В предыдущем уроке я перечислил параметры интерфейсов, которые в большей мере влияют на помехоустойчивость. На первое место я поставил уровень сигналов в линии связи. Чем больше амплитуда сигнала, тем труднее помехе исказить сигнал до недопустимого состояния. Например, в стандартном интерфейсе UART:
- уровень логического 0 около 0 В;
- уровень логической 1 около 5 В;
- порог срабатывания входов приблизительно 2,5 В.
Значит, для того чтобы вызвать ложное срабатывание помехе или наводке, достаточно изменить напряжение в контуре передачи на 2,5 В (5 – 2,5 В или 0 + 2,5 В).
Вывод – для повышения помехоустойчивости необходимо увеличить напряжение сигналов в линии связи. Именно по такому пути пошли разработчики стандарта интерфейса RS-232.
Общее описание интерфейса RS-232.
Это один из самых распространенных в недавнем прошлом интерфейсов. Он был штатным устройством в любом персональном компьютере. В компьютерах RS-232 называется COM портом, в переводе - коммуникационный интерфейс. Практически вся аппаратура подключалась к компьютеру через COM порт.
Как правило, RS-232 присутствует и на современных системных платах. Часто он просто не выведен на заднюю стенку системного блока. Если же на компьютере нет COM порта, то его всегда можно реализовать с помощью простого преобразователя USB-COM, обычно встроенного в кабель.
Схема подключения устройств через RS-232 ничем не отличается от схемы для интерфейсов UART.
В минимальном варианте это два сигнала с общим проводом. Даже названия у сигналов такие же, как у UART.
Единственное отличие это уровни напряжения сигналов. Для RS-232 приняты следующие параметры:
Обычно логическим уровням сигнала 0/1 соответствуют напряжения +12 /- 12 В. Пороги срабатывания приемника четко нормированы: 0/1 соответствуют напряжениям +3 / -3 В. В диапазоне -3 … +3 В состояние сигнала считается неопределенным. Оно остается прежним до тех пор, пока уровень сигнала не достигнет противоположного порога.
При таких параметрах сигналов, для того чтобы вызвать ложное срабатывание помеха должна навести в контур передачи напряжение:
- + 15 В для состояния логической 1 (-12 В увеличить до + 3 В);
- - 15 В для состояния логического 0 (+12 В уменьшить до - 3 В).
Сравните с аналогичным значением напряжения помехи для UART, равным 2,5 В. Увеличение амплитуды сигналов и порога срабатывания одинаково благоприятно сказывается на всех видах помех:
- помехи и наводки от внешних электромагнитных полей;
- взаимное влияние линия связи:
- земляные помехи и токи утечек в общем проводе.
Все остальные проблемы UART остаются в RS-232:
- отсутствие гальванической развязки;
- общий провод, который не позволяет эффективно использовать витые пары;
- помехи по контуру заземления.
Можно привести схему влияния помех на сигналы в линиях связи RS-232. Эта абсолютно та же схема из предыдущего урока для интерфейса UART.
Тем не менее, одно повышение уровня сигналов позволило значительно увеличить максимальную длину линии связи. Стандарт RS-232 нормирует максимально допустимое расстояние между абонентами 15 м. И это для соединения простыми неэкранированными проводами.
В зависимости от конкретных условий (экранированных проводов, снижения скорости передачи, общей земли и т.п.) расстояние между устройствами может достигать нескольких десятков метров.
Параметры интерфейса RS-232.
Есть отечественные, еще советские ГОСТы. В них интерфейс RS-232 назван ”Стык С2”, очевидно из идеологических соображений.
Основные параметры я свел в таблицу.
| Параметр | Значение |
| Топология | Радиальный интерфейс |
| Линия связи | Сигналы (2-8) с общим проводом |
| Гальваническая развязка | нет |
| Скорость передачи | до 460 кбит в сек |
| Максимальная длина линии связи | 15 м |
| Приемник | |
| Напряжение логического 0 | более + 3 В |
| Напряжение логической 1 | менее – 3 В |
| Входное сопротивление | 3000 … 7000 Ом |
| Входное напряжение | ± 3 … ± 15 В |
| Входная емкость | не более 2500 пкФ |
| Передатчик | |
| Короткое замыкание и обрыв | Допускаются без ограничения во времени |
| Выходное напряжение в разомкнутой цепи | не более ± 15 В |
| Ток короткого замыкания | не более 0,5 А | до 2500 пкФ |
Разъемы интерфейса RS-232.
Кроме известных нам сигналов TxD и RxD стандарт на интерфейс описывает еще несколько необязательных сигналов, предназначенных для управления потоком данных. В компьютерном COM порте эти сигналы реализованы. Ими можно произвольно управлять из программы.
Как правило, дополнительные сигналы используются как универсальные входы и выходы. Например, сигнал DTR сбрасывает микроконтроллер плат Ардуино при загрузке программы из Arduino IDE. Я не буду подробно описывать их стандартное назначение.
Первоначально в интерфейсе RS-232 применялись 25 контактные разъемы DB-25. Затем стандартным разъемом стал 9 контактный DB-9.
В настоящее время стандартным разъемом интерфейса RS-232 является DB-9.
В обоих случаях со стороны блочной части используются вилки, а кабельная часть это розетки.
В таблице приведено назначение контактов RS-232 для обоих типов разъемов.
| Контакт для DB-25 | Контакт для DB-9 | Название сигнала | Направление | Описание |
| 8 | 1 | DCD | вход | Наличие несущей. Уровень принимаемого сигнала в норме, модем подключен. |
| 3 | 2 | RxD | вход | Прием данных. Данные от другого устройства. |
| 2 | 3 | TxD | выход | Передача данных. Данные передаваемые на другое устройство. |
| 20 | 4 | DTR | выход | Готовность приемника. Сообщает о готовности устройства к приему данных. |
| 7 | 5 | GND | Общий провод | |
| 6 | 6 | DSR | вход | Готовность передатчика. Устройство готово для передачи данных. |
| 4 | 7 | RTS | выход | Запрос на передачу данных. Переводит другое устройство в режим передачи данных. |
| 5 | 8 | CTS | вход | Готовность передаче. Готовность другого устройства к передаче. |
| 22 | 9 | RI | вход | Сигнал вызова. Индикатор вызова (телефонного звонка). |
Схемотехническая реализация RS-232.
Для того, чтобы из интерфейса UART сделать RS-232 достаточно добавить преобразователи уровней сигналов. Преобразователи не осуществляют никаких логических действий. Они просто конвертируют сигналы логических уровней 0/5 В в уровни +12 / -12 В и наоборот.
Преобразователи можно реализовать на дискретных элементах. Вот схема приемника на базе инвертирующего транзисторного ключа.
Передатчики реализовать на дискретных элементах гораздо сложнее. Требуется двух полярный ключ и два питания к нему + 12 В и – 12 В. Иногда используют транзисторные ключи формирующие выходной сигнал 0 / 5 В. Некоторые приемники RS-232 работают с таким сигналом, некоторые нет. В любом случае нормальная работа интерфейса с такими сигналами не гарантируется.
Для реализации полноценного двухстороннего обмена лучше использовать интегральные преобразователи RS-232. Их существует множество. Я предпочитаю микросхемы MAX232, SP232, ADM232.
| Микросхема | Производитель | Ссылка на документацию |
| MAX232 | Maxim Integrated Products | |
| SP232 | Sipex | |
| ADM232 | Analog Devices |
Это микросхемы разных производителей, но с одинаковыми функциями, параметрами, назначением выводов. Я собираюсь сделать их обзор в разделе электронные компоненты.
В 16 выводном корпусе реализованы преобразователи уровней для 2 входных и 2 выходных сигналов RS-232. Питаются преобразователи от одного напряжения 5 В. Необходимые для передатчиков напряжения + 12 В и – 12 В вырабатываются на внутренних конденсаторных инверторах. Микросхема требует подключения 5 внешних компонентов, все конденсаторы.
Подключение платы Ардуино через интерфейс RS-232.
Думаю после всего выше написанного подключение платы Ардуино к компьютеру или соединение плат Ардуино между собой через RS-232 не вызовет никаких проблем.
Надо добавит к плате преобразователь уровней RS-232. Можно использовать готовый модуль, например, этот.
Программы из уроков 48 и 49 должны без проблем работать с RS-232. Мы ничего не поменяли в логике работы сети. Изменили только уровни сигналов.
Интерфейс RS-422.
Очень коротко расскажу об этом интерфейсе. Он применяется крайне редко.
Это радиальный интерфейс, в котором передача сигналов происходит дифференциальным способом. Для подключения каждого сигнала используется витая пара из двух проводов (линий). Передатчики формируют на линиях противофазные логические уровни, а приемники воспринимают разность напряжения между линиями. В результате значительно повышается помехоустойчивость системы.
Способ передачи сигналов, электрические параметры RS-422 полностью соответствуют требованиям интерфейса RS-485. Отличие только в том, что RS-422 радиальный интерфейс, а RS-485 – шинный. Через первый можно связать только 2 устройства между собой, а вторым интерфейсом можно соединить одной линией связи несколько устройств.
Подробно об этом всем я расскажу в уроке про RS-485. А сейчас коротко приведу основные параметры RS-422.
В следующем уроке расскажу об интерфейсе ИРПС, очень простом, но эффективном способе передачи данных.
RS-232 - популярный протокол, применяемый для связи компьютеров с модемами и другими периферийными устройствами. Это интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 20 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса.
Последовательный интерфейс RS-232 - обзор стандарта
Это широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально он создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных сферах.
Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства. Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.
| Стандарт | EIA RS-232-C, CCITT V.24 |
| Скорость передачи | 115 Кбит/с (максимум) |
| Расстояние передачи | 15 м (максимум) |
| Характер сигнала | несимметричный по напряжению |
| Количество драйверов | 1 |
| Количество приемников | 1 |
| Схема соединения | полный дуплекс, от точки к точке |
Порядок обмена по интерфейсу RS-232C:
| Наименование | Направление | Описание | Контакт (25-контактный разъем) | Контакт (9-контактный разъем) |
| DCD | IN | Carrier Detect (Определение несущей) | 8 | 1 |
| RXD | IN | Receive Data (Принимаемые данные) | 3 | 2 |
| TXD | OUT | Transmit Data (Передаваемые данные) | 2 | 3 |
| DTR | OUT | Data Terminal Ready (Готовность терминала) | 20 | 4 |
| GND | - | System Ground (Корпус системы) | 7 | 5 |
| DSR | IN | Data Set Ready (Готовность данных) | 6 | 6 |
| RTS | OUT | Request to Send (Запрос на отправку) | 4 | 7 |
| CTS | IN | Clear to Send (Готовность приема) | 5 | 8 |
| RI | IN | Ring Indicator (Индикатор) | 22 | 9 |
Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются:
- возможность передачи на значительно большие расстояния;
- гораздо более простой соединительный кабель.
- Смотрите схему
Назначение сигналов следующее:
- FG - защитное заземление (экран).
- TxD - данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).
- RxD - данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).
- RTS - сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.
- CTS - сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника.
- DSR - готовность данных. Используется для задания режима модема.
- SG - сигнальное заземление, нулевой провод.
- DCD - обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала).
- DTR - готовность выходных данных.
- RI - индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.
Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.
Формат передаваемых данных показан на рисунке ниже. Собственно, данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10 %). Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.
Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рисунок ниже). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).
Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи, но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.
Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам:
- COM1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4);
- COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3);
- COM3 (адреса 3F8h...3EFh, прерывание IRQ10);
- COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11).
Распиновки кабелей RS-232
Рассмотрим стандартные и не очень распиновки кабелей.
Условные обозначения:
- F - «мама»;
- M - «папа»;
- «-» - соединение;
- «х» - нет соединения;
- «+» - линии объединяются.
Применяется для соединения таких устройств как компьютер и модем.
Соединение прямое:
- 1 - 1
- 2 - 2
- 3 - 3
- 9 - 9
Примечание: Экраны соединяются.
DTE 9 F <--> DTE 9 F (Null-modem 9)
Применяется для соединения таких устройств как компьютер и компьютер.
Соединение:
- 1+7- 8
- 2 - 3
- 3 - 2
- 4 - 6
- 5 - 5
- 6 - 4
- 7+1 - 8
- 8 - 1+7
Примечание: 1 и 7 контакты на разъемах соединены между собой. 9 не используется. Экраны соединяются.
DTE 25 F <--> DCE 9 M
Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и 9-пиновая мышь (или модем).
Соединение:
- 2 - 3
- 3 - 2
- 4 - 7
- 5 - 8
- 6 - 6
- 7 - 5
- 8 - 1
- 20 - 4
- 22 – 9
Примечание:
DTE 9 F <--> DCE 25 M
Применяется для соединения таких устройств как компьютер (9-пиновый разъем) и 25-пиновая мышь (или модем).
Соединение:
- 1 - 8
- 2 - 3
- 3 - 2
- 4 - 20
- 5 - 7
- 6 - 6
- 7 - 4
- 8 - 5
- 9 - 22
Примечание: Остальные не используются. Экраны соединяются.
DTE 25 F <--> DCE 25 M
Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и 25-пиновая мышь (или модем).
Соединение прямое:
- 1 - 1
- 2 - 2
- 3 - 3
- 4 - 4
- 24 - 24
- 25 – 25
Примечание: Экраны соединяются.
DTE 25 F <--> DTE 25 F (Null-modem Универсальный 25)
Применяется для соединения таких устройств как компьютер (25-пиновый разъем) и компьютер (25-пиновый разъем).
Соединение:
- 1 - 1
- 2 - 3
- 3 - 2
- 4 - 5
- 5 - 4
- 6+8 - 20
- 7 - 7
- 20 - 6+8
Примечание: Остальные не используются. Экраны соединяются.
Заглушка на COM-порт 9 pin F
Соединение:
- 1+6+4
Примечание: Остальные не используются.
Заглушка на COM-порт 25 pin F
Применяется для тестирования коммуникационных приложений.
Соединение:
- 6+8+20
Примечание: Остальные не используются.
Как получить 5 вольт от порта RS-232?
Список необходимых деталей:
- Линейный регулятор - L78L05.
- 2 выпрямительных диода (D1, D2) - 1N4004.
- Электролитический конденсатор (C1) - 22 мкФ.
- Конденсатор (C2) - 0.001 мкФ.
- 2 резистора (R1, R2) - 43 Ом.
Преобразователи интерфейса RS-232
Конвертер RS-232 в TTL
При разработке различного рода электронных устройств с использованием микроконтроллеров очень часто оказывается полезной возможность подключения их к персональному компьютеру через последовательный порт. Однако напрямую это сделать невозможно, поскольку по стандарту RS-232 сигнал передается уровнями -3...-15 В (логическая <1>) и +3..+15В (логический <0>).
Для преобразования уровней RS-232 в стандартные логические уровни TTL обычно используют специальные микросхемы преобразователей. Однако далеко не всегда имеет смысл закладывать преобразователь уровней в схему проектируемого устройства, поскольку часто бывает так, что связь с компьютером нужна только на этапе изготовления и отладки устройства, а для конечного изделия в ней нет никакой необходимости.
В системе «Орион» интерфейс RS-232 используется для подключения пульта контроля и управления «С2000»/«С2000М» к СОМ-порту компьютера с установленным на нем АРМ «Орион»/«Орион Про».
В системах, допускающих работу под управлением АРМ «Орион»/«Орион Про» без резервирования пультом «С2000»/«С2000М» (например, в системах охранной сигнализации или контроля доступа), интерфейс RS-232 используется для подключения преобразователя интерфейса «С2000-ПИ» или «ПИ-ГР» к СОМ-порту компьютера. К преобразователю, в свою очередь, подключаются приборы системы «Орион» по интерфейсу RS-485.
RS-232 имеет следующие ограничения: максимальная длина – 15 м и соединение только типа «точка-точка», т.е. непосредственно подключить несколько пультов к одному СОМ-порту нельзя.
В простейшем случае к компьютеру подключается только один пульт. Эта схема приведена на рис.
Недостатком такой схемы является отсутствие гальванической изоляции между приборами и компьютером. Схема подключения пульта к компьютеру с использованием повторителя интерфейсов «С2000-ПИ», обеспечивающего гальваническую изоляцию, приведена на рис.
ВНИМАНИЕ! Во избежание гальванической связи между компьютером и приборами пульт, повторитель и приборы нельзя подключать к одному источнику питания. Питание на пульт и «С2000-ПИ» должно подаваться от отдельного источника.
Пульту должен быть присвоен сетевой адрес, и установлен режим «КОМПЬЮТЕР» для работы по интерфейсу RS-232.
С помощью преобразователей интерфейсов RS-232/RS-485 с автоматическим переключением приема/передачи (например, «С2000-ПИ») можно подключить несколько пультов к одному СОМ-порту компьютера. Один преобразователь следует подключить к СОМ-порту компьютера, остальные - к пультам по интерфейсу RS-232, а затем объединить преобразователи по интерфейсу RS-485 (см. схему на рис. выше). Кроме того, преобразователи обеспечат гальваническую изоляцию компьютера от пультов и приборов.
Для работы по интерфейсу RS-232 каждому пульту нужно задать уникальный сетевой адрес и режим «КОМПЬЮТЕР».
При использовании АРМ «Орион» к одному СОМ-порту можно подключить до 127 устройств. Либо это будет один пульт «С2000»/ «С2000М» и до 126 приборов, схема как на рисунках выше. Либо это будет несколько пультов с подключёнными приборами, как на рис.
При этом общее количество и пультов, и приборов не должно превышать 127. В такой системе все приборы и пульты должны иметь уникальные сетевые адреса от 1 до 127, т.е. адреса приборов, подключенных к разным пультам, не должны пересекаться.
При использовании АРМ «Орион Про» к каждому COM-порту можно подключить либо до 127 приборов (приборы подключаются через преобразователи интерфейсов «ПИ-ГР», «С2000-ПИ» или «C2000 USB»), либо до 127 пультов «С2000» или «С2000М». К каждому пульту при этом можно подключить до 127 приборов. При организации системы по второму варианту компьютер опрашивает не приборы, а пульты. Пульты, в свою очередь, опрашивают подключённые к ним приборы. Каждому пульту должен быть задан сетевой адрес (от 1 до 127). Адресация приборов в системе имеет 3 уровня (номер COM-порта, адрес пульта, адрес прибора), поэтому адреса приборов, подключённых к разным пультам, могут пересекаться, как и адреса пультов, подключённых к разным COM-портам компьютера. Максимальное количество устройств, подключаемых к одному компьютеру с «Оперативной задачей Орион Про», на сегодняшний день составляет 1024.
Как уже было сказано, такая схема применяется в случае, если к COM-порту нужно подключить несколько устройств. На текущий момент АРМ «Орион» поддерживает только один СОМ-порт. АРМ «Орион Про» поддерживает до 20 физических СОМ-портов и до 127 виртуальных СОМ-портов. При использовании АРМ «Орион Про» каждый пульт можно подключать к своему COM-порту (используя схему с гальванической изоляцией или без).
В настоящее время не все компьютеры имеют СОМ-порт. Для решения задачи подключения приборов системы «Орион» к компьютеру с АРМ можно применить USB-COM преобразователи, например, «USB-RS485», а также PCI-плату расширения портов. Основные достоинства данных PCI-плат:
- возможность использовать до 8 COM-портов;
- поддержка интерфейса RS-232/RS-485.
Специалистами компании «Болид» была протестирована плата расширения COM-портов MOXA CP 118U. Она позволяет подключать приборы по интерфейсу RS-485 напрямую к ПК с АРМ «Орион Про» (без использования преобразователя интерфейса), а также подключать несколько пультов (каждый к своему СОМ-порту).
Подключение приборов к компьютеру через пульты «С2000»/«С2000М» позволяет б|ольшую часть функций управления приборами переложить с АРМ на пульты. Здесь важно учитывать, что каждый пульт может управлять только подключёнными к нему приборами, поэтому взаимодействие приборов, подключённых к разным пультам, возможно только через АРМ. При неисправности компьютера каждый пульт будет управлять подключёнными к нему приборами в соответствие с запрограммированной в нем базой данных. То есть система распадается на несколько независимых подсистем.
Полученные от приборов сообщения сохраняются в кольцевом энергонезависимом буфере пультов, объем которого составляет 8000 событий (для «С2000М» вер.3.0х). При восстановлении работы компьютера эти сообщения будут вычитаны АРМ.
Допустим, в системе используется несколько приборов «С2000-КДЛ», релейных блоков «С2000-СП1», клавиатур «С2000-К» и блоков индикации «С2000-БИ». Причём из-за ограниченного размера базы данных пульта требуется использовать несколько пультов «С2000»/«С2000М». Каждый пульт организует взаимодействие только подключённых к нему приборов. В частности, он позволит отображать на блоках индикации состояния своих разделов, управлять этими разделами с клавиатур и с самого пульта, автоматически управлять релейными выходами своих блоков «С2000-СП1» от своих разделов. Взаимодействие приборов, подключённых к разным пультам, возможно только через АРМ. При отключении компьютера с работающим на нем АРМ эта связь нарушается. Поэтому если требуется, например, организовать релейный выход, который должен отрабатывать состояние всех шлейфов сигнализации системы, и этот выход должен работать при отключении компьютера, лучше его организовать путём монтажного объединения выходов каждой подсистемы (параллельного или последовательного, в зависимости от требуемой тактики работы выхода).
При подключении к АРМ нескольких подсистем следует использовать пульты «С2000М», так как при использовании пультов «С2000» будут следующие ограничения:
- Невозможно организовать централизованный контроль доступа;
- Управлять взятием/снятием с охраны разделов с клавиатур «С2000-К» и блока «С2000-4», прибора «С2000-КДЛ» и т.п. можно только в рамках одной подсистемы на пульте «С2000». Это означает, что с какой-либо клавиатуры «С2000-К» можно управлять взятием/снятием с охраны разделов того пульта, к которому подключена клавиатура. Управление с этой клавиатуры приборами, подключёнными к другим пультам, невозможно. Из оперативной задачи АРМ можно управлять взятием/снятием с охраны разделов всех подсистем. При использовании пульта «С2000М» первое ограничение снимается. Что касается второго, то можно управлять взятием/снятием с охраны разделов одной подсистемы с помощью всех приборов другой подсистемы, за исключением клавиатур «С2000-К». Например, используя считыватели устройств «С2000-4», «С2000-2», «С2000-КДЛ». Также можно управлять взятием/снятием с охраны разделов одной подсистемы с пульта «С2000М» другой подсистемы. Клавиатуры «С2000-К» так же, как и в первом случае, работают только в рамках своей подсистемы.
Помимо схемы, представленной на предыдущем рисунке, подключить несколько пультов «С2000М» к компьютеру с АРМ можно при помощи ЛВС и преобразователей «С2000-Ethernet».
Основными достоинствами ЛВС являются:
- повсеместное использование сетей Ethernet;
- высокая помехозащищенность;
Также при использовании «С2000-Ethernet» возможно объединение приборов ИСО «Орион» через глобальную сеть Internet используя VPN туннель.
Для трансляции по указной схеме необходима устойчивая связь между VPN шлюзами (зависит от характеристик выделенных каналов Internet).
В «С2000-Ethernet» имеется поддержка прямой передачи данных по ЛВС, т.е. на стороне ПК с АРМ используется только сеть Ethernet, а ПО формирует один виртуальный COM-порт для группы удаленных «C2000-Ethernet» (см. рис.). При этом повышается быстродействие и упрощается монтаж системы, т.к. на стороне АРМ нет необходимости использовать COM-порт.
Обращаем Ваше внимание на то, что развёрнутые протоколы испытаний устройств передачи данных по различным каналам связи, о которых дальше будет идти речь, с необходимыми настройками можно найти на сайте сайт в разделе «Техническая поддержка»/ «Рекомендации по применению».
Ещё одним вариантом подключения пульта «С2000М» к компьютеру с АРМ является использование волоконно-оптической линии связи и преобразователей «RS-FX-MM» (для многомодовых ВОЛС), «RS-FX-SM40» (для одномодовых ВОЛС).
Основные достоинства ВОЛС:
- высокая помехозащищенность;
- искро-взрывобезопасность;
- высокая скорость передачи данных.
Компания «Болид» поставляет сертифицированные в соответствии с преобразователи информационных интерфейсов ИСО «Орион» в ВОЛС, которые могут применяться в том числе в системах АПС и пожарной автоматики. Максимальная длина передачи данных для преобразователя «RS-FX-MM» составляет 2 км, для преобразователя «RS-FX-SM40» - 40 км.
Организовать связь сетевого контроллера (компьютера с установленным АРМ «Орион»/ «Орион Про» или пульта «С2000»/«С2000М») с удаленными приборами ИСО «Орион» можно также с помощью стандартного цифрового канала связи в потоке Е1.
Основными достоинствами цифровых каналов связи являются:
- высокая помехоустойчивость;
- высокая степень защиты передаваемой информации;
- высокая скорость передачи данных;
- слабая зависимость качества передачи от длины линии связи.
Специалистами компании «Болид» была проверена работа системы «Орион» с применением мультиплексоров «ГМ-2» фирмы «Зелакс» для передачи сообщений по цифровому каналу связи в потоке Е1.
Описание интерфейса RS-232, формат используемых разъемов и назначение выводов, обозначения сигналов, протокол обмена данными.
Общее описание
Интерфейс RS-232, совсем официально называемый "EIA/TIA-232-E", но более известный как интерфейс "COM-порта", ранее был одним из самых распространенных интерфейсов в компьютерной технике. Он до сих пор встречается в настольных компьютерах, несмотря на появление более скоростных и "интеллектуальных" интерфейсов, таких как USB и FireWare. К его достоинствам с точки зрения радиолюбителей можно отнести невысокую минимальную скорость и простоту реализации протокола в самодельном устройстве.
Физический интерфейс реализуется одним из двух типов разъемов: DB-9M или DB-25M, последний в выпускаемых в настоящее время компьютерах практически не встречается.
Назначение выводов 9-контактного разъема
|
9-контактная вилка типа DB-9M Нумерация контактов со стороны штырьков Направление сигналов указано относительно хоста (компьютера) |
|
Назначение выводов 25-контактного разъема
|
|
Из таблиц видно, что 25-контактный интерфейс отличается наличием полноценного второго канала приема-передачи (сигналы, обозначенные "#2"), а также многочисленных дополнительных управляющих и контрольных сигналов. Однако, часто, несмотря на наличие в компьютере "широкого" разъема, дополнительные сигналы на нем просто не подключены.
Электрические характеристики
Логические уровни передатчика: "0" - от +5 до +15 Вольт, "1" - от -5 до -15 Вольт.
Логические уровни приемника: "0" - выше +3 Вольт, "1" - ниже -3 Вольт.
входное сопротивление приемника не менее 3 кОм.Данные характеристики определены стандартом как минимальные, гарантирующие совместимость устройств, однако реальные характеристики обычно существенно лучше, что позволяет, с одной стороны, питать маломощные устройства от порта (например, так спроектированы многочисленные самодельные data-кабели для сотовых телефонов), а с другой - подавать на вход порта инвертированный TTL-уровень вместо двуполярного сигнала.
Описание основных сигналов интерфейса
CD - Устройство устанавливает этот сигнал, когда обнаруживает несущую в принимаемом сигнале. Обычно этот сигнал используется модемами, которые таким образом сообщают хосту о обнаружении работающего модема на другом конце линии.
RXD - Линия приема хостом данных от устройства. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
TXD - Линия передачи хостом данных к устройству. Подробно описана в разделе "Протокол обмена данными".
DTR - Хост устанавливает этот сигнал, когда готов к обмену данными. Фактически сигнал устанавливается при открытии порта коммуникационной программой и остается в этом состоянии все время, пока порт открыт.
DSR - Устройство устанавливает этот сигнал, когда включено и готово к обмену данными с хостом. Этот и предыдущий (DTR) сигналы должны быть установлены для обмена данными.
RTS - Хост устанавливает этот сигнал перед тем, как начать передачу данных устройству, а также сигнализирует о готовности к приему данных от устройства. Используется при аппаратном управлении обменом данными.
CTS - Устройство устанавливает этот сигнал в ответ на установку хостом предыдущего (RTS), когда готово принять данные (например, когда предыдущие присланные хостом данные переданы модемом в линию или есть свободное место в промежуточном буфере).
RI - Устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.
Протокол обмена данными
В протоколе RS-232 существуют два метода управления обменом данных: аппаратный и программный, а также два режима передачи: синхронный и асинхронный. Протокол позволяет использовать любой из методов управления совместно с любым режимом передачи. Также допускается работа без управления потоком, что подразумевает постоянную готовность хоста и устройства к приему данных, когда связь установлена (сигналы DTR и DSR установлены).
Аппаратный метод управления реализуется с помощью сигналов RTS и CTS. Для передачи данных хост (компьютер) устанавливает сигнал RTS и ждет установки устройством сигнала CTS, после чего начинает передачу данных до тех пор, пока сигнал CTS установлен. Сигнал CTS проверяется хостом непосредственно перед началом передачи очередного байта, поэтому байт, который уже начал передаваться, будет передан полностью независимо от значения CTS. В полудуплексном режиме обмена данными (устройство и хост передают данные по очереди, в полнодуплексном режиме они могут делать это одновременно) снятие сигнала RTS хостом означает его переход в режим приема.
Программный метод управления заключается в передаче принимающей стороной специальных символов остановки (символ с кодом 0x13, называемый XOFF) и возобновления (символ с кодом 0x11, называемый XON) передачи. При получении данных символов передающая сторона должна соответственно остановить передачу или возобновить ее (при наличии данных, ожидающих передачи). Этот метод проще с точки зрения реализации аппаратуры, однако обеспечивает более медленную реакцию и соответственно требует заблаговременного извещения передатчика при уменьшении свободного места в приемном буфере до определенного предела.
Синхронный режим передачи подразумевает непрерывный обмен данными, когда биты следуют один за другим без дополнительных пауз с заданной скоростью. Этот режим COM-портом не поддерживается .
Асинхронный режим передачи состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов. Схема потока данных в асинхронном режиме представлена на рисунке.
Один из возможных алгоритмов работы приемника следующий:
- Ожидать уровня "0" сигнала приема (RXD в случае хоста, TXD в случае устройства).
- Отсчитать половину длительности бита и проверить, что уровень сигнала все еще "0"
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала записать в младший бит данных (бит 0)
- Повторить предыдущий пункт для всех остальных битов данных
- Отсчитать полную длительность бита и текущий уровень сигнала использовать для проверки правильности приема с помощью контроля четности (см. далее)
- Отсчитать полную длительность бита и убедиться, что текущий уровень сигнала "1".
Интерфейсов. Определить их и знать все простому пользователю практически невозможно. Когда новичок решает собрать самостоятельно персональный компьютер, возникает много вопросов касательно совместимости. Сегодня мы узнаем, что такое интерфейсы RS-232.
Понятие
Если вы столкнулись с тем, что не знаете, что это за разъем и для чего он нужен, то разберемся далее в этом. Данный стандарт относится к физическому уровню и был разработан как «напарник» асинхронному интерфейсу. Чаще всего, вспоминая о RS-232, специалисты упоминают о последовательном порте ПК.
Так сложилось, что он часто применялся в сфере телекоммуникаций. Сейчас же известен всем благодаря развитию компьютеров. Его подключают к ПК в случае ненадобности высоких скоростей передачи данных, а также если синхронизируемое устройство не находится на дальнем расстоянии. Если же перед нами компьютер для офисной работы или развлечений, то интерфейсы RS-232 заменяются на USB.
История
В середине прошлого века началось активное развитие технологий, в частности телекоммуникаций. Каждая компания, которая занималась выпуском определенного оборудования, разрабатывала собственный стандарт для передачи данных. Соответственно, использовать подобные устройства было сложно, так как возникали проблемы с совместимостью.
Чтобы решить этот вопрос навсегда и стандартизировать все, что уже наработали, в 1962 году организовали специальную ассоциацию. Она сформировала рекомендации для производителя, которые назвала «Рекомендованный стандарт 232». Вот так появилась необходимость разрабатывать интерфейсы RS-232.
Теперь кодирование символов находилось в ограничениях от 5 до 8 бит. Напряжение сигнала не поднималось выше +25 В и не опускалось ниже -25 В. Была возможность организовать сервисные сигналы, которые в целом не обязательно было использовать. Передача данных происходила в двух режимах: синхронном и асинхронном. Благодаря всем установленным характеристикам, стандарт идеально подошел для телекоммуникационных оборудований.
Развитие
Уже через семь лет после основания стали появляться новые редакции. RS-232C был переработан в связи со всеми недостатками, которые удалось обнаружить за это время. Было решено назначить разъему DB25 25 контактов. Этот вариант стал действительно «работой над ошибками», поэтому не изменялся длительно время и стал базисным на долгие годы вперед.
Уже в 1983 году стали известны персональные компьютеры с использованием этого стандарта. Начали использовать приемопередатчик UART. В одной из новинок было аж 4 таких передатчика, которые получили название COM-порт.
Развитие подобных стандартов стало набирать обороты. Производители осознали принцип действий в таких ситуациях, поэтому сама Ассоциация начала терять господство. В 1986 году RS меняется на EIA. Когда права из одной компании перешли в другую, было выпущено еще пара вариаций стандарта. В целом ничего нового так и не внедрили в интерфейсы RS-232.
Работа
Благодаря этому стандарту стало возможно передавать данные или специальные сигналы между двумя устройствами, одно из которых терминал, а второе - коммуникационное. Передача осуществляется до 15 метров, а максимальная скорость может достигнуть 115200 бод. Интересно, что интерфейс прост в использовании и программировании. Эго часто используют, если нужно удлинить расстояние. Специалисты просто пропорционально снижают скорость.
Цели
Известно, что последовательный интерфейс RS-232 впервые был применен от телефонного модема к ПК. Из-за этого вскоре заполучил рудименты, среди которых была отдельная линия «Звонок». Со временем интернет-девайсы поменяли разъемы и стали подключаться с помощью USB. Сам же обозреваемый разъем никуда не исчез с интерфейсной панели, поэтому другие производители решили создавать к своим устройствам совместимые кабели, чтобы подключаться к системе. Так, стали известны компьютерные мыши с RS-232.
Сейчас этот интерфейс чаще встречается в узкоспециальных девайсах, промышленном оборудовании и микропроцессорных системах. В итоге, на современных нетбуках или ноутбуках кабель интерфейса RS-232 практически не встречается. А вот некоторые материнские платы стационарных систем все еще имеют этот разъем. В итоге, есть как одиночные слоты, так и колодка шлейфовая на материнке. Чтобы этот разъем не был бесполезным, некоторые предоставляют преобразователи.
Функционирование
Как известно, обозреваемый герой является дуплексным интерфейсом. Он передает данные как асинхронный последовательный интерфейс. По проводу проходит двоичный сигнал, который получил два уровня напряжения. Так происходит передача информации.
Если рассматривать логические показатели, то к «нулю» соотносимо положительное напряжение, а к «единице» - отрицательное. Чтобы данная структура работала как следует, разработчики используют большое количество микросхем «дров». Интерфейсы RS-232 обычно имеют не только стандартные линии входа и выхода, но и особые вспомогательные дорожки, чтобы управлять потоком с аппаратной стороны и регулировать специальные функции.
Линии
Интересно, что этот порт оснастили типом D, с 25 контактами. Каждый имеет свое сокращение и направление. Имеют полное название и отвечают за определенную характеристику. Так есть передаваемые и принимаемые данные, запрос и сброс передачи, положительное и отрицательное напряжение, выравнивание режима, синхронизация приемника, индикатор звонка и т.д.
Классы
Если перед нами терминальное устройство, то у него разъем будет оснащен контактами, если же связное - то отверстиями. Вроде как стандартное положение, но иногда случаются исключения. Сигналы интерфейс подключения RS-232 разделены по классам.
Последовательные материалы типа TXD, работают с независимым каналом последовательной передачи, который делится на первичные и вторичные. Линии работают, передавая информацию и получая её.
Управляющий тип RTS имеет в названии слово квитирование. Оно означает способ, при котором сигналы с последовательной линией связи начинают общение с одной передачи до фактической. Есть класс синхронизации. В этом режиме оборудования передают сигналы между собой, что позволяет упрощать передачу при декодировании.
Преобразователи
Прежде чем разобраться с преобразователем интерфейсов RS-232, стоит знать в принципе, что это и для чего необходимо. Чтобы было понятнее, преобразователь - это переходник. В том случае, если устройство имеет один разъем, но вам необходим другой, можно просто прикупить адаптер. Таким образом, все необходимые слоты либо становятся нужными, либо просто не занимают лишнее место.
В нашем случае, возможно использовать подключение оборудования с интерфейсами RS-232/422/485 для COM-портов. В итоге происходит гальваническая развязка стандартов, передача информации проходит в трудных условиях с электромагнитными помехами. Проблема в этом случае связана только с тем, что простого подключения не хватит, придется настраивать программный уровень.
В целом разное оборудование требует для передачи данных своих особых технологий. Поэтому, нужно работать с унифицированием протоколов, переводить данные в единый вид только при наличии преобразователя - невозможно. Задача такого адаптера состоит в том, что происходит адаптация вида информации, которые передаются между определенными частями системы со специальными технологиями.
Так, переработка пакетов проходит на программном этапе. Программа изменяет структуру материалов, которые передаются, использует иной протокол.
Классификация
Интересно, что любой преобразователь интерфейса RS-232 (etherne и другие), может характеризоваться по нескольким параметрам. Так, определяют стандарт, по типу оборудования и протоколам. Также рассматривают скорость передачи данных, которая определена максимальным количеством материалов за определенное время.
Следующий параметр - это возможное расстояние передачи данных, основанное на максимальном расстоянии узлов друг от друга, которые могут передавать информацию между собой, но при этом сохраняя её целостность. Линия передачи представлена средой, где как раз и происходит передача данных. Среди параметров есть количество «дров» и приемников, а также возможен анализ схемы «конектинга» основных компонентов.
Примеры
Чтобы интерфейсы RS-232 корректно работали в паре с RS-485/422, необходимо обзавестись не просто преобразователем, а программным управлением. Стоит помнить, что клеммы не все задействованы, поэтому из 10 остается только тройка передачи/приема данных и сигнального заземления. В итоге сам процесс преобразования представлен побитовой переработкой данных из одной формы в другую. В этот момент преобразование протоколов не происходит, как и трансформация «дров» порта ввода/вывода.