7. Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn
3.1.6 Khối giao tiếp RS232, RS485
Hình 37: Khối giao tiếp RS232, RS485
Khối giao tiếp bao gồm mạch MAX232 và mạch MAX485. Mạch MAX232 tạo giao tiếp giữa Arduino và RDM880 bằng cách chuyển đổi qua lại chuẩn điện áp TTL và RS232. Mạch MAX485 tạo mạng RS485 giữa các Arduino với nhau nhằm giảm nhiễu và tăng tốc độ cũng như khoảng cách truyền giữa chúng.
46
3.1.6.1 Chuẩn RS232:
Giới thiệu chuẩn RS232:
RS232 được xây dựng phục vụ việc ghép nối điểm - điểm giữa hai thiết bị đầu cuối hoặc một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu. Chuẩn này có thể sử dụng tự do để nối với các thiết bị ngoại vi hoặc với các máy tính khác.
Hình 38: Đặc tính điện học RS232
Đặc tính:
o Mức điện áp logic được định nghĩa: -3V ~ -25V ứng với mức logic “1” và +3V ~
+25V ứng với mức logic “0”.
o Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2 kbps.
o Chiều dài cho phép 15m, lớn hơn sẽ bị nhiễu.
o Truyền số liệu Full-duplex sử dụng 3 dây: TxD, RxD, GND.
o Cấu trúc khung truyền bao gồm: 1 start bit, 7-8 data bit, 1/0 parity bit, 2/5 stop bit.
o Chuẩn RS232 quy định ba loại giắc cắm RS232 là DB-9, DB25, ALT-A, trong đó 2 loại đầu được sử dụng rộng rãi hơn.
Module MAX232:
47
Hình 39: Mạch nguyên lý MAX232
Hình 40: Mạch layout MAX232 Hình 41: Mạch thi công MAX232
3.1.6.2 Chuẩn RS485:
Giới thiệu chuẩn RS485:
RS485 là công nghệ truyền được sử dụng thường xuyên bởi PROFIBUS. Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm tất cả các lĩnh vực cần lắp đặt không đắt tiền, đơn giản và truyền tốc độ cao.
48
Hình 42: Đặc tính điện học RS485
Chuẩn truyền RS232 dùng đường truyền không cân bằng vì các tín hiệu đều lấy điểm chuần là đường mass chung, do đó tốc độ truyền và khoảng cách truyền bị giới hạn. Khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền, phương pháp truyền RS485 dùng hai dây trở nên hữu hiệu hơn vì hai dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa hai dây. Do đó, loại trừ được nhiễu chung.
Giao tiếp RS485 là một cải tiến đáng kể của RS422A. Đặc tính điện của nó giống như chuẩn RS422A. RS485 là chuẩn truyền vi sai, sử dụng hai dây cân bằng. Với RS485, tốc độ truyền có thể đạt đến 10Mbs và chiều dài cáp có thể lên đến 1.2 km. Điện áp vi sai ngõ ra từ +1.5V ~ +5V nếu là mức logic 0 và mức logic 1 sẽ là từ -1.5V ~ -5V.
Muốn chuyển đổi sang chuẩn điện áp RS485 từ chuẩn RS232 có mức điện áp là 12V: dùng vi mạch MAX232 để đổi sang mức TTL 0-5V, sau đó tín hiệu đơn được đổi sang tín hiệu vi sai dùng vi mạch MAX485. Điện áp vi sai phải lớn hơn 200mV. Nếu Vab > 200mV, ta coi như logic 1 được truyền, còn nếu Vab < -200mV thì logic 0 được truyền.
Một đặc tính quan trọng của RS485 là có thể cung cấp đến 32 Drivers và Receivers trên cùng một đường truyền. Driver RS485 phải là ngõ ra 3 trạng thái (đó là lý do để thiết lập một slave không giao tiếp được với Master khi ta đặt nó ở trạng thái tổng trở cao).
Mạng RS485:
Mạng RS-485 được thiết kế hoạt động theo nguyên tắc Master-Slave(chủ -tớ ). Một trạm chủ(Master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ Slave. Các trạm tớ (Slave) đóng vai trò bị động, chỉ có quyền truy nhập bus và gởi tín hiệu
49
đi khi có yêu cầu. Master dùng phương pháp hỏi vòng tuần tự theo chu kì để kiểm soát toàn bộ hoạt động của cả hệ thống.
Hình 43: Phân quyền Master - Slaver trong mạng RS485
Chỉ có một trạm được chọn làm Master, các trạm còn lại đều là Slave. Master được quyền truyền bất cứ lúc nào, nó sẽ chỉ định một Slave bất kì giao tiếp với nó. Slave chỉ có thể truyền sau khi nhận được lệnh của Master. Mọi Slave có một địa chỉ riêng trên đường truyền và sẽ không được phép truyền nếu không có yêu cầu từ Master.
Vì hoạt động diễn ra theo chu kì nên Master có trách nhiệm chủ động yêu cầu dữ liệu từ một Slave và sau đó chuyển sang Slave khác.
Phương pháp này có ưu điểm là việc kết nối các Slave đơn giản, đỡ tốn kém bởi hầu như toàn bộ công việc điều khiển giao tiếp đều tập trung tại Master. Tuy nhiên, phương pháp này có hiệu suất đường truyền thấp.
Mặc dù tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B, không có liên quan đến đất, hệ thống RS485 vẫn cần một đường dây nối chung đất cho các trạm với nhau. Đất này đơn thuần là điểm mass, nó không cần phải nối xuống đất thực sự. Một sai lầm thường gặp là chỉ dùng hai dây để nối hai trạm. Nếu ngõ ra A và B là thực sự cân bằng, dòng trên dây A sẽ đối ngược với dây B, nên triệt tiêu lẫn nhau. Nhưng trong thực tế, sự cân bằng hoàn hảo là không tồn tại. Trong trường hợp như vậy, dòng tín hiệu sẽ tìm cách quay ngược trở lại nguồn phát, bức xạ nhiễu ra môi trường xung quanh làm ảnh hưởng đến tính tương thích điện từ của hệ thống. Việc nối đất sẽ tạo ra một đường thoát có trở kháng nhỏ tại một vị trí xác định, nhờ vậy giảm thiểu tác hại gây nhiễu.
50
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng, mạng RS-485 cần sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây R5, R6. Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu, ví dụ sự phản xạ tín hiệu. Trở đầu cuối được sử dụng có giá trị bằng trở kháng đặc tính của cáp truyền.
Module MAX485:
Chuyển đổi mức điện áp TTL sang RS485, tạo thành mạng 485 giao tiếp giữa Master và hai Slave.
Hình 44: Mạch nguyên lý MAX485
51