أساسيات الاتصال RS485 وتطبيقات الاتصال التفصيلية

أساسيات الاتصال RS485 وتطبيقات الاتصال التفصيلية

لفهم اتصال RS485، يجب علينا أولاً أن نفهم ما هو الاتصال. الاتصال هو نقل رموز 0 و1 بين جهازين، حيث يمثل 0 مستوى منخفض، ويمثل 1 مستوى عالٍ.

على سبيل المثال: يقوم جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) بنقل البيانات إلى جهازي العاكس التابعين 1 و2. أولًا، يجب توصيل جهازي العاكس التابعين 1 و2 بكابل (توصيل مادي). إذا أرسل جهاز العاكس التابع 1 وجهاز العاكس التابع 2 سلسلة من الرموز مثل 101010، فسيقوم جهاز العاكس التابع 1 بإنشاء تركيبة من المستويات العالية والمنخفضة كما هو موضح في الشكل أدناه على منفذ الاتصال الخاص به. سيستقبل منفذ الاتصال الخاص بجهاز العاكس التابع 2، عبر الكابل كوسيط، تركيبة المستويات العالية والمنخفضة المرسلة من جهاز العاكس التابع 1، وفي الوقت نفسه سيقوم بترجمة تركيبة المستويات العالية والمنخفضة المستلمة إلى 101010، وبذلك تكتمل عملية نقل البيانات من جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) إلى جهازي العاكس التابعين 1 و2.

وصف للمفاهيم المتعلقة بالاتصال:

1. الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل والاتصال ثنائي الاتجاه الجزئي

الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل هو منفذ اتصال يمكنه استقبال البيانات وإرسالها في الوقت نفسه. أما الاتصال ثنائي الاتجاه الجزئي فيشير إلى أن منفذ الاتصال يمكنه إرسال البيانات فقط أو استقبالها فقط في الوقت نفسه.

بعبارات بسيطة:

اتصال ثنائي الاتجاه: يمكن لكلا الطرفين التحدث أثناء إجراء المكالمة

نصف مزدوج: تمامًا مثل جهاز اللاسلكي، يمكن لشخص واحد فقط التحدث بينما يستمع الآخر في نفس الوقت

أحادي الاتجاه: يمكن للجهاز فقط إرسال البيانات، ويمكن للجهاز الآخر استقبالها فقط ولا يملك وظيفة الإرسال.

2. معدل الاتصال:

يُطلق على معدل الاتصال أيضًا اسم معدل نقل البيانات، وهو منفذ الاتصال في غضون ثانية واحدة. إرسال عدد من الرموز 0 و 1 (أو المستويات العالية والمنخفضة).

على سبيل المثال: نقول أن معدل الاتصال هو 9.6 كيلوبت في الثانية، مما يعني أن منفذ الاتصال يرسل 9600 بت من البيانات في الثانية، أي أنه يمكن توليد 9600 مستوى عالي ومنخفض في الثانية (ملاحظة: مجموع المستويات العالية والمنخفضة يساوي 9600).

معدل نقل البيانات

يُطلق على كمية المعلومات المنقولة عبر القناة في الثانية الواحدة اسم معدل نقل البت، ويرمز له بـ rb. ووحدته هي بت في الثانية (b/s)، ويختصر إلى معدل البت.

3. التواصل بين السيد والتابع

يشير مصطلح "الاتصال الرئيسي-التابع" إلى محطة في شبكة اتصالات تُسمى المحطة الرئيسية، بينما تُسمى المحطات الأخرى بالمحطات التابعة. يمكن نقل البيانات مباشرةً بين المحطة الرئيسية والمحطة التابعة، ولكن لا يمكن نقلها مباشرةً بين المحطات التابعة. في حال الحاجة إلى تبادل البيانات بين المحطات التابعة، يجب أن تمر عبر المحطة الرئيسية.

وبعبارة أخرى، هناك ثلاثة اختلافات رئيسية بين المحطة الرئيسية والمحطة التابعة: أوامر مختلفة، وتفرد مختلف، وطريقة إرساء مختلفة.

1. يتم إصدار أوامر مختلفة.

1. المحطة الرئيسية: يمكن للمحطة الرئيسية أن تأخذ زمام المبادرة لإصدار الأوامر.

2. محطة العبيد: لن تتخذ محطة العبيد المبادرة لإصدار التعليمات.

ثانيًا، التفرد مختلف

1. المحطة الرئيسية: المحطة الرئيسية فريدة من نوعها.

2. محطة العبيد: محطة العبيد ليست فريدة، يمكن أن يكون هناك أكثر من واحدة.

3. عمليات إرساء مختلفة

1. المحطة الرئيسية: يمكن للمحطة الرئيسية أن تتصل بالعديد من المحطات التابعة.

2. المحطة التابعة: لا يمكن للمحطة التابعة الاتصال إلا بمحطة رئيسية واحدة.

بعد فهم المفاهيم الأساسية للاتصال، يصبح فهم تقنية الاتصال 485 سهلاً نسبياً. فيما يلي، سنقدم شرحاً لتقنية الاتصال 485 من أربعة جوانب: وسيلة الاتصال، وطريقة الاتصال، ونوع الاتصال، والطبقة المادية.

وسيلة الاتصال: وسيلة الاتصال هي زوج ملتوي محمي، وهو الكابل ذو النواة المزدوجة مع طبقة الحماية التي نستخدمها عادةً.

طريقة الاتصال: نصف مزدوج

نوع الاتصال: اتصال رئيسي-تابع

الطبقة الفيزيائية: واجهة ذات 9 دبابيس، تجدر الإشارة إلى أن واجهة الـ 9 دبابيس للاتصال بمعالج 485، في حالة التمرير، تحتاج فقط إلى سلكين. يتم توصيل الكابل بالدبوس 3 والدبوس 8، حيث يشير الدبوس 3 إلى الإشارة السالبة (-) ويشير الدبوس 8 إلى الإشارة الموجبة (+).

لنتحدث عن مثال بسيط: شخصان يجريان مكالمة، الهاتف هو الطبقة الفيزيائية، ولغة المتحدث هي لغة الاتفاق. يمكن للطبقة الفيزيائية نفسها نقل بروتوكولات مختلفة، تمامًا كما يمكن للأشخاص على طرفي الهاتف التحدث باللغتين الصينية والإنجليزية. الصينية نوع من الاتفاق، والإنجليزية نوع آخر. جهاز 485 يشبه الهاتف، فهو الطبقة الفيزيائية. يمكن للطبقة الفيزيائية لجهاز 485 نقل بروتوكول Modbus وبروتوكول Profibus. هذه هي العلاقة بين بروتوكول الاتصال والطبقة الفيزيائية.

RS485 هو معيار يحدد الخصائص الكهربائية لأجهزة الإرسال والاستقبال في نظام رقمي متوازن متعدد النقاط. وقد وضعته جمعية صناعة الاتصالات وتحالف صناعة الإلكترونيات. تتيح شبكات الاتصالات الرقمية التي تستخدم هذا المعيار نقل الإشارات بكفاءة عالية في ظروف المسافات الطويلة وفي بيئات ذات ضوضاء إلكترونية عالية. كما يُمكّن RS485 من إنشاء شبكات محلية منخفضة التكلفة وروابط اتصال متعددة الفروع. يتوفر RS485 بنوعين من التوصيلات: ثنائية الأسلاك ورباعية الأسلاك. يقتصر نظام الأسلاك الأربعة على الاتصال من نقطة إلى نقطة، وهو نادر الاستخدام حاليًا. أما نظام الأسلاك الثنائية، فيعتمد على بنية طوبولوجية ناقلية، حيث يمكن توصيل ما يصل إلى 32 عقدة على نفس الناقل. في شبكة اتصال RS485، يُعتمد عادةً أسلوب الاتصال الرئيسي-التابع، أي وجود جهاز رئيسي مع عدة أجهزة تابعة. في كثير من الحالات، عند توصيل وصلة اتصال RS-485، يُستخدم زوج من الأسلاك المجدولة لتوصيل طرفي "A" و"B" لكل واجهة، مع تجاهل توصيل التأريض. تُستخدم هذه الطريقة في العديد من الحالات، وقد تعمل بشكل طبيعي، ولكنها تنطوي على مخاطر خفية كبيرة. السبب الأول هو تداخل الوضع المشترك: تعتمد واجهة RS-485 على الوضع التفاضلي لنقل الإشارة، ولا تحتاج إلى الكشف عن الإشارة بالنسبة إلى نقطة مرجعية محددة. يكفي النظام الكشف عن فرق الجهد بين السلكين، ولكن من السهل إغفال أن جهاز الإرسال والاستقبال له نطاق جهد وضع مشترك معين. يتراوح نطاق جهد الوضع المشترك لجهاز الإرسال والاستقبال RS-485 بين -7 و+12 فولت. فقط عند استيفاء الشروط المذكورة أعلاه، يمكن للشبكة بأكملها أن تعمل بشكل طبيعي؛ عندما يتجاوز جهد الوضع المشترك في خط الشبكة هذا النطاق، فإنه سيؤثر على استقرار وموثوقية الاتصال، بل وقد يُتلف الواجهة. السبب الثاني هو مشكلة Eml: يحتاج الجزء ذو الوضع المشترك من إشارة خرج المشغل إلى مسار عودة، وإذا لم يكن هناك مسار عودة، فإن قناة العودة ذات المقاومة المنخفضة (أرضية الإشارة) ستعود إلى المصدر على شكل إشعاع، وسيشع الناقل بأكمله موجات كهرومغناطيسية إلى الخارج مثل هوائي ضخم.