RS485 là một kiến trúc phần cứng cho phép truyền tín hiệu giữa máy phát và máy thu, mà không xác nhận bất kỳ giao thức truyền dẫn cụ thể nào. 

RS485 truyền tín hiệu nhị phân bằng cách tạo ra điện áp cao và thấp, biểu diễn các số nhị phân 0 và 1 (bật và tắt), cho phép truyền thông hiệu quả từ xa trong môi trường nhiễu điện tử.

RS-485 là gì?

Các thiết bị sử dụng RS485 có thể giao tiếp với các hệ thống điều khiển trung tâm bằng các giao thức truyền thông như Modbus và ASCII.

RS485 là một giao diện truyền thông nối tiếp tiêu chuẩn, còn được gọi là TIA-485(-A) hoặc EIA-485. Giao diện này xác định các đặc điểm điện cho giao tiếp 2 dây, bán song công, đa điểm bằng cáp xoắn đôi. RS485 hỗ trợ nhiều thiết bị trên cùng một bus và hoạt động tốt trong môi trường đường dài, dễ bị nhiễu.

"RS485 không phải là Giao thức truyền thông"

RS485 chỉ xác định các đặc điểm điện, như điện áp và truyền tín hiệu. Giao thức này không xác định mã hóa dữ liệu, giải mã hoặc định dạng truyền, những thứ được xử lý bởi các giao thức truyền thông.

Vì RS485 không xác định các giao thức truyền thông như tốc độ hoặc định dạng, nên giao thức này phải được ghép nối với các giao thức (ví dụ: Modbus, ASCII) để truyền và diễn giải dữ liệu. RS485 gửi các tín hiệu vi sai, trong đó điện áp cao và thấp biểu thị nhị phân 0 và 1, cho phép truyền thông hiệu quả, đường dài trong môi trường nhiễu.

Trong hầu hết các trường hợp, các thiết bị dựa trên RS485 có thể sử dụng các giao thức truyền thông như Modbus và ASCII để thiết lập giao tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm. Để minh họa, hãy xem xét lưu lượng kế bánh lái của LORRIC, sử dụng Modbus làm giao thức cơ bản để xác định các truyền tín hiệu khác nhau. Lưu lượng kế tận dụng RS485 để truyền tín hiệu và được kết nối theo cấu hình nối tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm của khách hàng. Thông qua các thiết lập lập trình và cấu hình phù hợp trong hệ thống điều khiển trung tâm, dữ liệu đo lưu lượng có liên quan có thể được đọc từ lưu lượng kế.

Giải pháp đấu dây RS485

Kết nối RS485 cho nhiều thiết bị

RS485 cung cấp phương tiện kết nối nhiều thiết bị theo chuỗi bằng một cặp dây xoắn để tạo điều kiện trao đổi dữ liệu. Nó cung cấp hai phương pháp đấu dây chính: bán song công hai dây và toàn song công bốn dây. Mặc dù toàn song công bốn dây tồn tại, nhưng nó ít phổ biến hơn trong các ứng dụng hiện tại, với cấu hình bán song công hai dây là phương pháp đấu dây chủ yếu đang được sử dụng hiện nay.

Hình ảnh cho thấy sơ đồ đấu dây RS485, bao gồm kết nối thiết bị, cấu trúc cáp xoắn đôi và truyền tín hiệu.

Các thiết bị (Device 1, Device 2, Device N) được kết nối theo chuỗi, tạo thành cấu trúc chuỗi nối tiếp. Cổng A+ và B- của mỗi thiết bị được kết nối với các cổng tương ứng của thiết bị tiếp theo bằng cáp xoắn đôi. Phương pháp đấu dây sử dụng các đường A+ và B-, biểu diễn cấu hình bán song công hai dây, đây là phương pháp đấu dây được sử dụng phổ biến nhất trong RS485.

Phía bên trái của hình ảnh cho thấy cấu trúc của cáp xoắn đôi, bao gồm dây đồng, lớp che chắn và lớp cách điện. Cấu trúc cáp này giúp duy trì truyền dữ liệu ổn định trong môi trường nhiễu điện. Cần lưu ý rằng dây kết nối giữa mỗi thiết bị phải được giữ càng ngắn càng tốt để giảm thiểu suy giảm tín hiệu và nhiễu, cải thiện độ tin cậy của truyền thông.

Toàn bộ mạng chuỗi nối tiếp cuối cùng được kết nối với PLC (Bộ điều khiển logic lập trình), tạo điều kiện trao đổi dữ liệu giữa nhiều thiết bị và hệ thống điều khiển trung tâm. Sử dụng tiêu chuẩn RS485, tín hiệu được truyền qua các đường A+ và B-, với điện áp cao và thấp biểu thị nhị phân 1 và 0 (bật và tắt), đảm bảo truyền dữ liệu đáng tin cậy.

Khuyến nghị về dây điện, dây tín hiệu cho truyền thông RS485

Sử dụng cáp xoắn đôi 24AWG có vỏ bọc với 485+ và 485- được xoắn lại với nhau. Kết nối các thiết bị theo kiểu chuỗi và tránh bố trí vòng hoặc sao. Giữ cáp RS485 tách biệt với các đường dây điện áp cao để tránh nhiễu.

Trong môi trường có nhiều tiếng ồn, hãy triển khai cơ chế thử lại trong phần mềm để xử lý nhiễu. Sử dụng cáp ngắn để giảm thiểu tiếng ồn và nối đất lớp vỏ bọc bằng cách kết nối nó với lớp vỏ bọc của đường truyền thông chính.

Khi nào nên sử dụng điện trở kết thúc với RS485

• Truyền thông đường dài: Đối với khoảng cách trên 300m, phản xạ tín hiệu có thể đến bộ thu giữa dữ liệu, gây ra lỗi.

• Truyền thông tốc độ cao: Ở tốc độ dữ liệu cao, thời gian tăng và giảm tín hiệu ngắn hơn làm tăng nguy cơ tín hiệu phản xạ gây nhiễu cho quá trình truyền dữ liệu.

• Mạng nhiều thiết bị: Trong các mạng có nhiều thiết bị, điện trở kết thúc giúp đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của tín hiệu. Lắp đặt điện trở kết thúc ở cả đầu chính và đầu xa nhất của đường truyền. Điện trở 120Ω thường được sử dụng, nhưng giá trị thực tế phải được tính toán dựa trên thông số kỹ thuật của cáp.

Truyền thông RS-485 hai dây bán song công

Hệ thống hai dây bán song công cho phép truyền dữ liệu hai chiều giữa hai thiết bị, nhưng không đồng thời. Ví dụ, hãy xem xét các thiết bị A và B. Trong một khoảng thời gian cụ thể, việc truyền dữ liệu được phép từ A đến B và sau khi hoàn tất, việc truyền dữ liệu từ B đến A có thể diễn ra. 

Dưới đây là sơ đồ mạch thường được sử dụng cho RS-485

Mạch được cung cấp minh họa các kết nối cơ bản cho thiết lập hệ thống dây hai dây. Trong phương pháp này, tất cả các nút trong mạng chia sẻ cùng một cặp đường truyền thông. Một đường, được gọi là đường A (hoặc Data+), chịu trách nhiệm truyền các tín hiệu vi sai, trong khi đường còn lại, được gọi là đường B (hoặc Data-), xử lý các tín hiệu vi sai bổ sung. Việc sử dụng chế độ truyền tín hiệu vi sai này giúp giảm nhiễu hiệu quả và tăng cường độ tin cậy truyền thông tổng thể.

Giao thức truyền thông cho RS485

RS485 là một tiêu chuẩn truyền thông lớp vật lý và yêu cầu một giao thức để quản lý việc trao đổi dữ liệu và điều khiển giữa các thiết bị. Các giao thức phổ biến bao gồm:

• Modbus RTU:Được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, Modbus RTU sử dụng RS485 để truyền dữ liệu nhị phân với cấu trúc chủ-tớ. Nó hỗ trợ khung dữ liệu 256 byte và kiểm tra lỗi CRC.

• Profibus DP: Được phát triển bởi Siemens, Profibus hỗ trợ tốc độ lên đến 12 Mbps, sử dụng thiết lập đa chủ cho các hệ thống phân tán và thiết bị hiện trường.

• BACnet MS/TP: Được thiết kế cho tự động hóa tòa nhà, BACnet MS/TP sử dụng cơ chế chủ-tớ/truyền mã thông báo, với tốc độ truyền từ 9600 bps đến 1 Mbps.

• DNP3: Được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống điện, DNP3 truyền dữ liệu theo sự kiện với dấu thời gian qua RS485, hỗ trợ tốc độ lên đến 9600 bps, thường thấy trong các hệ thống SCADA.

• CANopen: Một giao thức cấp cao dựa trên bus CAN, hỗ trợ trao đổi dữ liệu thời gian thực với tốc độ từ 10 kbps đến 1 Mbps, lý tưởng cho các hệ thống điều khiển nhúng.

• HART: Được sử dụng trong thiết bị đo lường thông minh, HART truyền dữ liệu được phủ lên tín hiệu tương tự 4-20mA, hỗ trợ trao đổi dữ liệu hai chiều 16 bit để giám sát và chẩn đoán thiết bị.

Nguồn: Sưu tầm