RS232 Archives - Automatika.rs

Serijska komunikacija – Struktura telegrama, PWK i PZD oblast

Marko Nikolić — Mon, 04 Dec 2017 00:00:05 +0000

USS protokol (Universal Serial Interface Protocol) je jednostavan serijski protokol, definisan od strane kompanije Siemens AG. Protokol je naparavljen da odgovori potrebama upravljanja i nadzora Siemens-ovih SIMOVERT i SIMOREG frekventnih regulatora. Protokl definiše tehniku pristupa prema master-slave principu, za komunikaciju preko serijskog bus-a. Point-to-point konekcija je moguća u podmreži. Komunikcija se odvija generalno ciklično razmenom telegrama između jednog master-a i najviše 31-og slave-a. Konfiguracija USS mreže je prikazana na Slici br.1.

Slika br.1 Topologija USS mreže

U funkciji master-a može biti npr. PLC ili PC, dok su SIMOVERT i SIMOREG frekventni regulatori uvek u funkciji slave-a.

Bitne odlike USS komunikacije su:
• podržava:
-multi-point konekciju, npr. EIA RS 485 hardver, ili
-point-to-point konekciju, npr. EIA RS 232
• master-slave pristup
• singl master sistem
• max. 31 slave i 1 master
• koristi telegrame sa fiksnom ili promenljivom dužinom
• jednostavan i pouzdan telegram format
• informacije se prenose na isti način kao i kod Profibus DP (profil promenjljive brzine)
• može se lako implementirati u postojeće sisteme

Medijum za prenos podataka i bus interfejs su oderđeni u zavisnosti od načina korišćenja bus-a. U osnovnoj verziji USS protokola, interfejs je zasnovan na RS485 standardu. Point-to-point konekcija je zasnovana na RS232 standardu. Takođe moguće je korišćenje i fiberoptičkog kabla. Siemens za SIMOVERT MASTER drives konvertore definiše korišćenje 9-pinskih SUB D konektora i dvožilni zaštićeni uvijeni kabl koji zadovoljava određene mehaničke, termičke i električne karakteristike. Terminacija bus-a na krajevima se i ovde podrazumeva.

Dužine kablova kojim se prenose podaci zavise od brzine prenosa podataka, karakteristika kabla, uslova stredine, kao i od broja konektovanih uređeja. U Tabeli 1 prikazana je zavisnost brzine prenosa podataka od dužine kabla.

Tabela 1 – Zavisnost brzine prenosa podataka od dužine kabla

Struktura USS telegrama

Master putem adresnog karaktera u telegramu vrši izbor pojedinačnog slejva. Adrese slejva ADR se nalazi upisana u ”polling” listi koju master koristi za selekciju uređaja. Slave vrši transfer podataka samo na zahtev master-a, tako da je komunikacija između dva slave-a onemogućena. Svaki telegram se sastoji iz:

STX – startni karakter (Start character)
LGE – dužina telegrama (Length specification)
ADR – adresni bajt , adresa slejva (Address byte)
Net data block – PKW (Parameter ID Value area) i PZD (Proces Data), kao kod
PROFIBUS DP profila promenljive brzine
BCC-karakter provere bloka (Block check character)

Slika br.2 Struktura USS telegrama

Informacije koje se razmenjuju između master-a i slave-a putem telegrama su smeštene u posebnu oblast, takozvanu net data oblast. Struktura net data oblasti je ne zavisna od karakteristike protokola kojim će se net data prenositi. Iz ovoga se može zaključiti da je isti mehanizam pristupa procesnoj oblasti (control/status word i setpoint/actual value) kao kod PROFIBUS DP profila promenljive brzine. PKW oblast služi za čitanje i promenu vrednosti parametara frekventnog regulatora, dok PZD oblast sadrži informacije o procesu. Strukturu net data bloka čine obe oblasti nezavisno da li je telegram poslat od master-a prema slave-u ili obrnuto slika br.3.

Slika br.3 Struktura net data bloka

Parametarski deo – PKW oblast

PKW oblast omogućava pristup parametrima frekventnog regultora, odnosno njihovu promenu ili očitavanje korišćenjem USS bus-a. Kao što je prikazano na Slici 15, PKW oblast sačinjavaju:

PKE (Prameter ID) i IND (Index) – sadrže informacije o tipu zadatka koji master šalje slejvu ili o tipu odgovora koji slejv šalje masteru, takođe definiše i broj parametara.
PKW elements (Parameter value) – sadrži vrednosti parametara, tekst, ili opis parametara koji se prenosi. Dužina ove oblasti se može menjati u zavisnosti od zadatka i može iznositi 0 word-a, 1 word, 3 word-a, 4 word-a kod telegrama sa fiksnom dužinom, ili može iznositi između 1 i 124 word-a kod telegrama sa promenjljivom dužinom.

Procesni deo – PZD oblast

PZD oblast (Process data area) omogućava upravljanje i nadzor frekventnog regulatora, u ovom radu je to MM 440 preko USS bus-a. Struktura PZD oblasti je prikazana na Slici br.4.

Slika br.4 Struktura PZD oblasti

Maksikalna veličina PZD oblasti je 16 word-a. Ukoliko je telegram poslat od master-a ka slave-u, to podrazumeva da će telegram sadržati Control Word/Main setpoint pomoću kojih master upravlja frekventnim regulatorom npr. start, stop, zadavanje brzine. Ukoliko je telegram poslat od slave-a ka master-u, to podrazumeva da će telegram sadržati Status Word/Main actual value koji nose informacije o statusu frekventnog regulatora, kao i čitanje određenih veličina sa frekventnog regulatora, npr brzina, struja i slično, a to možete videti u Tabeli 2.

Tabela 2 – Sadržaj PZD oblasti

Bitno je napomenuti da definicije bita od 0-10 za control/status word koji se prenose USS bus-om, odgovaraju definiciji bitova od 0-10 koji se prenose PROFIBUS-om, profil promenljive brzine. Bitovi od 10 do 15 zavise od specifikacije konvertora.

Dalja upustva i pojašnjenja pojmova možete prinaći u sledećoj literaturi: Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije, autor: Milorad Kaplarević

The post Serijska komunikacija – Struktura telegrama, PWK i PZD oblast appeared first on Automatika.rs.

Savremeni trendovi u industrijskim komunikacijama

Marko Nikolić — Tue, 09 Feb 2016 23:00:00 +0000

U poslednjih desetak godina različiti proizvođači su razvili i standardizovali veliki broj komunikacionih magistrala i odgovarajućih mrežnih protokola za primenu u industriji. Ne postoji standard koji se može smatrati najboljim rešenjem, već svaka od mnoštva industrijskih magistrala, poseduje neke specifične karakteristike koje određuju njenu oblast primene.

Danas je u upotrebi veliki broj standardizovanih komunikacionih mreža – industrijskih magistrala. Izbor odgovarajućeg standarda zavisi od zahteva konkretne primene, ali i od faktora kao što su dostupnost uređaja koji podržavaju konkretni standard i njihove cene.

Ukoliko napravimo poređenje industrijskih i standardnih računarskih mreža, možemo uvideti da između njih postoje mnoge zajedničke osobine. Računarske mreže omogućavaju komunikaciju između velikog broja računara, a da pri tome računari ne moraju biti direktno, fizički povezani, svaki sa svakim. Svaki računar ima samo jednu vezu sa mrežom. Računarske mreže, takođe, omogućavaju da pojedini uređaji, budu dostupni svim računarima na mreži. Slični ciljevi se postavljaju i pred industrijske mreže, s tom razlikom da sada mrežni čvorovi nisu računari već industrijski I/O uređaji i PLC kontroleri. Pored toga, komunikacioni protokoli koji se primjenjuju u industriji moraju da zadovolje tri osnovna zahteva: bezbednost poruka, pouzdanost rada i maksimalni nivo determinističkog ponašanja.

Razlog prelaska sa analogne na digitalnu komunikacionu tehnologiju

Kod analogne tehnologije su korišćeni su strujni (4-20mA) ili naponski nivoi (±10V). Za povezivanje senzora i aktuatora sa centralnim računarom korišćen je veliki broj paralelno postavljenih kablova. U sistemima sa velikim brojem senzora, aktuatora i drugih uređaja, takvo rešenje je previše komplikovano za projektovanje i montažu, a posebni problemi nastaju pri detekciji i otklanjanju nekog kvara upravo zbog nepreglednosti takvih sistema. Digitalni prenos podataka omogućio je veću preciznost od analognog, što je bio osnovni razlog za razvoj magistrala uređaja. U suštini, industrijske magistrale zamenjuju koncept centralizovanog upravljanja, konceptom distribuiranog upravljanja. Iz tog razloga, industrijske magistrale su mnogo više od proste zamene analognog standarda. Industrijske magistrale doprinose povećanju kvaliteta, smanjenju troškova i povećanju efikasnosti proizvodnje. Sve ove prednosti, u velikoj meri su posledica činjenice da se prenos informacija obavlja u digitalnom obliku.

RS232 je prvi standardni interfejs za serijski prenos podataka. Glavni nedostaci su: malo rastojanje na kome se podaci mogu razmenjivati (do 15m), relativno mala brzina prenosa (do 20 Kb/s) i mogućnost povezivanja samo jednog predajnika i prijemnika. Najznačajniji interfejs za industrijsku primenu u ovoj grupi je svakako RS-485 (poznat i pod nazivima EIA-485 ili TIA/EIA-485). RS-485 je standard koji definiše električne karakteristike interfejsa, i omogućava konfigurisanje jeftinih lokalnih mreža sa multidrop komunikacionim linkovima.

Industrijske magistrale u industrijskim mrežama

Magistrale uređaja su digitalne, bidirekcione, multidrop, serijske komunikacione mreže koje se koriste za povezivanje izolovanih Field uređaja (kontroleri, transduktori, aktuatori i senzori). Za svaki Field uređaj je tipično da poseduje ugrađen mikrokontroler, što ove uređaje čini „pametnim“ uređajima. Pametni uređaji su u mogućnosti da samostalno obavljaju jednostavne funkcije, kao što je dijagnostika, upravljanje i bidirekciona komunikacija. Takođe, u stanju su da automatski izveštavaju o nastalim kvarovima ili o potrebi kalibracije. Ovi uređaji ne samo da omogućavaju pristup sa daljine, već su često sposobni da komuniciraju jedni sa drugima. U oblasti upravljanja senzorima i aktuatorima, kao i akviziciji podataka primenjuje se poseban oblik lokalne mreže – magistrala uređaja ili Fieldbus. Fieldbus se koristi za povezivanje sa decentralizovanim ulazima/izlazima i za vremenski kritičnu komunikaciju između PLC-ova. Pored Fieldbus postoje i mreže zasnovane na CAN protokolu koji čine osnovni CAN i viši CAN protokoli.

Komunikaciona mreža koja se primenjuje u industriji mora da ima odgovarajuće performanse u pogledu iskorišćenosti mreže, propusnog opsega i maksimalnog kašnjenja u prenosu. Performanse i pouzdanost automatizovanih industrijskih sistema u velikoj meri su uslovljeni karakteristikama komunikacione mreže. U mnogim industrijskim postrojenjima prisutni su brojni izvori električnih šumova i smetnji. Uticaj tih smetnji može rezultovati pojavom grešaka u prenosu informacija što može značajno degradirati performanse mreže. Može se reći da je komunikaciona mreža najosjetljivija komponenta automatizovanog industrijskog sistema.

Pri izboru magistrale, najbitniji faktori koje treba uzeti u obzir su: maksimalno dozvoljeno vreme odziva, značaj informacija za bezbedan rad opreme, količina informacija koju treba prenositi, maksimalno rastojanje između umreženih uređaja, namjena uređaja koji se povezuju, mogućnost proširenja i sigurnost.

Dve osnovne kategorije industrijskih komunikacionih mreža su: magistrale uređaja (eng. device bus) i magistrale procesa (eng. process bus).

Magistrale uređaja su optimizovane za razmenu kratkih informacija o statusu i upravljačkih poruka, za razliku od klasičnih računarskih mreža gde propusna moć pri prenosu velikih količina podataka predstavlja ključnu performansu.

Magistrale procesa koriste se za prenos parametara rada kontrolerima procesa koji su u većini slučajeva analogni uređaji. Namenjene su prenosu dužih poruka (paketa), dužine do nekoliko stotina bajtova, što ih čini sporijim, jer su paketi duži. Od većine analognih uređaja ne zahteva se brzi odziv, zato što se koriste za upravljanje procesima koji su po svojoj prirodi spori: protok fluida, koncentracija gasa, temperatura. „Pametni“ (eng. smart) uređaji su oni koji mogu samostalno da obavljaju napredne funkcije upravljanja. Peer nivo se odnosi na mogućnost komunikacije između kontrolera procesa, npr. PLC kontroleri. Zatim slede nivoi ćelije, proizvodnog pogona i nivo celokupne fabrike. Ne postoji magistrala koja pokriva sve nivoe. Razlog za to leži u činjenici da različiti nivoi postavljaju različite zahteve. Pri tome treba znati da magistrala nije samo komunikaciona linija, već i skup pravila, odnosno, protokola, kojih uređaji spregnuti magistralom moraju da se drže.

Najznačajniji FIELDBUS protokoli

Specifični zahtevi korisnika i proizvođača uslovili su da se u prvo vreme na tržištu pojavi više komunikacionih sistema. Da bi se ta delimična konfuzija prevazišla, izvršeno je integrisanje osnovnih karakteristika glavnih komunikacionih tehnika u dva standarda, IEC 61158 i IEC 61784.

Fieldbus tehnologija razvijena je osamdesetih godina prošlog veka sa namerom da se tradicionalno korišćeni prenos analognim signalom (4-20mA i ±10V) zameni sa digitalnom tehnologijom. Osnovni Fieldbus protokoli su Modbus, PROFInet, ProfiBus, Ethernet/IP.

Modbus je serijski protokol koji predstavlja nadgradnju RS-232, sa ciljem njegove primene kao industrijskog komunikacionog protokola. Namijenjen je za povezivanje računara, PLC-ova, operatorskih terminala, senzora, motora i drugih tipova I/O uređaja.

Slika br.1 Poređenje FIELDBUS i OSI modela

Osnovu ovog protokola (nivo 1 i delimično nivo 2 OSI referentnog modela) predstavlja RS-232 kompatibilni serijski interfejs koji definiše parametre poput izlaznih pinova konektora, naponskih nivoa signala, prenosni medijum za prenos poruka, brzinu prenosa, proveru parnosti i slično. Većina Modbus uređaja komunicira preko fizičkog sloja serijskog protokola EIA-485. U sledećoj tabeli prikazane su osnovne uporedne karakteristike protokola koji se koriste u Fieldbus tehnologiji.

Neka od ograničenja Modbus-a su posledica toga što je on nastao krajem sedamdesetih godina, pa postoji ograničenje broja tipova podataka na one koje su „razumeli“ PLC kontroleri tog vremena. Modbus isključivo tretira master-slave komunikaciju u kojoj jedan od uređaja (master) inicira komunikaciju slanjem upita (eng. query), na šta drugi uređaj (slave) odgovara dostavljajući tražene podatke master-u ili pak preduzimajući akciju koja je zahtevana u upitu.

Ovo znači da uređaj ne može po potrebi poslati podatke master-u, već master mora periodično prikupljati podatke od uređaja u polju i nadgledati promene. Ograničenje takođe predstavlja i maksimalan broj od 246 uređaja na mreži koje mogu biti povezane na master (Tabela 1).

U posljednje vrijeme kao dominantna solucija na tržištu profesionalne opreme u oblasti industrijske i procesne automatizacije izdvaja se ProfiBus. ProfiBus je standardizovan, otvoren komunikacioni sistem za sva područja primene u proizvodnoj i procesnoj industriji. Pogodan je za brze, vremenski zahtevne aplikacije i složene komunikacijske zadatke. Utemeljen je na internacionalnim standardima EN50170 i IEC61158, a u upotrebi je od 1989. godine. Razmena podataka sa distribuiranim uređajima je ciklična, dok se dodatne informacije, kao što su alarmna stanja ili dijagnostički podaci prenose neciklično (na zahtev).

Kada je postalo očigledno da će ProfiBus postati jedan od dominantnih Fieldbus protokola, javila se potreba da se omogući njegova primena u sistemima fabričke i procesne automatizacije koji zahtevaju povišen stepen pouzdanosti i bezbednosti. PROFIsafe je jednokanalni protokol koji se implementira kao nadgradnja na nivo 7 OSI referentnog modela, tako da svi ostali standardni ProfiBus elementi mogu biti nepromenjeni. To je izuzetno povoljno jer ProfiBus može u funkcionisati u redundantnom modu rada ili u koegzistenciji sa drugim uređajima koji poseduju samo osnovnu verziju ProfiBus protokola. PROFIsafe uzima u obzir sve moguće tipove grešaka koje se u procesu serijske komunikacije mogu desiti: vremensko kašnjenje, gubitak podataka, ponavljanje podatka, nekorektna sekvenca bitova u poruci, degradiran kvalitet poruke, pogrešna adresa i slično. PROFIsafe koristi aperiodičnu komunikaciju i može biti korišćen sa RS485, fiber-optičkim ili MBP tehnikama prenosa. Na taj način se istovremeno postiže kratko vrijeme odziva – bitno za primenu u industrijskoj automatizaciji, i inherentna bezbednost rada – bitno u procesnoj automatizaciji.

Kod većih sistema, PLC kontroleri i PC računari komuniciraju međusobno, a i sa IT sistemima unutar kontrolnih soba razmjenjujući velike količine podataka, koji se najčešće prenose kroz neeksplozivnu, bezbednu sredinu, zaštićenu od jakih elektromagnetnih smetnji. Uočavajući da u takvim uslovima i sa takvim komunikacionim zahtevima standardi kao što su TCP/IP, Ethernet i Internet imaju značajne prednosti nad ProfiBus-om, NPO je razvila i standardizovala PROFInet, komunikacioni protokol zasnovan na Ethernet-u koji koristi standardne mehanizme IT komunikacije u realnom vremenu. Pod tim se podrazumijeva upotreba TCP/IP i COM/DCOM (Microsoft Component Object Model i njegovu ekstenziju za distribuirane sisteme – Distributed COM) standarda, trenutno najrasprostranjenijih PC protokola. Prednosti primjene PROFInet-a u odnosu na, recimo, Ethernet se manifestuju tek ako je komunikacija na nižem nivou, nivou distribuiranog sistema ostvarena primenom ProfiBus-a sa kojim je PROFInet maksimalno kompatibilan.

Primena LAN mreža u industrijskom okruženju

Modifikacijom klasičnog Ethernet-a nastao je takozvani industrijski Ethernet koji predstavlja osnovu za realizaciju fabričkih upravljačkih mreža. Industrijski Ethernet (ili Ethernet/IP) pripada grupi mreža koje koriste zajednički industrijski protokol (eng. Common Industrial Protocol – CIP). CIP uključuje sve vrste poruka i servisa za sve aplikacije u automatici, uključujući kontrolu, sigurnost, sinhronizaciju, konfiguraciju i informacije. CIP se može razmatrati kao aplikacioni sloj za DeviceNet, CompoNet, ControlNet i EtherNet/IP. Kao nezavisan protokol, CIP pruža korisnicima jedinstvenu arhitekturu za komunikaciju. Sa nezavisnošću medija dolazi mogućnost da se izabere najbolja CIP mreža za korišćenu aplikaciju. EtherNet/IP omogućava da sa određenim alatima koristimo standardnu Ethernet tehnologiju za industrijske aplikacije. Iako je industrijski Ethernet baziran na istom standardu kao i tradicionalna verzija, implementacija ova dva rešenja nije identična. Osnovna razlika između industrijskog i tradicionalnog Ethernet-a je u tipu hardvera koji koriste. Oprema za industrijski Ethernet je projektovana tako da radi i u grubim industrijskim uslovima. To znači primjenu industrijskih komponenti, specifične metode hlađenja, izlaznu relejnu signalizaciju i slično. Napajanje je standardno industrijsko 24V DC, uz obaveznu primenu i redundantnog izvora napajanja, u cilju povećanja pouzdanosti. Industrijski Ethernet se koristi za komunikaciju između PLC-ova i komunikaciju PLC-ova sa nivoom nadzora.

Na osnovu strukture koju nudi OSI referentni model, može se konstatovati da je tradicionalni Ethernet dominantno lociran na njegovom drugom nivou. Specijalizacija koja je učinjena kod industrijskog Ethernet-a omogućila je da se detaljnije definišu mrežni nivo i transportni nivo OSI referentnog modela. Na mrežnom nivou industrijskog Ethernet-a dominantno se koristi IP protokol. Industrijski Ethernet na transportnom nivou uobičajeno koristi dva protokola: TCP, i ređe korišćen UDP. Na mrežnom i transportnom nivou takođe su implementirane i CIP poruke. Postoje i slučajevi kada se za prenos koristi UDP protokol, umesto TCP protokola (npr. kada je blok podataka koji treba poslati mali, veličine jednog paketa).

Industrijski Ethernet se odlikuje i u specifičnoj realizaciji multicast tipa prenosa. Dok se tradicionalni Ethernet dominantno fokusira na što bolje iskorišćenje raspoloživog propusnog opsega, industrijski Ethernet prioritet stavlja na specifičan zahtev za sinhronizovanim pristupom podacima od strane svih prijemnih čvorova. To je u skladu sa zahtevom za što većim determinizmom u prenosu upravljačkih signala u industrijskom okruženju. Ovaj specifičan zahtev je ispunjen uključivanjem u industrijski Ethernet nekih naprednih funkcija za organizaciju i određivanje prioriteta multicast prenosa. Industrijski Ethernet se često susreće i pod nazivom Switched Ethernet. Ime potiče od činjenice da ovakva Ethernet arhitektura isključivo koristi switch uređaje, a ne hub-ove u implementaciji LAN mreže. Kod industrijskog Ethernet-a se skoro isključivo primjenjuje full-duplex veza. Implementacijom specifične mrežne inteligencije na industrijski Ethernet moguće je realizovati fabričku komunikacionu infrastrukturu koja poseduje fleksibilnost i zaštitu poruka karakterističnih za tradicionalne Fieldbus protokole, uz istovremeno daleko širi propusni opseg, otvorenu arhitekturu i standardizaciju koju nudi Ethernet platforma.

Prednosti koje nudi EtherNet/IP za aplikacije automatizacije u industriji su: kompletna administrativnost(kontrola, konfigurisanje i skupljanje podataka sa „inteligentnih“ uređaja preko jedne mreže), i mogućnost korišćenja jedne mreže kao oslonca za višestruko distribuirane CIP mreže. Kompatibilan je sa standardnim Internet protokolima (HTTP, FTP, SNMP i DHCP), sa standardnim industrijskim protokolima (OPC), kao i sa standardnim industrijskim konektorima.

Interesantna je činjenica da je, upoređujući ProfiBus na 12Mbit/s i Ethernet na 10Mbit/s, prenesena količina podataka u jedinici vremena veća kod Ethernet-a, zahvaljujući protokolima za prenos u većim blokovima.

Specijalne oblasti primene industrijskih komunikacionih magistrala

U mnogobrojnim industrijskim, vojnim, medicinskim, naučnim, ekološkim i drugim primjenama, zahteva se veoma intenzivno i opsežno prikupljanje podataka i informacija iz fizičkog okruženja, za potrebe nadzora i kontrole. Bežične senzorske mreže – WSN (eng. Wireless Sensor Networks) funkcionišu korišćenjem malih, jeftinih i potrošnih platformi koje osim senzorskih funkcija poseduju mogućnost samostalnog formiranja ad-hoc bežičnih mreža u cilju međusobne komunikacije i dostavljanja prikupljenih podataka korisniku mreže. Primena Bluetooth (IEEE 802.15.1) tehnologije predstavljala je korak ka korišćenju adhoc bežičnih mreža u cilju povezivanja i umrežavanja velikog broja uređaja i/ili senzora. Da bi upotreba WSN bila ekonomski isplativa, cena uređaja mora da bude manja od cene uređaja drugih bežičnih tehnologija, npr. Bluetooth. Zahtevi u smislu potrošnje energije, procesorske snage i komunikacionih mogućnosti moraju da se prilagode tehnologijama izrade i ceni raspoloživih rešenja.

U automobilskoj elektronici, kontrolna jedinica motora, senzori, sistemi protiv proklizavanja, i slično, povezani su korišćenjem CAN (eng. Control Area Network) mreže. CAN je serijski komunikacioni protokol koji poseduje veoma visok nivo bezbednosti i podržava distribuirano upravljanje u realnom vremenu. Namenski je razvijen za primenu u motornim vozilima. CAN je protokol zasnovan na porukama i broadcast komunikaciji. Pri tome garantuje integritet podataka u celokupnoj mreži. CAN je multi-master magistrala, što omogućava izgradnju složenih, redundantnih distribuiranih sistema na bazi uređaja različitog nivoa složenosti, a bez potrebe ugradnje centralizovanog, master kontrolera. Osnovne prednosti mreža zasnovanih na CAN protokolu su: niska cena, sposobnost funkcionisanja u različitim okruženjima, podrška radu u realnom vremenu, izuzetno visoka pouzdanost, jednostavna upotreba.

Da bi se ostvarila sinhronizacija svih čvorova na mreži uveden je TTCAN (eng. Time Triggered communication on CAN). To je viši CAN protokol koji obezbeđuje planiranje i realizaciju vremenski determinisanog rasporeda prenosa poruka (eng. Time Triggered – TT). Tako u vozilima tipično imamo TT poruke od sistema za kočenje i ET poruke od sistema za regulaciju temperature. Uvođenje TT poruka je omogućilo implementaciju zatvorenih upravljačkih petlji na sisteme sa CAN baziranim mrežama. Pored TTCAN u više CAN protokole spadaju DeviceNet i CANopen. Pored automobilske industrije, TTCAN nalazi primenu i u domenuindustrijske automatizacije i medicinske opreme, naravno, u daleko manjem obimu.

Zaključak

Tehnološki napredak i pad cena u oblasti komunikacione i računarske opreme doveli su do ubrzanog razvoja i primene računarskih mreža, odnosno, umreženih računarskih sistema.

Industrijski Ethernet se u posljednje vreme sve više koristi u automatizaciji. Pokazalo se da je to mreža koja je najjednostavnija i najisplativija za primenu u postojećim sistemima. S obzirom da Ethernet postaje dominantno rešenje u realizaciji LAN mreža, mnoge industrijske kompanije su počele da ga primjenjuju, u cilju zamene tradicionalnih Fieldbus arhitektura kao što su Modbus, ProfiBus i slično.

CAN magistrala je, zbog svojih dobrih karakteristika i jednostavne ugradnje, našla primenu u mnogim komercijalnim proizvodima, kao i u automatizovanim industrijskim sistemima. Neke od oblasti gdje se može sresti komunikacija zasnovana na CAN protokolu su poljoprivredna mehanizacija, nautička oprema i mašine, medicinska oprema, tekstilna industrija, liftovski sistemi i oprema specijalne namene. Proizvođači medicinske opreme su se odlučili za ovaj protokol jer ispunjava njihove veoma stroge bezbednosne zahtjeve po pitanju pouzdanosti prenosa podataka. Evropska automobilska industrija je prihvatila CAN kao standard.

U oblasti bežičnih senzorskih mreža, dalji razvoj komunikacionih tehnologija, tehnologija izrade senzora malih dimenzija, kao i integrisanih hardversko-softverskih platformi malih dimenzija, potrošnje energije i cijene, omogućava razvoj i primenu bežičnih senzorskih mreža.

Naponema: Dalja objašnjenja pojmova korišćenih u ovom tekstu možete naći u zboniku radova Informacione tehnologije. Autori su: Miloš Perunović, Milovan Radulović, Elektrotehnički fakultet, Podgorica

The post Savremeni trendovi u industrijskim komunikacijama appeared first on Automatika.rs.

Šema povezivanja RS485 prijemnika i predajnika

Marko Nikolić — Thu, 14 Jan 2016 12:29:10 +0000

RS485 je najrasprostranjeniji serijski metod posle RS232 protokola i ovde će biti reči o njegovom povezivanju. RS485 primopredajnik (Transceiver) uobičajeno poseduje samo 8 pinova. Četiri za vezu sa mikroprocesorom ili PLC koji prima ili šalje podatke, dva za napajanje i dva za vezu sa RS485 linijom.

Slika br.1 Tipičan RS485 primopredajnik – 14DS75176B

Slika br.2 Šema izolovanog primopredajnika za vezu sa 485 linijom

Primena RS485 komunikacije

RS485 je najviše korišćen protokol u raznim merno-akvizacionim i kontrolnim aplikacijama. Treba razumeti da je RS485 samo low level deo protokola čiji primopredajnici i mreža obezbeñuje fizički nivo za prenos poruke i postavljanje niza bitova na liniju. Ovo je samo donji nivo, koji se dalje nadograđuje high level protokolima kao što su Modbus, PPI, MPI i Profibus.

Kako uređaji komuniciraju na RS485 liniji

Da bi uređaji uspešno komunicirali na RS485 linije neophodan je dodatni deo protokola za prenos, uobičajeno nazvan high level protokol.

1. Po definiciji svih protokola baziranih na RS485 vezi svi primopredajnici počinju rad u stanju visoke impedance. Time je linija slobodna za početak prenosa.

2a. Nadalje, većina high level protokola definiše samo jedan od primopredajnika kao master i samo on može da započne prenos slanjem upitnika (query) ili neke komande.

2b. Postoje tipovi high level protokola koji se zasnivaju na RS485 protokolu i koji dozvoljavaju više master-a na jednoj liniji veze. To je slično Ethernet vezi, ali tada high level protokol mora da prepozna koliziju na liniji, po potrebi odmah ponovi ili za kasnije odgodi novo slanje.

3. Svi ostali primopredajnici (slave) slušaju poruku na liniji. U zavisnosti od poruke i adrese u njoj, javlja se samo prozvani slave i odgovara masteru.

4. Moguća je i broadcase poruka, koja važi za sve ( na primer master reset svih uređaja) ali na nju se ne odgovara.

Ovakav tip protokola usled brojnih kolizija u praksi koristi samo 37% propusnog opsega veze.

Uvod i više infromacija o RS485 protokolu pogledajte OVDE.

Dalja objašnjejna termina i pojmova možete pronaći na sajtu Katedre za energetsku elektroniku i pretvarače, Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu.

The post Šema povezivanja RS485 prijemnika i predajnika appeared first on Automatika.rs.

Serijski RS485 protokol

Marko Nikolić — Tue, 08 Dec 2015 23:00:00 +0000

Posle RS232 protokola, RS485 je najrasprostranjeniji serijski metodi. RS232 je jedan od najboljih protokola a koristi se i danas jer je primenjen na skoro svim kompjuterima i uređajima. Ali, u nekim situacija RS232 nije odgovarajući. RS232 je osmišljen za konekciju jednog data terminala (PC) sa jednom opremom za komunikaciju (modem) uz maksimalnu moguću brzinu prenosa od 20 kb/s i maksimalnom dužinom kabla 15 metara.

RS232 nije odgovarajući protokol ako povezujemo dva udaljena PC računara bez modema, vezujemo više PC na mrežu, komuniciramo sa senzorima i opremom koji su veoma udaljeni ili želimo da razmenimo više podataka (ostvarimo veću brzina prenosa). RS485 standard je definisan od strane EIA da bi se dobio odgovor na sve ove nove kombinacije povezivanja. Time RS485 postaje najšire korišćen serijski protokol u sistemima za akviziciju i prenos podataka, za kontrolne aplikacije koje rade u realnom vremenu i za opštu komunikaciju izmeñu više udaljenih čvorova.

Prenos podataka primenom RS – 485 protokola

RS 485 je polu-dupleks, asihnrona veza. Podaci mogu da se prenose u oba smera, ali ne u isto vreme. RS485 prenos podataka se vrši preko dve oklopljene upletene parice (RxD/TxD-P i RxD/TxD-N), prikazani na slici 11a. Moguće su brzine prenosa od 9.6 kbit/s do 2 Mbit/s. Dozvoljena dužina kabla izmeñu dva repetitora je od 100 do 1200 m, zavisno od korišćene brzine prenosa. Svi ureñaji su spojeni u zajedničku sabirnu strukturu, a po segmentu je dozvoljeno paralelno povezati maksimalno do 32 ureñaja. Na početku i kraju linije mora postoji terminator linije (slika 11b). Oba terminatora imaju sopstveno napajanje koje osigurava prenos bez greške. Podaci se prenose kao niz bitova kao na slici br.1 (Serijski protokol – RS232 protokol), s tim da RS485 koriste različite fizičke nivoe (slika br.1).

Slika br.1 RS485 prenos

a) Primer logičke sekvence b) Odgovarajući naponski nivoi RxD/TxD –P i RxD/TxD –N linije

Veća udaljenost i brzina prenosa RS485 prenosa

Jedan od najvećih prednosti RS485 protokola u odnosu na RS232 je otpornost na smetnje na prenosnim linijama. RS232 prijemnik poredi signal postavljen na liniju za podatke od strane predajnika sa zajedničkom signalnom masom. Nejednaki naponski nivo signalne mase na dve strane kabla, ili šum pokupljen na liniji, lako dovode do greške u prijemu. Zato je i triger nivo podešen relativno nisko ±3V. RS485 ne poznaje signalnu masu kao referencu. Razlika od nekoliko volti izmeñu signalnih masa na prijemu i predaji ne predstavlja problem za RS485. RS485 signali plivaju relativno u odnosu na Sig+ i Sig- liniju. RS485 prijemnik poredi razliku napona izmeñu ove dve linije i donosi odluku. Ovim je isključen uticaj petlji u signalnoj masi, koje su najznačajni izvor greške u komunikaciji. Najbolji rezultati se ujedno postižu ako se linije Sig+ i Sig- meñusobno uvežu, kao što je prikazano na sledećoj slici. Ovim se uticaj spoljnih magnetnih polja i indukovane smetnje dovode na minimalni nivo.

Slika br.2 Ilustracija uvećane otpornosti na šum prepletanjem Sig+ i Sig- linija.

Ukoliko su linije postavljene paralelno, indukovana struja usled stranog magnetnog polja teče uvek u istom smeru i formira se petlja u kojoj se efekat akumuliše. Kada su linije isprepletene u kablu, smer struje šuma se menja u zavisnosti od dela kabla čime se efekat poništava i rezultujući nivo šuma smanjuje za red veličine. Oklopljavanje kabla je pokušaj da se spoljno magnetno polje zadrži izvan kabla, prepletanje žica daje dodatni imunitet i mnogo je bolji način za borbu protiv šuma. Najbolja je kombinacija ove dve metodu primenjena u STP (shielded twisted pair) i FTP (foiled twisted pair) mrežnim kablovima.. Sa svim ovim dodacima, plus naravno primena diferencijalnih signala, RS485 komunikacije se uspe[no ostvaruje i na 1200 metara udaljenosti. Primena diferencijalnih signala takoñe omogućuje mnogo veće brzine prenosa koje u slučaju RS485 dostižu i do 35 mb/s (udaljenost 12m).

Uporedne karakteristike RS232, RS422 i RS85

Jasno je da su na diferencijalnom prenosu bazirani RS422 i RS485 superiorniji u odnosu na RS232 po pitanju brzine prenosa i dužine linije. Takoñe se može uočiti da je brzina porasta signala na izlazu predajnika (slew rate) limitirana za RS232 da bi se izbegla refleksija signala na kablu. U slučaju RS422 i RS485 slew rate nije limitiran a da bi se izbegla refleksija neophodan je terminacioni otpornik. Iako su maksimalne vrednosti napona slične, triger signal nivo je mnogo manji za RS422 i RS485 (200mV). Time je moguće ostaviti brže promene nivoa signala i samim tim brže prenose. Ovako nizak triger nivo je moguć zbog diferencijalnog transfera i eliminisanog problema petlje mase.

Sa druge strane, jedini protokol koji i dalje podržava potpuni dupleks je RS232. U slučaju RS422 posedujemo više prijemnika, a u slučaju RS485 i više mogućih predajnika, i svi dele istu liniju. Time je jasno da potpun dupleks nije moguć jer bi doveo do kolizije na liniji. U slučaju RS232 postoje odvojene linije za prijem i predaju i sa dobro napisanim protokolom nema potrebe za zahtev za prenos i čekanje na odobrenje zahteva, sve u cilju provere aktivnosti linije i izbegavanja kolizije. Kod svih RS485 baziranih potokola se ovo mora predvideti i time se ipak malo gubi na vremenu i propusnom opsegu.

Mrežna topologija RS485 veze

Mrežna topologija je jedan od najvažnijih razloga za uspeh RS485 i njegovu široku primenu u merno-akvizicionim i kontrolnim aplikacijama. RS485 mrežnom topologijom dozvoljava povezivanje više primopredajnika na isto mrežu.

Slika br.4 Mrežna topologija RS485 veze

Slika prikazuje N primopredajnika povezano u multipoint RS485 network. Da bi se postigle velike brzine terminalni otpornici su neophodni na obe strane mreže da bi se eliminisala refleksija signala.

Postaviti R=120 Ω otpornike na oba kraja mreže. RS485 mreža mora uvek da se projektuje kao mreža sa više poveznih tačaka (multiple drops) ka jednoj liniji i sa dva otpornika na obakraja linije. Zvezda topologija, u kojoj se refleksija signala ne može suzbiti i koja umanjuje kvalitet veze se ne preporučuje.

Ako se koriste prijemnici sa 12 kΩ ulaznom otpornosti moguće je povezati do 32 primopredajnika na istu mrežu. Postoje i RS485 primopredajnici veće ulazne impedance kojom se ovaj broj uvećava do 256. Postoje i RS485 pojačavači (repeaters) koji spajaju dve mreže i omogućuju ukupan broj povezanih primopredajnika i do 1000 i to na udaljenosti i nekoliko kilometara.

Mrežna topologija predviña samo jednu liniju za prenos. Time je jasno da RS485 može biti samo half duplex veza kojom se ne može obezbediti istovremeni prijem i predaja. Samo jedan podatak može biti prisutan na liniji. Ono što je dobro je da nije bitno ni ko šalje taj podatak, ni ko ga prima, sve kombinacije su dozvoljene.

Ono što jeste bitno, software višeg nivoa koji koristi RS485 protokol kao bazični nivo (low level protocol) za komunikaciju mora da obezbedi dodatne funkcije kao što je provera aktivnosti linije pre slanja (izbegavanje kolizije), adresu prijemnika unutar poslatog paketa kojem se šalje podatak, mogućnost broadcast poruke, itd.

Po definiciji, svi RS485 predajnici su u stanju visoke impedance i na liniji nema signala. U većini protokola višeg niova (high level protocols), jedan od primopredajnika se definiše kao gazda linije (master) koji počinje komunikaciju slanje poruka tipa pitanja (query) i komande (command) preko RS485 mreže. Svi primopredajnici primaju ovu poruku i u zavisnosti od informaciju unutat te poruke i adrese prijemnika jedan od čvorova odgovara masteru. Primenom komunikacije preko mastera se maksimalno iskoriščava propusni opseg linije i izbegava kolizija. Ipak , mogućnosti komunikacije su donekle ograničene jer svaka poruka da biti inicirana u master kontroleru.

Postoje i protokoli višeg nivoa bez master primopredajnika (čvora) u kome svaki čvor može da počne komunikaciju. To je uglavnom urañeno u ethernet mrežama. Iako su ovim kombinacije za razmenu informacija umnogome uvećane, sada se javlja i mogućnost kolizije (dva predajnika počnu da šalju u isto vreme) koja se mora detektovati, jedan mora da odustane a drugi mora poruku ponoviti. Teorija kaže da se sada koristi samo 37% posto propusnog opsega. RS485 low level linijski driveri (primopredajnici) se automatski prebacuju u stanje visoke impedance kada je poruka koju su slali poslata (u toku nekoliko mikro sekundi).

Dalja objašnjejna termina i pojmova možete pronaći na sajtu Katedre za energetsku elektroniku i pretvarače, Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu.

The post Serijski RS485 protokol appeared first on Automatika.rs.

Šema povezivanja RS232 prijemnika i predajnika

Marko Nikolić — Tue, 17 Nov 2015 23:00:00 +0000

RS232 standard potpuno definiše jednu vrstu asinhrone serijske komunikacije. Standard prvo definiše tip, strukturu i moguće brzine prenosa serijske poruke bitova. Zatim, pošto je u pitanju asinhrona komunikacije i poruka može krenuti u bilo kom vremenskom trenutku, definisani su i načini detekcije starta i kraja poruke, kao i sinhronizovano čitanje poslate poruke od strane prijemnika.

RS232 driver (primopredajnik) vrši prilagođenje signala od/ka mikroprocesora zahtevima RS232 linije.

Predajni deo drivera (TXOUT izlaz ka liniji i TXIN ulaz od mikroprocesora) napon od 5V dobijen od strane mikroprocesora konvertuje u -12V, dok napon 0V konvertuje u +12V.
Prijemni deo drivera (RXIN ulaz sa linije i TXOUY izlaz ka mikroprocesoru) napon od -12V na liniji konvertuje u 5V i šalje mikroprocesoru, dok napon +12V konvertuje u 0V.
Standardni RS232 driver galvanski ne izoluje masu sa linije i masu mikroprocesora* .

Slika br.1 Šematski prikaz RS232 primopredajnika

Šta se sve još zahteva od RS232 driver kola.

Spoljno bipolarno napajanje od ±12V bi imalo izuzetan uticaj na cenu i nije dopustivo. RS232 driver mora biti sposoban da napajan samo sa 5V načini napone +12V. Ovo rešava interni voltage doubler i spoljni bostrep kondenzatori.
RS232 mora dati dovoljno struje da bi propustio signal kroz liniju.
RS232 mora dati naponske signale definisane standardom i mora biti sposoban da primi signale sa linije u prilično širokom naponskom opsegu ±25V.

Jedan tipičan RS232 driver je dvostruki receiver/transmiter MAXIM 232, prikazan na slici br.2.

Slika br.2 MAXIM 232 funkcionlni blok dijagram pinout

*Povezane mase dva RS232 primopredajnika izazivaju velike glavobolje u istraživačkim laboratorijama. Problem je u masi sonde osciloskopa koja je spojena u samom osciloskopu kako sa kućištem tako i sa uzemljenjem. Ukoliko se ta ista masa postavi na fazu mreže tokom na primer merenja napona dolazi do kratkog spoja. Ovo se rešava galvanskim odvojanjem osciloskopa od mreže, ili barem korišćenjem utičnice koja nema uzemljenje. Sve je to lepo dok se ne počnu isčitavati rezultati u PC računar preko serijske veze. Korisnik ni ne zna da je preko serijskog kabla ponovo spojio i masu, i kućište i masu sonde osciloskopa sa uzemljenjem PC računara i rezultat toga je opet par hiljada dolara vredan bum.

Slika br.3 Primena MAX232 kola u povezivanju RS232 linije (preko standardnog 9-pinskog konektora) sa mikroprocesorom (preko JP1). Napajanje MAX232 se vrši preko 5V dobijenih od mikroprocesora

Primena RS232 komunikacije

RS232 komunikacija se i danas dosta primenjuje, pogotovo za relativno kratka rastojanja.

Programiranje PLC i mikroprocesora preko PC računara
Parametrizacija ureñaja
Rad sa modemom

RS232 konektori za PC

RS232 konektor za PC računare je originalno načinjen sa 25 pinova (DB25). Razlog za to je bio mogućnost povezivanja dva serijska kanala na isti konektor. U praksi se pokazalo da se uobičajeno povezuje samo jedan serijski kanal tako da je 9-pinski konektor za serijski vezu postao standard i DB25 se neće razmatrati. DB9 je prikazan na sledećoj slici. Pin 2 DB9 prijemni pin (RX), da je pin 3 DB9 predajni pin (TX) da je signalna masa DB9 na pinu broj 5. Uzemljenje je povezano na kućište konektora i spoljni omotač. Ovi pinovi su dovoljni za prostu asinhronu komunikaciju dva uređaja koja se oslanja samo na programsku sinhronizaciju. Ostali pinovi DB9 služe za hardverski handshake (rukovanje-sinhronizaciju) za rad sa modemom.

Slika br.4 Izgled DB9 serijskog konektori za PC računar, Detaljni nazivi svih pinova

Povezivanje dva PC računara preko serijske veze

Najlakše je povezati dva PC računara preko serijskog kabla. Najprostija konekcija je prosto ukrštanje prijema i predaje. Ovo bi bilo dovoljno po RS232 standardu, koji je asinhrona komunikacija i ostvaruje hadshake (rukovanje) izmeñu predaje i prijema preko START i STOP bitova. Ali, PC proizvođači su stvar zakomplikovali dodatnim hardware handshake-om koji pojedini programi koriste i ne rade dok se on ne ostvari. Dakle, u zavisnosti od korišćenog programa dodatna povezivanja koja ostvaruje hardverski handshake mogu biti neophodna. Postoje razne vrste rukovanja, ali uglavnom se koriste dve verzije: 1) povratni hardware handshake za svaki PC , 2) kompletnim hardware handshake između dva sistema.

Povezivanje dva serijska porta bez hardvare hadshake

Najprostija serijska veza se ostvaruje konektorom u kome su povezane samo tri linije dva serijska konektora. Povezane su signalne mase (5 + 5) i ukršteni prijem i predaja (2 + 3) i (3 + 2). Sinhronizacija između predajnika i prijemnika se vrši preko START i STOP bitova, kako je i predviđeno asinhronim serijskim RS232 protokolom.

Slika br.5 Serijska veza dva PC računara bez dodatnog hardware handshake

Da bi veza uspela, drugi računar mora biti spreman jer podatak će uvek biti poslan bez obzira na stanje prijemnika. Ako je prijemnik spreman, koristiće START bit da prepozna dolazak podatka i veza će se uspešno ostvariti.

Povezivanje dva serijska porta sa loop back hardware hadshake

Ovom vezom se i dalje koristi asinhroni tip sinhronizacije preko START i STOP bitova. Hardware handshake se i dalje ne koristi, on je samo zavaran lokalnim vezama na portovima. Povratni handshake (loop back) se uglavnom realizuje da bi se zavarali PC driveri serijskog porta koji očekuju hardverski handshake pre nego što nastave prenos. Čim driver serijskog porta dobije podatak za slanje on postavlja i zahtev za slanje (Request to Send-RTS) koje se usled lokalne povezanosti vraća nazad i odmah tumači kao (Clear to Send- CTS). Ovaj signal driver tumači kao dozvolu za slanje od strane modema. Takoñe, čim postavi signal da je spreman za slanje (Data Terminal Ready) usled lokalne sprege dobija lažnu potvrdu od modema da je sve u redu (Data Carrier Detect i Data Set Ready). Zatim pristupa slanju podatka koji odlazi na port Tx, povezan sa Rx drugog računara.

Da bi i ova veza uspela, drugi računar opet mora biti spreman jer lokalna veza je premostila svaki handshake i podatak će uvek biti poslan bez obzira na stanje prijemnika. Ako je prijemnik spreman, koristiće START bit da prepozna dolazak podatka i veza će se uspešno ostvariti.

Slika 6. Serijska veza dva PC računara od kojih svaki ima svoj lokalni look back hardware handshake

Povezivanje dva serijska porta sa punim hardvare hadshake

Ovom vezom se koriste dva stepena sinhronizacije prijemnika i predajnika. Na primer, ukoliko predajnik nije spreman neće aktivirati CTR i podatak neće biti poslat. Ukoliko je sve u redu, prijemnik će očekivati podatak i na njega će se sinhronizacije preko START i STOP bitova.

Slika br.7 Serijska veza dva PC računara sa potpunim hardware handshake

Uvod i više infromacija o RS232 protokolu pogledajte OVDE.

Dalja objašnjejna termina i pojmova možete pronaći na sajtu Katedre za energetsku elektroniku i pretvarače, Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu.

The post Šema povezivanja RS232 prijemnika i predajnika appeared first on Automatika.rs.

Serijska komunikacija u MATLAB-u

Marko Nikolić — Tue, 22 Jan 2013 23:00:00 +0000

Matlab poseduje mogućnost komuniciranja sa spoljnjim uređajima putem serijskog porta na računaru. Ovaj projekat će prikazati način uspostavljanja dvosmerne veze između programa Matlab i PIC mikrokontrolera. Primer je osmišljen tako da se trenutna vrednost napona na potenciometru, pomoću AD konverzije koja se vrši u mikrokontroleru, prosledi putem serijskog porta računaru , odnosno Matlabu, kada iz njega pozovemo mikrokontroler slanjem stringa ”AU”.

Matlab iscrtava grafik u realnom vremenu koji prikazuje promenu napona. Na kraju merenja kreira matricu „Očitavanje“ kao i izlaznu datoteku Izlaz.dat u kojima su smešteni rezultati. Ovu datoteku možemo otvoriti u bilo kojem tekstualnom editoru.

Slika 1. Grafik promene napona u toku vremena

Hardver

Sam hardver je vrlo jednostavan i pristupačan. Pored mikrokontrolera PIC 16F887 postoje još tri bitne komponente. Potenciometar od 10 kΩ, koji je povezan na analogni ulaz mikrokontrolera i čiji izlazni napon merimo, MAX232N kolo koje omogućava vezu između računara i mikrokontrolera i ženski DB-9 konektor putem kojeg spajamo našu štampanu ploču sa računarom. Opciono se može prikačiti i displej (LCD 2×16) na kojem bi se prikazivala trenutna vrednost napona.

Slika 2. Šematski dijagram uređaja za merenje napona sa serijskom komunikacijom

U slučaju da kreiranje štampane ploče kreće od praznog lista papira, poželjno je predvideti 5-pinski konektor putem kojeg bi se vršilo programiranje mikrokontrolera u samom uređaju.

Ova funkcija se naziva ICSP (In-Circuit Serial Programming) i ostvaruje se dovođenjem potrebnih napona iz programatora na pomenuti konektor. Ako ovako dovedeni naponi remete ostalu elektroniku uređaja, potrebno je ostvariti njihovo odvajanje tokom programiranja otpornicima ili kratkospojnicima.

Za povezivanje uređaja i računara koristi se standardni muško-ženski DB-9 kabl. Treba obezbediti i izvor stabilisanog jednosmernog napona od +5 volti kojim će se napajati kompletan hardver na štampanoj ploči odnosno uređaj.

Slika 3. ISCP (In-Circuit Serial Programming)

Softver

Mikrokontroler. Ideja programa je da po uključenju mikrokontroler čeka na string „AU“ koji mu treba poslati sa računara putem serijske komunikacije da bi započeo merenje napona. Merena vrednost se potom šalje računaru kao brojčani podatak tipa reč (Word), veličine 16 bita. Ovo je bitan detalj jer se kasnije, u Matlabu, podatak koji se prima definiše kao celobrojna pozitivna vrednost veličine 16 bita (Uint16). Dalja obrada vrednosti se izvodi u Matlabu.

Serijska komunikacija se ostvaruje pomoću RS-232-C standarda. Potrebno je definisati brzinu prenosa podataka, koja za ovaj primer iznosi 9600 bitova u sekundi (baud rate). Format podataka koji se prima i šalje je podešen kao 8N1 (8 bitova za podatke, bez bita za parnost i jedan stop bit).

Dobar način da se testira kod odnosno serijska komunikacija sa računarom jeste pomoću serijskog komunikatora (Serial communicator) koji se nalazi u kompajleru Proton IDE (Proton Basic compiler). Pre bilo kakvog izvršavanja koda proveriti da li su zatvoreni svi programi koji pristupaju serijskom portu kako ne bi prijavljivao grešku.

Slika 4. Serijski komunikator u Protonu

Matlab. Na početku skripta neophodno je definisati parametre serijske komunikacije. Bitno je da su ti parametri identični onim koji su uneti u mikrokontroler da ne bi dolazilo do greške u razmeni podataka.

Slika 5. Dijagram toka programa

Mikrokontroler PIC 16F887 vrši desetobitnu AD konverziju što znači da ima skalu od 1024 podeoka na osnovu kojih poredi ulazni napon. Naponska vrednost jednog podeoka dobija se deljenjem punog naponskog opsega sa brojem podeoka, odnosno 5/1024.

Pošto mikrokontroler šalje trenutni broj podeoka, da bi se dobila vrednost očitanog napona, neophodno je primljeni podatak pomnožiti sa 5/1024 i tek tada se dobija tačan rezultat u voltima.

Sam skript zbog razumevanja je upotpunjen komentarima, ipak nije loše iskoristiti Matlabov help sistem u slučaju nejasnoća. Njegovo efikasno korišćenje se postiže kucanjem u komandnom prozoru: >> help ”ime funkcije” (čije želimo objašnjenje).

U slučaju da Matlab ne zatvori i ne obriše serijski port zbog neke greške, ukucavanjem komande, prikazane ispod, u komandni prozor Matlaba to se može naknadno postići.

delete(instrfind)

Kod za PIC možete preuzeti ovde.

The post Serijska komunikacija u MATLAB-u appeared first on Automatika.rs.

Kako povezati RFID i AVR mikrokontroler

Miloš Jurošević — Tue, 16 Oct 2012 22:00:00 +0000

Svesno ili nesvesno, RFID (Radio Frequency IDentification) tehnologiju koristimo u svakodnevnom životu. Služi nam umesto ključa za otvaranje automatskih brava, za identifikaciju itd. RFID sistem se sastoji iz dva dela: taga i prijemnog modema. Kada RFID tag dođe u domet prijemnog modema, tag se aktivira i šalje svoj jedinstveni identifikacioni kod prijemnom modulu. Ovaj članak pokazuje kako se prijemni modul povezuje sa Atmelovim ATmega16 mikrokontrolerom.

RFID modul koji ćemo korisitti u ovom projektu daje jedinstveni 12-bajtni kod, u serijskom RS232 formatu logičkih nivoa. Zbog toga, između RFID modula i mikrokontrolera moramo koristiti integrisano kolo MAX232, koje ima ulogu u konvertovanju naponskih nivoa. Šema veze modula i mikrokontrolera prikazana je na slici 1. GND pinovi kola MAX232 i serijskog izlaza RFID modula moraju biti povezani. Prijemni pin modula se povezuje sa predajnim pinom MAX232 i obrnuto. Treba napomenuti i da, ako je izlaz RFID mnodula u TTL formatu, tada nema potrebe za MAX232 kolom. U tom slučaju, izlaz modula i mikrokontroler se povezuju direktno.

Slika 1. Električna šema uređaja

Na kraju teksta dat je kod za mikrokontroler. Ovde ćemo samo opisati funkciju koja “skuplja” podatke sa serijske komunikacije, a koje šalje RFID modul. Ova funkcija data je u nastavku:

void getcard_id(void) // Function to get 12 byte ID no. from rfid card

{

for(i=0;i<12;i++)

{

card[i]= usart_getch();// receive card value byte by byte

}

return;

}

Kao što vidimo, funkcija je veoma jednostavna. Sastoji se iz jednog for ciklusa, u kome se u niz upiše 12 bajtova pristiglih sa RFID modula. U nastavku, na snimku možete videti kako uređaj radi.

Ovde možete preuzeti kod za mikrokontroler.

The post Kako povezati RFID i AVR mikrokontroler appeared first on Automatika.rs.

Napravite USB to RS232 adapter upotrebom FTDI čipa

Miloš Jurošević — Tue, 28 Aug 2012 22:00:00 +0000

Većina mikrokontroler divelopera za debagovanje i upravljanje uređajima koriste serijsku komunikaciju preko računara ili nekog drugog uređaja. Protokol koji je najčešće korišćen u ovu svrju je RS232. Pre desetak godina, svaki PC računar bio je opremljen serijskim portom, ali danas je situacija nešto drugačija. Velika većina laptop računara ga nema, a sreću se i desktop računari koji ne poseduju ovaj port.

Kao rešenje ovog problema, pojavio se USB to RS232 adapter (ili USB to Serial). Nažalost, nisu se svi adapteri pokazali kao upotrebljivi. Najčešći problem predstavljaju drajveri i nekompatibilnost. Inače, ovi adapteri su prilično skupi, ako uzmemo u obzir male dimenzije PCB-a sa svega nekoliko komponenti.

Najpopularniji USB to Serial adapteri su bazirani na FTDI čipu. Kompanija FTDI je specijalizovana u proizvodnji čipova za konvertovanje periferija ka USB protokolu i imaju 20 godina iskustva u tom polju. Ako kupite ili sami napravite vaš uređaj, baziran na FTDI čipu, na njihovom sajtu možete pronaći sve potrebne drajvere i softver za konfigurisanje čipa.

Ovom prilikom ćemo vam pokazati kako da rukujete sa čipom iz serije označene kao FTD232RL. Detaljne instrukcije možete pronaći na sajtu proizvođača ili klikom ovde.

Šta treba da znate o ovom čipu? Ako želite da napravite adapter, pratite našu šemu. Ako vam je pak potrebno nešto složenije, čitajte uputstvo. Ova serija čipova ima ugrađenu EPROM memoriju, koja može biti konfigurisana. Konfigurisanjem možemo promeniti funkcije pinova CBUS0 – CBUS4 i neke druge stvari koje ćemo objasniti kasnije. Tabela koja sledi pokazuje moguće funkcije pinova koji se mogu konfigurisati. Mi ćemo koristiti CBUS0 i CBUS1 da uključujemo LE diode, kojima ćemo prikazivati promene na TXD i RXD signalnim linijama. Ovo su standardne funkcije ovih pinova, kada kupite čip.

Naša ideja je bila da napravimo USB to Serial adapter. Ali u praksi nam je često potrebno direktno povezivanje na mikrokontroler, bez konvertorskog nivoa (MAX232). Ideja je da se koriste džamperi za podešavanje operacije konverotvanja. Pošto upotreba mikrokontrolera sa napajanjem od 3.3V raste, unutrašnji LDO (low drop out) naponski regulator, ugrađen u čip, je korišćen za generisanje odgovarajućih naponskih nivoaza TxD i RxD signalne linije. Džamperi se koriste za odabir odgovarajućeg nivoa signalne linije. Detaljna šema je prikazana na slici 1.

Slika 1. Električna šema uređaja

Ceo uređaj se napaja sa USB porta. Takođe, moguće je napajati i druge uređaje, ali samo sa strujom koja neće pokrenuti zaštitu ugrađenu u USB portu. Ova struja ne može biti veća od 100mA, ali sa softverom za konfiguraciju može biti postavljena na maksimalnih 500mA.

Za konfigurisanje EPROM memorije koristi se MProg 3.5 softver. Možete ga preuzeti ovde. Kao što vidite na slici 2, možete konfigurisati puno stvari na FTDI čipu. Možete postaviti maksimalnu struju koju uređaj može da povuče, možete promeniti ime koje će se prikazivati kada se uređaj poveže sa PC računarom prvi put itd. Kada napravite bilo koju izmenu na EPROM-u čipa, uređaj će biti prepoznat na drugačijem COM portu nego prethodni put, pa nemojte zaboraviti da podesite vaš Terminal softver.

Slika 2. Konfigurisanje EPROM-a

I na kraju, pogled na konverter (slika 3). FTDI čip je sa donje strane PCB-a.

Slika 3. Izgled gotovog uređaja

Električnu šemu, PCB i slike možete preuzeti ovde.

Izvor: Electronics-base.com

The post Napravite USB to RS232 adapter upotrebom FTDI čipa appeared first on Automatika.rs.

RS232 – RS485 konverter sa automatskim Rx – Tx upravljanjem

Miloš Jurošević — Wed, 18 Jan 2012 00:00:00 +0000

U današnje vreme, iako tehnologije bežičnih komunikacija rastu veoma brzo, žičane komunikacije na dugačkim rastojanjima zadržavaju svoju popularnost. Razlog svakako leži u visokoj ceni i velikoj složenosti bežičnih komunikacija. Zato su u današnje vreme u mnogim nekomercijanim projektima ljudima i dalje draže žičane komunikacije.

RS232 je jedan od najčešće korišćenih protokola žičane komunikacije, koji se lako razvija i primenjuje. Uglavnom nailazimo na ovaj standard kod aplikacija sa mikrokontrolerima. Međutim, on ima neka ograničenja koja mogu da predstavljaju velike probleme. Maksimalna dužina kabla je svega 15 metara. Dobro ožičavanje, mala brzina prenosa i upotreba medijuma koji nije podložan uticaju šuma nam omogućavaju da u maloj meri povećamo ovu dužinu. Glavni problem koji se javlja pri većim rastojanjima leži u činjenici da sa povećanjem rastojanja, raste i šum na vodu zajedničke mase (ground). Nedostatak RS232 protokola leži i u činjenici da on omogućava komunikaciju maksimalno dva uređaja. Više od dva uređaja ne mogu komunicirati koristeći ovaj protokol.

RS485 je standard koji rešava ove probleme. Glavna razlika ovih protokola je da kod RS485 standarda transfer podataka zavisi od razlike potencijala između dva komunikaciona provodnika. Polaritet definiše logičko stanje signala. Pomoću ovog protokola podaci se mogu slati na razdaljine do 1220 metara i sa brzinom do 10Mbps. Mreži sa ovim protokolom mogu biti pridružena 32 uređaja.

Princip rada uređaja

Prilikom prenošenja podataka, MAX232 konvertuje signal sa DB9 konektora u TTL/CMOS nivo. Zatim MAX485 prenosi ulazni signal iz MAX232 ka RS485 liniju u obliku razlike napona. Dok prima podatke, MAX485 detektuje podatke na RS485 liniji i šalje ih ka MAX232 i tada izlaz može biti preuzet sa DB9 konektora. Dakle, konverter sam upravlja “Receive” i “Transmit” modovima.

Crveni LED indikator pokazuje primanje signala, a zeleni slanje. Da bi se linija za prenos podataka održala na istom naponskom nivou kada nema prenosa podataka, na liniju su povezana dva otpornika od 560Ω. Jedan je povezan sa napajanjem, a drugi sa masom.

Glavna prednost ovog konvertora je mogućnost da detektuje ulazni/izlazni signal i da promeni Rx i Tx modove. Uređaj upravlja DE i RE enable bitovima automatski. Linije A i B sa RS485 se vode na terminale sa vijcima.

Šemu uređaja, PCB i Layout možete preuzeti ovde.

The post RS232 – RS485 konverter sa automatskim Rx – Tx upravljanjem appeared first on Automatika.rs.