RS-422 and RS-485 Standards Overview and System

                

RS-422 and RS-485 Standards Overview and System

             มาตรฐาน RS-422 หรือ RS-422-A ถูกกำหนดขึ้นโดยสมาคมผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์หรือ EIA เช่นเดียวกันกับมาตรฐาน RS-232 โดยมีจุดมุ่งหมายที่จะแก้ปัญหาเรื่องความยาวของสายสื่อสารโดยใช้การส่งสัญญาณแบบผลต่าง (Differential) แทนที่จะใช้การส่งสัญญาณแบบอ้างอิงกับจุดกราวนด์ (หรือสายดิน) เช่นเดียวกันกับ RS-232 การส่งสัญญาณแบบ Differential นี้ช่วยลดปัญหาสัญญาณรบกวนจาก 2 ปัจจัยด้วยกัน ได้แก่ ปัญหาแรงดันกราวนด์ 2 ฝั่งสายไม่เท่ากัน อันเกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลในสายกราวนด์ที่ยาวมากๆ ก่อให้เกิดความต่างศักดิ์ และปัญหาสัญญาณรบกวนที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสาย โดยหากสายไฟที่ใช้ถูกตีเกลียวและวางไว้ใกล้กัน เมื่อมีแรงดันเหนี่ยวนำจะปรากฏแรงดันรบกวนบนสายทั้งสองเท่าๆ กันเป็นผลให้ ตัวรับที่อ่านความต่างศักดิ์ระหว่างสายอ่านข้อมูลได้เช่นเดิม ทั้งสองปัจจัยนี้เองเป็นสาเหตุที่ทำให้ความต้านทานต่อสัญญาณรบกวนของการสื่อสารแบบ RS-232 ด้อยกว่า RS-422) ตามมาตรฐาน RS-422 นี้จะใช้สายสัญญาณทั้งหมด 4 เส้น (2 เส้นสำหรับการส่งสัญญาณ และอีก 2 เส้นสำหรับรับสัญญาณ) และสามารถใช้ความยาวสายสัญญาณได้ถึง 4,000 ฟุต (หรือ 1.2 กม.) ที่ความเร็ว 100,000 บิทต่อวินาที และการสื่อสารเป็นแบบ 2 ทางพร้อมกัน (Full Duplex)

                มาตรฐาน RS-485 กำหนดโดยสมาคมผู้ประกอบการอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์หรือ EIA เป็นมาตรฐานการเชื่อมต่อสัญญาณแบบอนุกรม (Serial Communication) มีลักษณะการเชื่อมต่อเป็นแบบหลายจุด (Multi-point) หรือ Multi-drop สายสัญญาณที่ใช้มีทั้งแบบที่เป็น 2 สายและแบบที่เป็น 4 สาย การต่อแบบหลายจุดนี้ทำให้สามารถมองสายสัญญาณเป็นบัสนำสัญญาณได้ (Signal Bus) จำนวนคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ที่สามารถอยู่บน RS-485 บัสหนึ่งถูกกำหนดไว้ที่ 32 ตัว ในกรณีที่ต้องการเพิ่มจะต้องมีตัวทวนสัญญาณ (Signal Repeater) หรือใช้ตัวส่ง-รับสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์ (ความต้านทานเสมือน) สูงขึ้น ซึ่งเราอาจเพิ่มจำนวนจุดเชื่อมต่อขึ้นได้ถึง 128 จุด ความยาวของสายสัญญาณตามมาตรฐาน RS-485 นี้สามารถยาวได้ถึง 1.2 กม เช่นเดียวกับมาตรฐาน RS-422 แต่การสื่อสารจะเป็นแบบสองทางไม่พร้อมกัน (Half Duplex) มีเพียงคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์ตัวเดียวเท่านั้นที่สามารถส่งสัญญาณออกได้ ณ เวลาหนึ่งๆ ส่วนที่เหลือจะเป็นผู้รับสัญญาณ หรือผู้ฟัง

                ในระบบเครือข่าย  RS-422/485 นั้นไม่มีข้อกำหนดในหัวข้อรูปแบบการเชื่อมต่อ การออกแบบการเชื่อมต่อมักขึ้นอยู่กับความต้องการของระบบ

                ระบบ 2 สาย และ 4 สาย (Two-wire and Four-wire System)
ระบบ RS-422  ใช้ 1 คู่สายสำหรับแต่ละสัญญาณ เช่น 1 คู่สายสำหรับสายส่ง , 1 คู่สายสำหรับสายรับ และในบางกรณีอาจมี 1 คู่สายทำหน้าที่ควบคุมการทำ tri-state ( handshake line ) ในการทำ tri-stated ของ RS-485 มีความสามารถทำให้การรับ-ส่งข้อมูลผ่านสายสัญญาณคู่เดียวกันได้หรือมีลักษณะการสื่อสารแบบ Half-duplex

                รูปแบบการเชื่อมต่อในลักษณะ 2 สายจะช่วยลดค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อระบบได้เนื่องจากใช้สายน้อยกว่า(สายสัญญาณ 2 สายและสายกราวด์ 1 สาย) ในการต่อแบบ 2 สายของอุปกรณ์ RS-485 จะมีข้อกำหนดการเชื่อมต่อทั้งแบบภายในและภายนอก ในการเชื่อมต่อภายในจะมีขั้วต่อ A และ B (ในบางครั้งแทนด้วย – และ + ) ให้ทำการเชื่อมต่อเข้ากับสายส่ง

                รูปแบบการเชื่อมต่อแบบ 4 สายจะมีขั้ว A และ B ทั้งที่ตัวส่งและตัวรับ ผู้ใช้สามารถส่งข้อมูลให้กับตัวรับโดยผ่านสาย 2 เส้นและส่งข้อมูลกลับผ่านสายอีก 2 สาย สายกราวด์ยังเป็นสายที่มีความสำคัญต่อระบบจำเป็นต้องใช้เป็นจุดอ้างอิงในการรักษาระดับแรงดันคอมมอนหรือ Vcm  (แรงดันที่วัดระหว่างสายสัญญาณแต่ละเส้นเทียบกับสายกราวด์) ระบบสามารถทนแรงดันคอมมอนได้ที่ค่าหนึ่ง ดังนั้นจำเป็นต้องรักษาแรงดันดังกล่าวให้อยู่ในช่วงที่อุปกรณ์รับได้ ถ้าไม่มีสายกราวด์ในระบบจะทำให้เกิดสัญญาณรบกวน ( noise ) และระบบจะไม่มีความมั่นคง

                - การเชื่อมต่อ RS422 แบบ Full Duplex เป็นการรับส่งข้อมูลแบบ 2 ทิศทาง สามารถรับส่งได้พร้อมกันตลอดเวลา

โดยแต่ละชุดจะมีสายสัญญาณชุดละ 2 คู่ ( 4 เส้น ) ลักษณะการรับส่งคล้ายกับการพูดคุยโทรศัพท์ทั่วไป โดยต่อสัญญาณจากวงจรรับเข้ากับวงจรส่งของทั้ง 2 ฝ่าย แต่ในการรับส่งแบบนี้จะใช้กับอุปกรณ์แบบ “Point-to-Point” คือมีตัวต้นทางและปลายทางอย่างละ 1 ตัว เหตุผลที่ใช้การสื่อสารแบบ RS422ก็เพื่อเพิ่มระยะทางการรับส่งให้ได้ไกลมากขึ้น โดยไม่ต้องดัดแปลงแก้ไขโปรแกรมเลย

การต่อสาย RS422 แบบ Full Duplex

          การเชื่อมต่อ RS422 แบบ Simplex เป็นการรับส่งข้อมูลแบบทิศทางเดียว โดยกําหนดทิศทางไว้คงที่ โดยทิศทาง

นั้นอาจเป็นรับเข้าอย่างเดียวหรือส่งออกอย่างเดียว ซึ่งวิธีนี้จะใช้สายสัญญาณ 1 คู่ ( 2 เส้น ) ข้อดีที่พิเศษคือ วงจรทางด้านภาคส่ง 1 ชุด สามารถต่อเข้ากับวงจรทางด้านรับได้มากถึง 32 ชุด โดยใช้สายเพียงคู่เดียว

การต่อสาย RS422 แบบ Simplex

การต่อสาย RS422 แบบรับหลายตัวพร้อมกัน

การเชื่อมต่อแบบ RS485

          จะต่อกันแบบขนานทั้งระบบ วิธีการต่อแบบนี้ต้องมีการจัดอันดับความสําคัญของอุปกรณ์ที่ต่ออยู่ในระบบ คือ ให้มีอุปกรณ์ทําหน้าที่เป็นตัวแม่่ (Master) 1 ตัว สําหรับทําหน้าที่เป็นตัวกลางในการรับส่งข้อมูลเองทั้งหมด หรือเป็นเพียงการจัดลําดับการรับส่งให้กับอุปกรณ์ตัวอื่นๆ ส่วนตัวลูก (Slave) ในครั้งแรกต้องกําหนดให้เป็นการรับข้อมูลไว้ตลอดเวลา ตัวแม่จะทําหน้าที่ Scan ตัวลูกทีละตัว เพื่อตรวจสอบว่ามีข้อมูลที่ต้องการส่งหรือไม่ ถ้ามีต้องส่งถึงตัวใด  แล้วตัวแม่จึงสั่งให้อุปกรณ์ตัวที่ระบุนั้นคอยรับข้อมูลโดยตรงเอง แล้วตัวแม่จะเปลี่ยนทิศทางมาเป็นรับข้อมูลเพื่อปล่อยสายสัญญาณให้ว่าง เพื่อที่อุปกรณ์ทั้งสองตัวที่ได้รับอนุญาตจะได้รับส่งข้อมูลกันต่อไป เมื่อทั้งคู่ทําการรับส่งข้อมูลกันเสร็จแล้ว ตัวลูกต้องส่งคําสั่งมาบอกตัวแม่่ให้ทราบว่า เสร็จแล้ว เพื่อตัวแม่จะได้ Scan ตัวอื่นต่อไป

การต่อสาย RS485 แบบขนาน

          ต่อกันแบบ Point-to-Point วิธีนี้ใช้รับส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ 2 ตัว ใช้สายสัญญาณ 1 คู่ โดยอุปกรณ์ทั้ง 2 ตัวต้องควบคุมทิศทางให้เป็นทั้งรับและส่ง โดยการสื่อสารต้องมีข้อกําหนดการรับส่งข้อมูลด้วย ซึ่งอุปกรณ์ทั้ง 2 ตัวนี้ต้องผลัดกันรับผลัดกันส่งข้อมูล ไม่สามารถรับส่งในเวลาเดียวกันได้

การต่อสาย RS485 แบบ Point –to-Point

ข้อมูลอ้างอิง : B&B Electronic.