RS485 là gì

RS485 là gì? Đây là một trong những câu hỏi thường thấy trong lĩnh vực giao tiếp nối tiếp. Với nhiều ưu điểm cùng đặc tính tuyệt vời đã mang lại nhiều trải nghiệm thú vị cho người sử dụng.

1. RS và giao tiếp nối tiếp

Và để tìm hiểu kỹ càng cũng như đi chuyên sâu về RS485 là gì. Trước hết chúng ta đi vào tìm hiểu RS là gì?

RS là chữ viết tắt của Recommended Standard – Tiêu chuẩn khuyến nghị mặc dù sau đó các tiêu chuẩn này đã được EIA / TIA ở Hoa Kỳ chính thức thông qua.. Tiêu chuẩn RS được phát triển vào năm 1962 khi nhu cầu về các hình thức truyền dữ liệu từ modem gắn đường dây điện thoại đến các thiết bị thông tin liên lạc từ xa trở nên rõ ràng. Các số 232/422/485 phía sau chữ “RS” là một phần của danh sách tuần tự các tiêu chuẩn EIA.

Giao tiếp nối tiếp – Truyền dữ liệu nối tiếp là một cách để gửi dữ liệu. Nó giống như Universal Serial Bus (USB) hoặc ethernet mà chúng ta có thể tìm thấy trong nhiều máy tính hiện đại của mình. Các cơ sở sản xuất sử dụng giao tiếp nối tiếp để liên kết các thiết bị của họ với nhau. Như đã đề cập, một ví dụ về giao tiếp nối tiếp là RS485.

Bây giờ, tại sao các công ty không chỉ sử dụng USB hoặc ethernet để truyền dữ liệu giữa các thiết bị của họ? So với giao tiếp nối tiếp, USB và ethernet phức tạp và đắt tiền hơn đáng kể . Giao tiếp nối tiếp cũng có một hành vi xác định để tránh xung đột của các gói dữ liệu làm cho nó đáng tin cậy hơn cho một hệ thống liên kết với nhiều thiết bị. Cuối cùng, có thể suy nghĩ theo cách mà giao tiếp nối tiếp được thực hiện nhiều hơn cho việc sử dụng này so với USB và ethernet thông thường.    rs485 la gi 6 vimi.com .vn

2. Tìm hiểu về RS485 là gì

Quay lại chủ đề chính, RS485 là gì?

Để mở rộng phạm vi ứng dụng, EIA đã phát triển tiêu chuẩn RS485 dựa trên RS422 vào năm 1983 đặt tên là TIA / EIA-485-A. Tiêu chuẩn này giúp bổ sung khả năng giao tiếp hai điểm, đa điểm, nghĩa là cho phép nhiều máy phát kết nối với cùng một bus và thêm máy phát.

RS485 là một chuẩn truyền thông được xây dựng trên nền tảng chuẩn RS422, hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là tiêu chuẩn giao tiếp RS485 hay cáp RS485 hoặc còn được gọi là TIA-485 (-A) hoặc EIA-485. Đây là phương thức giao tiếp kết nối với máy tính và các thiết bị khác. Chúng không chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻ mà nó chính là tổ hợp truyền thông có khả năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị.

Thiết bị còn cho phép tối đa 32 cặp thu phát có mặt trên đường truyền cùng lúc và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m.. Tương tự, RS485 cũng cần một trở kháng 120 Ohm ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thua. Nếu có nhiều hơn một thiết bị cần truyền dữ liệu, thì đường RTS được sử dụng như một đường điều khiển, cho phép truyền dữ liệu.

Và cũng không phải ngoại lệ, RS485 là các tiêu chuẩn truyền thông giao tiếp nối tiếp được phát triển và phát hành bởi hiệp hội các ngành công nghiệp điện tử (EIA).

Tiêu chuẩn này là sản phẩm của nỗ lực chung của Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông và Liên minh Công nghiệp Điện tử (TIA / EIA). Nó được biết đến vì có thể được sử dụng hiệu quả trong khoảng cách xa và trong môi trường ồn ào về điện. Do điều này và nó có thể truyền dữ liệu ở khoảng cách xa, RS485 được sử dụng phổ biến như một giao thức cho POS, công nghiệp và viễn thông. RS485 cũng phổ biến trong máy tính, PLC, vi điều khiển và cảm biến thông minh trong các ứng dụng khoa học kỹ thuật.

Ngoài ra, RS485 được sử dụng trong công nghiệp hơn khi nhiều thiết bị cần được kết nối với nhau cho một hệ thống. Tuy nhiên, những người yêu thích Arduino và Raspberry Pi cũng sử dụng nó cho một số dự án của họ khi nhiều thiết bị ngoại vi cần được liên kết với bo mạch.

RS485 cũng thường được sử dụng trong các mẫu đồng hồ đo lưu lượng điện tử hiện nay.

RS485 là gì

3. Thông số kỹ thuật 

Tiếp theo là tới thông số kỹ thuật RS485 là gì. Như đã giới thiệu ở trên, chúng ta khái quát lại sơ bộ về thiết bị này.

  • RS485 là bộ kết nối có thể lên tới 32 cặp trình điều khiển / bộ thu
  • Chiều dài đường truyền và tốc độ tối đa cho phép:
    • 40 Feet = 12m 10 Mbits/sec
    • 400 Feet = 122m 1 Mbits/sec
    • 4000 Feet = 1219m 100 kbits/sec

rs485 la gi 1 vimi.com .vn

4. Cấu tạo của RS485 là gì

Đối với việc tìm hiểu RS485 là gì thì tất nhiên chúng ta không thể bỏ qua phần cấu tạo của sản phẩm.

Cáp RS485 được cấu tạo rất đơn giản, chỉ từ các sợi dây được xoắn lại với nhau theo từng cặp. Tuy nhiên, chính cấu tạo này lại sinh ra một nhược điểm nghiêm trọng, khi hiện tượng nhiễu xuất hiện ở 1 cặp dây thì ngay lập tức cặp dây khác cũng sẽ bị. Điều này dẫn đến điện áp hoạt động giữa 2 dây sẽ không có quá nhiều sự chênh lệch, bộ phận thu của RS485 vẫn có thể nhận được tín hiệu vì bộ thu đã loại bỏ hết được hiện tượng nhiễu.

5. Cách thức hoạt động của thiết bị

Cách thức hoạt động của RS485 là gì? Về nguyên lý hoạt động của RS485 thì khá đơn giản. Dữ liệu sẽ được truyền qua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn. Khi dây được xoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năng truyền tín hiệu đường dài tốt hơn.

6. Sơ đồ kết nối dây cơ bản

RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây. Đây cũng là một phần quan trọng giúp ta đi sâu hơn về RS485 là gì.

Sơ đồ chân RS485 2 dây

Đối với cấu hình 2 dây, dữ liệu sẽ được truyền đi theo một hướng tại một thời điểm nhất định. Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX và RX sẽ cùng nhau dùng chung một cặp dây duy nhất giúp người sử dụng tiết kiệm được chi phí cài đặt. Nhìn vào hình, ta thấy được rằng hệ thống phát và hệ thống thu sẽ được kết nối với nhau tại mỗi nút của một cặp xoắn. Tuy nhiên, cấu hình 2 dây lại làm giới hạn các nút tại cặp xoắn nên người sử dụng phải chú ý đến độ trễ quay vòng.

rs485 la gi 3 vimi.com .vn

Sơ đồ chân RS485 4 dây

Nguyên lý hoạt động của cấu hình 4 dây tương đối khác so với 2 dây, tại đây dữ liệu sẽ được truyền đi và đến đồng thời từ các nút. Tại đây, 2 dây sẽ đảm nhận nhiệm vụ truyền và 2 dây còn lại sẽ đảm nhận nhiệm vụ nhận. Nhìn vào hình, ta thấy rằng cổng chính và máy phát được kết nối lại với hệ thống nút nhận dữ liệu trên các cặp xoắn. Tuy nhiên, bạn cần chú ý rằng các kết này sẽ bị giới hạn trong giao tiếp chính và phụ, hay hiểu đơn giản chính là bị giới hạn tại nơi các nút không thể nhận tín hiệu từ nhau.

rs485 la gi 4 vimi.com .vn

7. Tính đặc trưng cơ bản của RS485

Mỗi một loại thiết bị đều có tính chất đặc trưng của chúng. Đối với RS485 cũng vậy. Thế tính chất của RS485 là gì?

Truyền dẫn cân bằng.

Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai  dây tín hiệu A,B nhưng không có dây mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên dây kia. Nghĩa là dây này đang phát mức  cao thì dây kia  phải đang phát  mức thấp và ngược lại.

Mức tín hiệu.

Với  hai  dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thi ểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định khi áp của dây A nhỏ  hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp VAB mà nằm trong khoảng  -200mV < VAB<  200mV thì tín hiệu lúc này được xem như là rơi vào vùng bất định. Điện thế  của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng –7V đến +12V.

Cặp dây xoắn.

Như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản chỉ là cặp dây có chiều dài  bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao.

Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn.

Phụ  thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ  có một  trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này thường được chỉ   rõ bởi   nhà sản xuất.  Theo như khuyến cáo thì trở  kháng đặc tính của đường dây vào  khoảng từ  100  – 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.

Điện áp kiểu chung.

Tín  hiệu  truyền  dẫn  gồm  hai  dây  không  có  dây  mass  nên  chúng  cần  được tham chiếu đến một  điểm chung, điểm chung lúc này có thể  là mass hay bất kì một mức điện  áp  cho  phép  nào  đó.  Điện  áp  kiểu  chung  (Common-mode  voltage  -VCM)  về  mặt toán học được phát biểu như là giá trị   trung bình của hai  điện áp tín hiệu  được tham chiếu với mass hay một điểm chung.

Vấn đề nối đất.

Tín hiệu trên hai dây khi được tham chiếu đến điểm chung là đất (Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất.

Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lớn hơn 7V là không được. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng và một cách tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là ta đi thêm  một dây thứ ba, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.

Điện trở đầu cuối.

Điện trở  đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 – 120Ω.

Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể  xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch. Sau đây là hình minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng hai điện trở đầu cuối khác nhau.

Phân cực đường truyền.

Khi mạng RS485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả  khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định.

Nếu  -200mV ≤ VAB ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ  mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải  ở  mức cao để  khối thu không hiểu  nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền.

Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở  R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.

Nguyên nhân mà RS485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung). Mặt khác do chuẩn truyền thông RS232 không cho phép có hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS485 ta có thể nồi 32 thiết bị thu phát trên 2 dây cho phép tạo thành 1 mạng cục bộ. Cáp tín hiệu truyền thông công nghiệp RS485 bao gồm các chuẩn 22AWG và 24AWG.

rs485 la gi 5 vimi.com .vn

8. Ưu và nhược điểm RS485 là gì

Bất kỳ một sản phẩm được sinh ra đều có ưu và nhược điểm. Dựa trên những nhược điểm cũ mà chế tạo ra một vật phẩm mang nhiều ưu thế và khắc phục được nhiều điểm hạn chế hơn cái cũ. Tuy nhiên, cái gì cũng có điểm hạn chế của nó. Vậy ưu điểm và nhược điểm của RS485 là gì?

Ưu điểm của RS485

  • Là sản phẩm tân tiến nhất hiện nay, khắc phục những yếu điểm mà RS232 và RS422.
  • Là chuẩn giao tiếp duy nhất có thể kết nối cùng lúc nhiều máy phát và máy thu trên cùng một hệ thống mạng.
  • Với những máy thu có điện trở đầu vào lên đến 12kΩ thì RS485 có thể kết nối lên 32 thiết bị. Với các đầu vào khác, RS485 có thể kết nối tối đa lên 256 thiết bị.
  • Khi RS485 đang kết nối các thiết bị ở khoảng cách khá xa thì người sử dụng có thể khắc phục bằng cách lắp thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối, giúp tín hiệu ổn định hơn, tránh nhiễu đường truyền.
  • RS485 có lắp đặt 2 dây truyền tín hiệu nên tín hiệu sẽ được truyền đi nhanh hơn trên khoảng cách xa và rộng hơn.

Nhược điểm RS485

  • Khi truyền quá nhiều thiết bị trên cùng một đường dây thì gian đáp ứng sẽ chậm.
  • Các thiết bị cần phải dùng chung chuẩn RS485 thay cho chuẩn Analog hiện hữu.
  • Cần có một kiến thức nhất định để sử dụng RS485 hiệu quả

9. So sánh RS485 với RS232 và RS422

Và để hiểu rõ hơn về RS485 là gì, hãy cùng chúng tôi đi bào so sánh với RS422 và RS232.

RS232 RS422 RS485
Loại cáp Single Ended Single EndedMulti drob Multi drob
Số lượng thiết bị 1- Bộ phát1- Bộ thu 5- Bộ phát10- Bộ thu 32- Bộ phát32- Bộ thu
Chế độ truyền thông Half-DuplexFull-Duplex Half-DuplexFull-Duplex Half-DuplexFull-Duplex
Khoảng cách tối đa 50- Feets1.92 Kpbs 4000- Feets100 Kpbs 4000- Feets100 Kpbs
Tín hiệu Unbalanced (không cân bằng) Balanced (cân bằng) Balanced (cân bằng)

rs485 la gi 8 vimi.com .vn

10. Ứng dụng của RS485 cho mọi hệ thống

Sau khi tìm hiểu về RS485 là gì thì bước cuối cùng là đi vào ứng dụng.

RS485 đã được sử dụng trong một loạt các hệ thống tự động hóa máy tính có từ khi tiêu chuẩn được tạo ra vào năm 1998. Với tiêu chuẩn cho phép nhiều lần thả (nhiều thiết bị trên cùng một bus) và chiều dài cáp dài, thật dễ dàng hiểu được việc sử dụng nó thường xuyên trong các không gian công nghiệp và tự động hóa.

RS485 cũng có thể được tìm thấy trong các ứng dụng rạp hát, nơi nhiều thiết bị được trải rộng trên một không gian rộng lớn.

Ngoài ra, khả năng chống ồn được cung cấp bởi tiêu chuẩn RS-485 làm cho giao diện rất linh hoạt. Các kỹ sư không chỉ sử dụng nó cho khoảng cách cáp dài, mà còn đang triển khai nó vào các ứng dụng, chẳng hạn như ngành công nghiệp ô tô, nơi không chắc chắn về tiếng ồn có thể gặp phải trong ứng dụng cuối cùng.

Khả năng sử dụng RS485 ở tốc độ cao, trên độ dài cáp dài, trong môi trường ồn ào về điện và với nhiều thiết bị trên cùng một bus, làm cho nó trở thành một triển khai thông minh cho hầu hết các ứng dụng yêu cầu giao diện nối tiếp.

RS485 được sử dụng trong nhiều hệ thống máy tính và tự động hóa . Một số ví dụ là rô bốt, trạm gốc, ổ đĩa động cơ, giám sát video và cả thiết bị gia dụng. Trong hệ thống máy tính, RS485 được sử dụng để truyền dữ liệu giữa bộ điều khiển và ổ đĩa. Các cabin máy bay thương mại cũng sử dụng RS485 để liên lạc dữ liệu tốc độ thấp. Điều này là do yêu cầu đi dây tối thiểu do yêu cầu cấu hình dây của RS485.

Tuy nhiên, RS485 được sử dụng phổ biến nhất trong các bộ điều khiển logic có thể lập trình và các tầng nhà máy, nơi có nhiều nhiễu điện. RS485 được sử dụng làm lớp vật lý cho nhiều tiêu chuẩn và giao thức tự động hóa độc quyền để thực hiện các hệ thống điều khiển , phổ biến nhất là Modbus.

RS485 cũng được sử dụng tại các địa điểm biểu diễn để điều khiển đèn và hệ thống như hình bên dưới.

RS485 cũng thường được sử dụng để tự động hóa tòa nhà vì cấu hình dây đơn giản và chiều dài cáp dài là lý tưởng để kết nối các thiết bị từ xa. Nó thường được thực hiện để kiểm soát hệ thống giám sát video và liên kết bảng điều khiển an ninh với các thiết bị như đầu đọc thẻ kiểm soát ra vào.

rs485 la gi 7 vimi.com .vn

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.