RS-485 — warstwa fizyczna od podstaw

Czym jest RS-485

RS-485 (znany też jako EIA-485) to standard elektryczny dla transmisji szeregowej. Sam w sobie nie definiuje protokołu — definiuje tylko, jak sygnał wygląda na przewodzie. Po RS-485 jeździ Modbus RTU, Flowbus, PROFIBUS i wiele innych protokołów przemysłowych.

Kluczowa cecha: transmisja różnicowa. Zamiast jednej linii sygnałowej względem masy, RS-485 używa pary przewodów A i B. Odbiornik mierzy różnicę napięć między nimi. To sprawia, że zakłócenia wspólne (np. od falowników, silników) są skutecznie tłumione.

Topologia magistrali

RS-485 to magistrala liniowa — urządzenia dołączone szeregowo, jedno za drugim:

Master ──┬── Slave 1 ──┬── Slave 2 ──┬── [Terminator 120Ω]
         │             │             │
[Term.]  │             │             │
 120Ω    A/B          A/B           A/B

Nie wolno robić rozgałęzień (topologia gwiazdy lub drzewa) — refleksje sygnału powodują błędy komunikacji, szczególnie przy wyższych prędkościach.

Terminator

Na obu końcach magistrali musi być rezystor 120 Ω między liniami A i B. Brak terminatora to najczęstszy powód niestabilnej komunikacji — wszystko działa na krótkim kablu, ale sypie się przy dłuższym lub większej liczbie urządzeń.

Wiele urządzeń ma wbudowany przełącznik terminatora (jumper lub DIP switch). Terminator włącz tylko w urządzeniach na końcach linii, nie w środku.

Bias resistors (rezystory podciągające)

Gdy magistrala jest w stanie idle (nikt nie nadaje), linie A i B mogą "pływać" w niezdefiniowanym stanie. Rezystory bias wymuszają zdefiniowany stan:

• Linia A podciągnięta do +5V przez ~560–680 Ω
• Linia B podciągnięta do GND przez ~560–680 Ω

Zazwyczaj montowane tylko na masterze lub na jednym urządzeniu w magistrali. Zbyt wiele rezystorów bias obciąża linię.

Uziemienie — GND ma znaczenie

RS-485 jest różnicowy, ale odbiornik potrzebuje wspólnego potencjału odniesienia z nadajnikiem. Bez wspólnej masy sygnałowej różnica potencjałów między masami urządzeń może wyjść poza zakres wejścia odbiornika (±7V) i uszkodzić układy.

W praktyce: zawsze prowadź trzecią żyłę jako wspólną masę sygnałową (nie mylić z PE — uziemieniem ochronnym).

Konwertery USB–RS485

Do podłączenia komputera do magistrali RS-485 potrzebny jest konwerter. Popularne układy:

Tanie konwertery bez oznaczenia układu mogą mieć problemy z automatycznym przełączaniem kierunku TX/RX — objawiają się urywaną pierwszą ramką lub echem.

Prędkości transmisji

Standard nie narzuca konkretnych baudrate. W praktyce przemysłowej najczęściej spotkasz:

• 9600 bps — domyślne dla wielu urządzeń Modbus
• 19200 bps
• 38400 bps
• 115200 bps — maksimum dla większości tanich konwerterów USB

Przy długich kablach (>100 m) trzymaj się niskich prędkości (9600–19200). Ogólna zasada: baudrate × długość kabla [m] ≤ 10^8.

Pułapki

1. Zamienione A i B — standard definiuje A jako "−" i B jako "+" w stanie Mark (logiczne 1). Część producentów oznaczyła to odwrotnie. Jeśli komunikacja nie działa, zamień A↔B.

2. Wspólna masa — brak trzeciej żyły do wspólnej masy to najczęstsze przeoczenie przy instalacji.

3. Rozgałęzienia — każde rozgałęzienie (stub) powyżej kilku centymetrów powoduje refleksje. Jeśli musisz rozgałęzić, użyj repeatera/hubów RS-485.

4. Zbyt wiele terminatorów — jeśli włączysz terminator w każdym urządzeniu, sumaryczna rezystancja będzie za niska i obciąży driver.