlemiştir. Yazılım
katmanında kullanılacak protokol ve kullanılacak konektör tiplerini
kullanıcının isteğine bırakmıştır.
RS-485’in temeli dengelenmiş hat üzerinden verilerin iletilmesi (Balanced
Data Transmission) mantığına dayanır. RS232 dengelenmemiş (unbalanced)
iletim ortamı olarak adlandırılır. RS-485 üzerinden veriler A ve B adları
verilen iki kablo üzerinden iletilir. Bu iki uç dengelenmiş hatlardır.
Dengelenmiş hatlarda vericilerde diferansiyel (fark kuvvetlendiriciler)
sürücüler, alıcılarda ise diferansiyel alıcılar (fark alıcılar) bulunur. Böyle bir
hat aşağıda gözükmektedir.
BALANCED DATA TRANSMİSSİON
Dengelenmiş hattın mantığı şöyledir, eğer veri iletilirken iletim ortamında bu iki hatta
da aynı yolla gürültü bulaşırsa, alıcının girişindeki fark kuvvetlendiricileri bu iki hattın
farkını alacaklarından girişteki toplam gürültü miktarı sıfır olacaktır. Dolayısı ile hat
boyunca veriye binen gürültünün alıcı girişindeki etkisi minimuma inecektir.
RS-485’de burulmuş kablo kullanılması ve doğru sonlandırma yapılması ile çok uzun
mesafelerde (1200 m) çok yüksek hızlar (10 Mbitsn) sağlanmaktadır. Burulmuş kablo iki
burgu arasında faz farkı yaratarak gürültünün azalmasına yardımcı olurken,
sonlandırma işlemi iletim ortamındaki yansımayı minimuma indirecektir. RS485
standardı alıcı ile vericinin GND’leri arasında 7 Volta kadar farka müsade eder. Buda
çipin 5V besleme voltajına göre -7 V ile +12V (5+7) GND kaymasına müsade etmesi
demektir. Böylelikle alıcı ve vericinin farklı güç kaynakları dolayısı ile oluşacak GND
fakından dolayı oluşan sorunları minimuma indirger.
RS-485 sürücüler 60 mA sağlayacak şekilde tasarlanır. Bu 60 mA, 32 adet alıcının
devreye bağlanması, sonlandırma direncinin sisteme dahil edilmesi ve en kötü şartlar
göz önüne alınarak belirlenmiştir. RS-485 sürücüleri ısı ile kapanma özelliğine sahip
olup A ve B uçlarından fazla akım çekilmesine izin vermeyerek merkezi işlem birimini
korurlar. RS-485 alıcılarının giriş direnci 12Kohm olarak standartlaştırılmıştır.
RS485 üzerinden veri A ve B adı verilen (bazı kaynaklarda + ve – olarak belirtilir) iki
kablo üzerinden iletilir. RS485 birbirine göre tam zıt iki sinyal kullanır. Yani A sıfır iken
B birdir, iletilen veri’nin durumu bu iki sinyalin aritmetik farkından tespit edilir.
Eğer Va-Vb’nin aritmetik farkı 200mVdan büyük ve eşit ise çıkış 1, eğer Va-Vb’nin aritmetik
farkı -200mVdan küçük ve eşit ise çıkış 0’dır. Aşağıda herhangi bir UART çıkışında
b’01010101′ bilgisinin hem RS232 den hem de RS485’de nasıl ifade edildiği verilmiştir.
RS485 standardı 32 adet Alıcı-Verici çiftinin aynı anda sisteme bağlanmasına izin verir.
Ancak istisnai durumlar olarak çok düşük hızlarda sisteme 64 hatta 128 uç bağlanabilir.
Ancak sistemin kararlı çalışması garanti edilemez. RS-485 topolojisi 2 uçlu ya da 4 uçlu
şekilde olabilir. İki uçlu yapıda veriler master (efendi) ile slave (köleler-uç noktalar)
arasında half dublex (aynı anda tek yönlü) olarak yapılır. Yani data akışı tek yönlü olup,
veri ya efendiye doğrudur ya da uç noktalara doğrudur. Uç noktalar efendi ile
konuşabilecekleri gibi birbirleri ile de konuşabilirler. Ancak hatta bir kargaşa oluşmaması
için hattın veri trafiğinin biri tarafından kontrol edilmesi gerekir. Bu işi efendi yapar.
Dört uçlu yapıda veriler full dublex (aynı anda iki yönlü) olarak efendiden uç noktalara ve uç
noktalardan efendiye doğru iletilebilir. Bu yapıda uç noktaların efendiye ilettikleri bilgi diğer
uç noktalar tarafından dinlenemez. Uç noktalar birbirleri ile konuşamaz. Bu yapıda da aynı
anda iki ya da daha fazla uç noktanın veri göndermek istemesi ile oluşacak kargaşayı
önlemek için hattaki veri trafiği efendi tarafından kontrol edilir.
RS485 iletim ortamı alıcı ve verici arasında -7V ile +12V arasında GND kaymalarına izin
verir. Ancak bu GND kaymaları bunun üzerinde olursa data iletiminde problem çıkar. Bu
tür durumları önlemek için ilave bir GND hattı kullanmak faydalı olacaktır. Aşağıda iki uçlu
bağlantı için toprak bağlantısının kullanımı verilmiştir. Kullanılan 100 Ohm’luk dirençler
kısa devre koruma dirençleridir.
RS-485 hattı yakınında motor gibi çok gürültü üreten cihazların güç
kabloları geçiyorsa buradaki oluşacak kısa süreli geçiş voltajları
RS485 hattı üzerine yüksek voltaj binişleri yapacaktır. Pratik olarak
güç hatlarından data hatlarına girişim güç hattındaki voltajın %10’u
kadardır. Yani data hattının yanındaki bir güç hattında oluşacak olan
1000 Voltluk bir pik darbe data hattına 100 Voltluk bir voltaj
bindirecektir. Bu da alıcı devrelerinin bozulmasına neden olur. Bu
tür ortamlarda çalışacak RS-485 cihazları için galvanik yalıtım
devreleri kullanılması uygun olacaktır. Galvanik yalıtım devresi optik
ya da trafolu olabilir. Optik yalıtımlı devrede kullanacak
optokuplerlerin hızları hattın hızını belirleyecektir.
RS-485 bağlantı yapısında efendi ile uç noktalar bir sıra üzerinde
dizilmesi en uygun bağlantı şeklidir. Ayrıca uç noktaların ana
hatta en kısa bağlantı ile bağlanması çok önemlidir. Aşağıda bazı
bağlantı şekilleri verilmiştir.
RS-485 de data hattındaki veri hızı birçok parametreye bağlı olsa da çok iyi ayarlanmış uzun
olmayan bir hatta saniyede 25 Mbit kadar hızlara ulaşılabilir.
10 metreye kadar olan mesafelerde SN75ALS176 türü bir sürücü ile 25 Mbit / saniyelik
hızlara ulaşılabilir. Hat uzunluğu 10 metrenin üzerine çıkmaya başlayınca hat kayıplarından
(hattın kapasitif etkisinden dolayı hat alçak geçiren filtre özelliği gösterir) dolayı hız düşer.
Hattın başında vericiden çıkan sinyalin yükselme süresi 3ns iken 20 metrelik hattın sonunda
bu süre 10ns’ye ye kadar çıkar. Bu da hattın alçak geçiren filtre özelliğidir. Pratik olarak bir
hatta ulaşılabilecek
hız;
Data Hızı x Hat Uzunluğu<108
olarak formüle edilebilir. Bu formüle göre hat uzunluğu 100 metre olan bir RS485
iletişiminde kullanılacak hız (106 bit/sn) 1 Mbit/saniyedir. Ayrıca çok uzun hatlarda kullanılan
kablonun direncide gözönüne alındığında hat vericiden çıkan sinyalin alıcıya ulaşana kadar
zayıflamasına neden olur. Burulmuş bir 1000 metrelik 2×0.6 mm kablonun direnci 100 ohm
civarındadır.
Gürültü etkisini azaltmak için burulmuş kablonun blendajlı (shield) türü tercih
edilmelidir. Genellikle 24AWG türü ve karakteristik empedansı 100-120 Ohm olan
tercih edilmelidir. RS-485’de Blendajın her iki ucu da topraklanmalıdır. Eğer blendajın
sadece bir tarafı topraklanırsa boşta bırakılan uç yüksek frekanslar için anten görevi
yaparak etraftaki gürültüyü toplar, bu nedenle blendajın iki ucu da topraklanmalıdır.
Blendajın sadece bir tarafının topraklanması audio uygulamaları gibi daha düşük
frekanslı iletişim ortamları için uygundur. Blendaj genelede cihazın metal kutusuna
bağlanarak topraklanırken diğer tarafta basit bir RC devresi üzerinden cihazın metal
akşamına bağlanmalıdır. Diğer taraftaki RC devresi blendaj üzerinden akabilecek
doğru akımın sınırlanmasına yardımcı olur.
RS485 in belli başlı teknik özellikleri
Maksimum sürücü sayısı
: 32
Maksimum alıcı sayısı : 32
Çalışma şekli : Half Duplex
Network Yapısı
: Çok noktalı bağlantı
Maksimum Çalışma Mesafesi :
1200 metre
12 m kablo uzunluğunda maksimum hız : 35 Mbps
1200 m kablo uzunluğunda maksimum hız : 100 kbps
Alıcı giriş direnci
: 12 kohm
Alıcı giriş duyarlılığı :+/-200 mvolt
Alıcı giriş aralığı
: -7…12 volt
Maksimum sürücü çıkış voltajı
: -7…12 volt
Minimum sürücü çıkış voltajı ( yük bağlı durumda ) : +/-1.5 volt
Kaynaklar
http://320volt.com/rs485-balanced-data-transmission-hakkinda-bilgiler/