RS485, como protocolo de comunicación de datos común, se utiliza ampliamente en sistemas de control industrial, automatización de edificios, sistemas de seguridad y otros campos. Sin embargo, en algunas aplicaciones, se requiere tecnología de aislamiento RS485 para garantizar la estabilidad y seguridad del sistema. Este artículo explorará la necesidad del aislamiento RS485 y algunas soluciones de aislamiento comunes.
¿Qué es un circuito de aislamiento RS485?
Los circuitos RS485 se pueden dividir en tipos aislados y no aislados. El circuito aislado agrega rendimiento de aislamiento al circuito no aislado, lo que hace que el circuito sea más resistente a las interferencias y estabilidad del sistema. El aislamiento 485 se utiliza normalmente en las siguientes situaciones:
Protección de alto voltaje: cuando la interfaz externa RS485 se enfrenta a alto voltaje, puede dañar el circuito posterior e incluso causar riesgo de descarga eléctrica.
Comunicación de larga distancia: cuando los nodos de comunicación RS485 están muy separados y hay una diferencia de voltaje significativa entre sus respectivos potenciales de tierra, el potencial de tierra puede superponerse a la línea de señal en forma de voltaje de modo común, que puede exceder el voltaje común. -Modo de voltaje que el puerto puede soportar, afectando la comunicación normal y dañando los circuitos de fondo.
Problema del bucle de tierra: cuando los nodos de comunicación 485 de larga distancia se conectan al cable de tierra a través de cables, el cable de tierra puede formar un bucle de tierra y acoplar ruido externo de modo común, lo que genera una corriente de bucle de tierra y posiblemente una falla de todo el sistema de circuito.
¿Qué métodos pueden lograr el aislamiento RS485?
Para lograr el aislamiento RS485, se requieren dispositivos de aislamiento, incluidos aisladores de optoacoplador, aisladores magnéticos, chips de aislamiento, etc. Las soluciones de aislamiento más utilizadas son las siguientes:
Aislamiento del optoacoplador: la velocidad de comunicación del aislamiento del optoacoplador es baja, por lo que generalmente se elige el optoacoplador de alta velocidad para el aislamiento 485. Aunque el aislamiento del optoacoplador ocupa un área de PCB mayor, su costo es menor.
Chip de aislamiento 485 integrado: esta solución integra el dispositivo de aislamiento y el chip de conversión de nivel 485, como ISO1410 de TI, ADM2483 de ADI, NSi83085 de Nanocore, etc. Esta solución ocupa el área de PCB más pequeña, tiene una velocidad de comunicación moderada y es asequible, lo que la hace adecuada para la mayoría de las aplicaciones.
Chips de aislamiento digital dedicados: estos chips de aislamiento digital tienen velocidades de comunicación más rápidas y ocupan un área de PCB más pequeña que los optoacopladores, pero el costo es relativamente alto.
Chip de aislamiento con fuente de alimentación: este chip de aislamiento integra la función de aislamiento de energía y no requiere un módulo de alimentación aislado por separado. No solo ocupa un área de PCB más pequeña, sino que también proporciona energía al chip de conversión de nivel 485, pero el costo es mayor.
¿Cómo lograr el aislamiento RS485?
Los pasos de implementación específicos son los siguientes:
Seleccione un dispositivo de aislamiento: Primero, seleccione un dispositivo de aislamiento adecuado, como el ADM2483 de ADI u otros modelos adecuados. Estos aisladores suelen proporcionar voltajes de aislamiento de hasta 2500 V.
Diseño de fuente de alimentación: el aislador RS485 requiere dos fuentes de alimentación independientes, una para el circuito antes del aislamiento (como MCU) y otra para el circuito después del aislamiento (como el bus RS485). La energía aislada se puede lograr utilizando un convertidor CC-CC aislado.
Diseño de interfaz: la interfaz RS485 generalmente requiere una resistencia terminal de 120 ohmios para suprimir la reflexión de la señal. Además, se pueden agregar diodos TVS y perlas magnéticas para evitar descargas electrostáticas y filtrar el ruido de alta frecuencia.
Diseño de cableado: para reducir la interferencia electromagnética, las líneas A y B de RS485 deben tenderse juntas tanto como sea posible y alejadas de líneas de señal de alta velocidad o alta corriente.
Diseño de software: en el software, debe configurar correctamente el modo de funcionamiento del transceptor RS485, incluido semidúplex o dúplex completo, así como configurar parámetros como velocidad de datos, bits de datos, bits de parada y bits de paridad.
Cabe señalar que es posible que sea necesario ajustar el diseño específico de acuerdo con los requisitos de la aplicación real y las condiciones ambientales, y es necesario seleccionar los dispositivos de aislamiento adecuados para garantizar la estabilidad y confiabilidad del circuito de aislamiento.
El papel del circuito de aislamiento RS485
Las funciones del circuito de aislamiento RS485 son las siguientes:
Mejore la confiabilidad y estabilidad de la comunicación: el circuito de aislamiento puede prevenir eficazmente que el ruido eléctrico y las descargas eléctricas causen interferencias en el sistema, mejorando así la confiabilidad y estabilidad del sistema.
Protección de seguridad del equipo: el circuito de aislamiento RS485 puede evitar que descargas de alto voltaje causen daños al equipo y proteger la seguridad del equipo.
Mejore la calidad de la señal: los circuitos de aislamiento pueden reducir la interferencia durante la transmisión de la señal y mejorar la calidad de la señal.
Distancia extendida del sistema: la interfaz RS485 admite la transmisión de datos a larga distancia y el circuito de aislamiento puede extender aún más esta distancia.
Mejore la flexibilidad del sistema: el circuito de aislamiento RS485 puede aumentar la flexibilidad del sistema, permitiendo que el equipo se coloque en diferentes ubicaciones según sea necesario y es compatible con varios equipos y sistemas, lo que facilita la integración y expansión del sistema.
En resumen, la tecnología de aislamiento RS485 es de gran importancia en los campos de los sistemas de control industrial, la automatización de edificios, los instrumentos inteligentes y los sistemas de seguridad, y puede mejorar la confiabilidad, seguridad y estabilidad del sistema. Por lo tanto, al diseñar un sistema de comunicación RS485, es fundamental considerar un esquema de aislamiento adecuado.
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