Kategóriák
Munkával kapcsolatos észrevételek, kérések, kérdések, egyelőre egy halomba, minden ami idefér

ATMEGA 644A – RS485 buszos adatgyűjtő áramkör

A következő posztban szeretnék bemutatni egy olyan témát, ami a műszaki praxis során sokszor előfordul, azonban számtalan apró buktatója van és általában az eredménytermék nem tudja azt, amit az alkotók és a megrendelők elvárnak tőle.

Az én gyakorlatomba is pont ilyen okból került be ez a feladat: Adott volt egy meglévő adatgyűjtő rendszer, ami maximum 30 eszközből néhány bitnyi információt gyűjtött, és képes volt néhány bitnyi adatot – működtető kimenetekként – eljuttatni az adatgyűjtés helyére.

A példaként beszállított alkalmazás több hibával, döcögősen üzemelt és a vizsgálatom után megszületett az újratervezést támogató döntés.

A tervezés során fél duplex kommunikációs protokoll mellett döntöttem, az igények kiszolgálására ez is elégségesnek bizonyult. Döntésem hátterében a duplex kommunikáció ellen a kétszeres hardver igény – és így kétszeres meghibásodási lehetőség – szólt.

A kommunikáció megvalósítására az áramhurkos RS485-ös összeköttetést tartottam a legalkalmasabbnak, mert alkalmas sodrott érpáros vezetéken akár 5MB/s átvitelt 100m+ távolságra is biztosítja.

Ennek tipikus topológiáját a következő ábra mutatja:

SN75176 tipikus alkalmazása
RS485 busz struktúra 32 kapcsolódó eszközhöz.

Az így összekapcsolt mikrokontrollerek (SLAVE-eszközök) egy buszon kapcsolódnak az adatgyűjtő számítógéppel soros porton kapcsolódó busz illesztést és vezérlést végző MASTER eszközhöz.

Ez gyárthatósági és praktikussági okokból azonos hardvert jelent különböző betöltött programokkal.

Az RS485 busz gyártói ajánlat szerinti PCB kialakítására egy példát találunk a gyártó adatlapjában, ami nem sok segítséget, éppen csak iránymutatást ad.

SN75176 tipikus PCB ajánlás

A lényeg azonban így is látható : rövid, vastag vezetékekkel kell az áramkört a busz vezetékhez kötni. A műszaki gyakorlatban sodrott érpáros kábeleket legolcsóbban CAT5E+minősítésű nyolceres “internet” kábelként lehet beszerezni. Ilyen kábeleket praktikusan RJ-45 csatlakozóval mutatkozott célszerűnek szerelni.

Az áramkör tervezésnek szinte egyik kulcsmozzanatához értünk: Az érsorrend kiválasztásnál úgy kell eljárjunk, hogy a kapható kábelek esetén az “A” és “B” vezetékek egy pászmába kerüljenek.

Bus kapcsolat RJ-45 csatlakozón keresztül

(a gyakorlat azt mutatja, ez nem mindíg és nem mindenkinek sikerül)

Jelen példánkban a 4 -5 vezetékek és 3 – 6 vezetékek egy pászmába esnek. A szokásos színjelölés mellett zöld – zöld/fehér és kék – kék/fehér erek. A párhuzamosítást redundancia miatt végzem. A próbagyártás és tesztelés során az összeköttetés minőségi paramétereit lényegesen javította az ilyen párhuzamosság.

Adatgyűjtő készülék PCB SMD beültetés előtt.
ATMEGA644A mikrokontrollerrel készült RS485 buszos adatgyűjtő készülék

A kép jobb oldalán látható a busz csatlakozó foglalata. Ide jó minőségű árnyékolt kivitelű aljzat kerül beültetésre, az áramköri lemezhez forrasztott árnyékolással. A vezetékek topológiáját úgy alakítottam ki, hogy az alkatrész oldalon a csatlakozót árnyékoló fém ne okozzon zárlatot a használat (mozgatás, során a fém ház súrlódhat az alatta lévő fóliával) során.

A két csatlakozó közt található a buszmeghajtó illesztő áramkör, csatlakozása rövid, vastag vezetékkel biztosított.

Félgyártmány forrasztási oldal
ATMEGA644A mikrokontrollerrel készült RS485 buszos adatgyűjtő készülék

Az illesztő áramkör két darab RJ-45 típusú csatlakozóval kapcsolódik a buszhoz: így a kábelek könnyen előre gyárthatóak csatlakoztatásuk gyors telepítést tesz lehetővé.

Az áramkör tervezésénél másik nagyon fontos probléma volt a cél rendszerek digitális földjeinek különböző potenciálja. Ezek elválasztását opto-csatolók biztosítják. A tápenergia ellátás egy közös vezetéken keresztül történik, egy kis kapcsolóüzemű tápegység használatával: így elérhető hogy a tápfeszültség esés a teljes vezetékhosszon alacsony legyen, és az energiaszállítás jó hatásfokon történjen.

Ez különösen fontos, amikor 32 áramkör (teljes kiépítés) kerül telepítésre. A tápfeszültség ilyenkor 20..32 V teljes áramfelvétel 200mA. Így a tápenergia kábelezésre tökéletesen megfelelt a közönséges flexibilis hangszóróvezeték erenként 0.5 négyzetmilliméter keresztmetszettel.

A megépített és néhány száz példányban már telepített készülék 20 MHz órafrekvencián stabil üzemet biztosít 250kbit/sec átviteli sebességen.

Sokakban felmerülhet a busz lezáratlanság kérdése. A busz lezárását praktikusan az utolsó áramkör üresen maradó RJ-45 csatlakozójába egy aljzatba krimpelt ellenállással lehet elvégezni. A tapasztalat azt mutatja, hogy ez szükségtelen.

A bus MASTER készülék paneljén a kommunikációs vonal potenciálját fél tápfeszültség közelébe az R29 és R28 ellenállásokkal lehet elvégezni. A tapasztalat azt mutatja, hogy kompatibilitási okokból ez szükségtelen sőt elkerülendő!

Szerző: Jáger Zoltán Tamás

51 éves okleveles vegyész és gépészmérnök vagyok. Vezettem autót, helikoptert, jártam északon délen az út végéig elmentem. Nézem a világot, teszem amit kell. Újévi fogadalmam: többet, jobban!

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük