46849 (588450), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Необходимо учесть, что определение единого стандарта и соответствия влечет за собой серьезную ответственность. Любое решение, которое должно обеспечить правильное взаимодействие сетей, будет обречено на провал, если не сможет гарантировать правильную работу любых вариантов и реализаций. Кроме технических трудностей в деловой среде существуют дополнительные аспекты, необходимые для правильного взаимодействия нескольких организаций. Даже эта проблема может лишить решение права на успех.

Также нельзя думать, что выбор стандарта-лидера в настоящее время будет правильным, потому, что нельзя точно определить лидера в самом начале гонки, особенно если многие участники соревнований еще не стартовали. Неправильный выбор может отбросить целые индустрии назад на несколько лет.

Таким образом, усилия таких стандартизационных организаций как IEEE/NIST, должны быть направлены на достижение двух целей:

1. Определение совместимости на уровне приложений через определение общих объектов, что позволит облегчить разработку программного обеспечения для сенсоров и MMI.

2. Определить 3-4 наилучших альтернативы и позволить рынку выбирать среди них в зависимости от важности конкретных критериев.

IEEE 802

CSMA/CD

Token Bus

Token Ring

Baseband

Coax

Baseband

Coax

Broadband

Coax

Broadband

Coax

Baseband

Coax

Broadband

Twisted

Pair Cable

Broadband

Twisted

Pair Cable

Рисунок 1.6.

Стандарт на шины активаторов и датчиков.

Схема объектов приложения.

Option A

Option B

Medium

Option 2

Medium

Option 3

Medium

Option 4

Medium

Option 5

Option D

Medium

Option 1

Medium

Option 10

Рисунок 1.7.

Принцип нескольких альтернативных протоколов подобен существующему и успешно применяемому набору стандартов IEC802.xx, включающий в себя такие протоколы как IEC802.1 (стандарт на коаксиальный Ethernet), IEC802.11 и др. На рис. 1.6. и 1.7. различные Options соответствуют различным особенностям сред передачи и LAN протоколов.

Требования к шине сенсоров и приводов должны рассматриваться с точки зрения системы и жизненного цикла. Важными системными требованиями являются: размер системы, взаимосвязанность, надежность, гибкость, производительность, интеграция, эксплуатация, диагностика и цена. Важные требования к шине сенсоров и приводов, следующие из системных требований, включают поддержку различных устройств и типов связи, гибкую поддержку пакетов различного размера, большое адресное пространство, одноуровневые связь и контроль.

Разработчики современных систем склоняются к распределенным системам одноуровневой архитектуры. Сетевые микро PLC считаются наиболее перспективными для внедрения в промышленные системы контроля и являются следующим шагом развития.

Важной задачей является определение общих принципов построения управляющих сетей для различных приложений и сегментов рынка. Организации по стандартизации должны определить стандартные объекты уровня приложений для повышения совместимости. Подобные организации могут быть полезны для определения 3-4 наилучших альтернатив, позволяя производителям и разработчикам аппаратного и программного обеспечения, системным интеграторам и конечным пользователям выбирать самим.

2. Описание стандарта RS-485

1. Универсальный асинхронный приемопередатчик (UART)

Возможно, связь через асинхронный последовательный порт уходит в прошлое, однако сложно найти контроллер, не имеющего в составе своей периферии UART. Поэтому хоронить его, думаю, рановато. Раз так, то будет нелишним сказать пару слов о том, как оно работает. Описание конкретной реализации последовательного порта есть в datasheet на каждый контроллер, поэтому опишу общее для всех.

UART можно разделить на приемник (Receiver) и передатчик (Transmitter). В состав UART входят: тактовый генератор связи (бодрейт-генератор), управляющие регистры, статусные регистры, буферы и сдвиговые регистры приемника и передатчика. Бодрейт-генератор задает тактовую частоту приемопередатчика для данной скорости связи.

Управляющие регистры задают режим работы последовательного порта и его прерываний. В статусном регистре устанавливаются флаги по различным событиям. В буфер приемника попадает принятый символ, в буфер передатчика помещают передаваемый. Сдвиговый регистр передатчика - это обойма, из которой в последовательный порт выстреливаются биты передаваемого символа (кадра). Сдвиговый регистр приемника по биту накапливает принимаемые из порта биты. По различным событиям устанавливаются флаги и генерируются прерывания (завершение приема/отправки кадра, освобождение буфера, различные ошибки).

UART - полнодуплексный интерфейс, то есть приемник и передатчик могут работать одновременно, независимо друг от друга. За каждым из них закреплен порт - одна ножка контроллера. Порт приемника обозначают RX, передатчика - TX. Последовательной установкой уровней на этих портах относительно общего провода ("земли") и передается информация. По умолчанию передатчик устанавливает на линии единичный уровень.

Передача начинается посылкой бита с нулевым уровнем (старт-бита), затем идут биты данных младшим битом вперед (низкий уровень - "0", высокий уровень - "1"), завершается посылка передачей одного или двух битов с единичным уровнем (стоп-битов).

Электрический сигнал кадра посылки показан на рисунке 2.1.:

Рисунок 2.1. Электрический сигнал кадра посылки.

Перед началом связи между двумя устройствами необходимо настроить их приемопередатчики на одинаковую скорость связи и формат кадра.

Скорость связи или бодрейт (baudrate) измеряется в бодах - число передаваемых бит в секунду (включая старт и стоп-биты). Задается эта скорость в бодрейт-генераторе делением системной частоты на задаваемый коэффициент. Типичный диапазон скоростей: 2400 … 115200 бод.

Формат кадра определяет число стоп-битов (1 или 2), число бит данных (8 или 9), а также назначение девятого бита данных. Все это зависит от типа контроллера.

Приемник и передатчик тактируются, как правило, с 16-кратной частотой относительно бодрейта. Это нужно для сэмплирования сигнала. Приемник, поймав падающий фронт старт-бита, отсчитывает несколько тактов и следующие три такта считывает (семплирует) порт RX, рисунок 2.2. Это как раз середина старт-бита. Если большинство значений семплов - "0", старт-бит считается состоявшимся, иначе приемник принимает его за шум и ждет следующего падающего фронта. После удачного определения старт-бита, приемник точно также семплирует серединки битов данных и по большинству семплов считает бит "0" или "1", записывая их в сдвиговый регистр. Стоп-биты тоже семплируются, и если уровень стоп-бита не "1" - UART определяет ошибку кадра и устанавливает соответствующий флаг в управляющем регистре.

Рис.2.2. Семплирование.

Поскольку бодрейт устанавливается делением системной частоты, при переносе программы на устройство с другим кварцевым резонатором, необходимо изменить соответствующие настройки UART.

1. Интерфейс RS-485

Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).

Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" - отрицательна.

Рис.2.3. дифференциальная передача данных

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего ("земли"). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова.

Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.

Аппаратная реализация интерфейса - микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами/выходами (к линии) и цифровыми портами (к портам UART контроллера), рисунок 2.4. Существуют два варианта такого интерфейса: RS-422 и RS-485.

• RS-422 - полнодуплексный интерфейс. Прием и передача идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику.

• RS-485 - полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.

Рис.2.4. Аппаратная реализация интерфейса.

D (driver) - передатчик;

R (receiver) - приемник;

DI (driver input) - цифровой вход передатчика;

RO (receiver output) - цифровой выход приемника;

DE (driver enable) - разрешение работы передатчика;

RE (receiver enable) - разрешение работы приемника;

A - прямой дифференциальный вход/выход;

B - инверсный дифференциальный вход/выход;

Y - прямой дифференциальный выход (RS-422);

Z - инверсный дифференциальный выход (RS-422).

Остановлюсь поподробнее на приемопередатчике RS-485, рисунок 2.5. Цифровой выход приемника (RO) подключается к порту приемника UART (RX). Цифровой вход передатчика (DI) к порту передатчика UART (TX). Поскольку на дифференциальной стороне приемник и передатчик соединены, то во время приема нужно отключать передатчик, а во время передачи - приемник. Для этого служат управляющие входы - разрешение приемника (RE) и разрешения передатчика (DE). Так как вход RE инверсный, то его можно соединить с DE и переключать приемник и передатчик одним сигналом с любого порта контроллера. При уровне "0" - работа на прием, при "1" - на передачу.

Рис. 2.5. Приемопередатчик RS-485.

Приемник, получая на дифференциальных входах (AB) разность потенциалов (UAB) переводит их в цифровой сигнал на выходе RO. Чувствительность приемника может быть разной, но гарантированный пороговый диапазон распознавания сигнала производители микросхем приемопередатчиков пишут в документации. Обычно эти пороги составляют ± 200 мВ. То есть, когда UAB > +200 мВ - приемник определяет "1", когда UAB < -200 мВ - приемник определяет "0". Если разность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения - правильное распознавание сигнала не гарантируется. Кроме того, в линии могут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал.

Характеристики

Список файлов ВКР