RS485

RS485 es un estándar de comunicación serial ampliamente utilizado en aplicaciones industriales y sistemas de automatización debido a su capacidad para transmitir datos a largas distancias y en entornos ruidosos.

¿Qué es RS485?

RS485 es una especificación de capa física de la norma TIA/EIA-485-A que define las características eléctricas de los controladores y receptores en sistemas de comunicación en serie. Es similar a otros estándares como RS232, pero con ventajas clave que lo hacen más adecuado para aplicaciones industriales.

¿Cómo funciona RS485?

RS485 utiliza un método de comunicación diferencial, lo que significa que la señal se transmite a través de dos cables (A y B) que llevan voltajes opuestos. Esto permite que el sistema sea más inmune al ruido eléctrico, ya que cualquier interferencia afecta ambos cables por igual, y el receptor sólo detecta la diferencia de voltaje entre los dos cables, eliminando así el ruido.

Características principales:

Comunicación half-duplex o full-duplex: RS485 soporta tanto half-duplex (comunicación en ambas direcciones pero no simultáneamente) como full-duplex (comunicación en ambas direcciones simultáneamente, aunque para esto se necesitan cuatro cables). Multidrop: Permite la conexión de múltiples dispositivos (hasta 32 dispositivos en una sola línea de bus). Distancias largas: Puede transmitir datos hasta 1200 metros (4000 pies) a velocidades más bajas (por ejemplo, 100 kbps). Velocidades de transmisión: Hasta 10 Mbps en distancias cortas.

Análisis de RS485

Para analizar una red RS485, generalmente se utilizan herramientas como analizadores de protocolo, osciloscopios o convertidores USB a RS485 para capturar y visualizar las señales.

  1. Osciloscopio: Permite observar la forma de onda de las señales A y B. Esto es útil para diagnosticar problemas como reflexiones, ruido o señales débiles.
  2. Analizador de lógico: Puede decodificar los datos en la capa de aplicación, mostrando los bytes que se transmiten en la red.
  3. Convertidor USB a RS485: Permite conectar la red RS485 a un ordenador para su análisis mediante software de monitoreo serial.

Ejemplos de Conexión

  1. Conexión básica half-duplex:
  • Dos cables (A y B) conectan todos los dispositivos en un bus compartido.
  • Termina resistores de 120 ohmios en ambos extremos del bus para evitar reflexiones de señal.
  1. Conexión full-duplex:
  • Se utilizan cuatro cables: un par para la transmisión (TX+ y TX-) y otro par para la recepción (RX+ y RX-).
  • Ideal para aplicaciones donde la comunicación simultánea en ambas direcciones es necesaria.
  1. Conexión multidrop:
  • Se pueden conectar varios dispositivos a lo largo de la línea de bus.
  • Cada dispositivo debe tener una dirección única para que pueda ser identificado.

Consejos útiles

  • Evita bucles de tierra: Asegúrate de que el sistema esté correctamente aterrizado para evitar corrientes de tierra que puedan dañar los equipos o introducir ruido.
  • Utiliza resistencias de terminación: Coloca resistencias de terminación de 120 ohmios en los extremos del bus para mejorar la integridad de la señal.
  • Cableado adecuado: Utiliza cables de par trenzado para minimizar el ruido y la interferencia.

RS485 - Operaciones

Cómo Opera la Comunicación RS485

Comunicación Diferencial

RS485 opera mediante un sistema de transmisión diferencial, lo que significa que utiliza dos líneas de datos, comúnmente etiquetadas como A y B:

  • A (o D+): Esta línea lleva la señal positiva.
  • B (o D-): Esta línea lleva la señal negativa.

La diferencia de voltaje entre estas dos líneas determina el valor lógico transmitido:

  • Nivel lógico 1 (Alta): Si A > B, entonces el receptor interpreta esto como un “1”.
  • Nivel lógico 0 (Baja): Si B > A, entonces el receptor lo interpreta como un “0”.

Half-Duplex vs. Full-Duplex

  • Half-Duplex: La misma línea se usa para transmitir y recibir datos, pero no simultáneamente. La mayoría de las implementaciones RS485 son half-duplex.
  • Full-Duplex: Utiliza líneas separadas para transmisión (TX) y recepción (RX), permitiendo la comunicación simultánea en ambas direcciones.

Multidrop

Uno de los aspectos clave de RS485 es su capacidad para conectar varios dispositivos en la misma línea de bus (hasta 32 dispositivos). Cada dispositivo en la red puede tener un identificador único para que los mensajes se puedan dirigir al dispositivo correcto.

Interpretación de una Comunicación RS485

Identificación de Señales

Cuando se analiza una comunicación RS485, se suelen observar los siguientes aspectos:

  • Patrón de voltajes: En una red RS485 bien configurada, deberías ver una diferencia clara entre las líneas A y B, con conmutaciones que indican los cambios entre “1” y “0”.
  • Tramas de datos: Los datos suelen estar organizados en tramas que incluyen bits de inicio, datos, bits de paridad (opcional), y bits de parada.

Herramientas de Análisis

  1. Osciloscopio:
  • Configuración: Conecta las sondas del osciloscopio a las líneas A y B.
  • Observación de Señales: Visualiza las formas de onda diferenciales para asegurar que la señal es limpia y bien definida.
  • Diagnóstico: Busca distorsiones, caídas de voltaje, o reflexiones que puedan indicar problemas en el bus.
  1. Analizador de Protocolo:
  • Función: Decodifica las señales RS485 en datos legibles, permitiendo la observación de los bytes y paquetes transmitidos.
  • Utilidad: Es especialmente útil para depurar y verificar la integridad de la comunicación en la capa de aplicación.
  1. Multímetro:
  • Medición de Voltaje: Un multímetro puede medir la diferencia de voltaje entre las líneas A y B para confirmar que el bus está operando dentro de los rangos esperados (típicamente +5V a -5V para un “1” lógico y -5V a +5V para un “0” lógico).
  • Resistencias de Terminación: Verifica que las resistencias de terminación estén presentes en ambos extremos del bus midiendo la resistencia entre las líneas A y B.
  1. Convertidor USB a RS485:
  • Propósito: Convierte señales RS485 a USB para conectarlas a un ordenador.
  • Monitoreo con Software: Una vez conectado, puedes usar software de monitoreo serial para observar y capturar las tramas de datos enviadas y recibidas.

Cómo Identificar y Solucionar Problemas en RS485

  1. Problemas Comunes:
  • Reflejos de señal: Ocurren cuando no se utilizan resistencias de terminación adecuadas.
  • Ruido e interferencia: Pueden introducir errores en la comunicación.
  • Pérdida de sincronización: Puede suceder si los dispositivos no están configurados correctamente para sincronizarse con la velocidad de transmisión.
  1. Soluciones:
  • Asegurar resistencias de terminación: Instala resistencias de 120 ohmios en ambos extremos del bus.
  • Utilizar cables de par trenzado: Minimiza el ruido y mejora la integridad de la señal.
  • Verificar la tierra común: Asegúrate de que todos los dispositivos compartan una tierra común para evitar bucles de tierra.