Почему в наши дни во многих устройствах используют RS-232 и RS-485 вместо USB или другого современного стандарта передачи данных? Спросите десяток инженеров, и вы получите десяток разных мнений. Одно можно сказать точно: интерфейсы RS-232 и RS-485 знакомы почти всем инженерам по автоматизации в мире.
Стандарт RS-232 был предложен в 1962 году американской Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industries Alliance, EIA). RS-232 можно расшифровать как Рекомендованный Стандарт 232 от английского Recommended Standard. Сейчас он обозначается EIA-232 или TIA-232 от Electronic Industries Alliance и Telecommunication Industry Association соответственно. Хотя инженеры все еще используют название RS-232. Последняя редакция стандарта вышла в 1991 году как стандарт EIA/TIA-232E.
Интерфейс RS-232 применяют для передачи данных в различных устройствах: контроллерах, HMI панелях, компьютерах, встраиваемых решениях, датчиках и микроконтроллерах.
Стандарт RS-485 или ANSI TIA/EIA-485-A был предложен в 1998 году. Он регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа общая шина.
RS-485 приобрел большую популярность в промышленной автоматизации за счет простоты и поддержки до 32 приёмопередатчиков на одной шине.
Мы опросили инженеров и экспертов промышленной автоматизации. Вот обобщенный список мнений о популярности интерфейсов RS-232 и RS-485 в 2020 году:
Стоимость внедрения
Система на устройствах с RS-232/485 часто обходится дешевле не только за счет самих устройств, но и за счет отсутствия дополнительных узлов для построения шины данных. Часто вся шина RS-485 представляет собой два длинных провода от одного до другого устройства. Если же нужно поставить разветвитель или гальваническую развязку, то такие устройства стоят не дорого.
Инженеры при создании своих коммерческих продуктов все ещё выбирают RS-232 и RS-485 вместо USB из-за стоимости. Если компания не является членом Форума разработчиков USB (USB-IF), то плата за лицензию на товарный знак с логотипом USB составляет 3500 долларов в течение двух лет, а покупка идентификатора поставщика у USB-IF стоит 5000 долларов. Для использования RS-232 не требуется никаких лицензионных сборов или организационных взносов.
В тоже время, если у вас стоит старое оборудование с интерфейсами RS-232/485, то его замена может быть дорогостоящей. Поэтому при модернизации объекта новые контроллеры и ПК вынуждены поддерживать RS-232/485.
Достаточная скорость передачи данных
По спецификации RS-232 поддерживает скорость передачи данных до 920 кбит/с на небольшом расстоянии. Он позволяет соединить только 2 устройства: конечное Data Terminal Equipment (DTE) device и передающее Data Communications Equipment (DCE). Одним из основных ограничений RS-232 является максимальная длина кабеля. Обычно на расстоянии 15 метров скорость равна 9600 бит/с.
Спецификация RS-485 допускает скорость передачи данных до 10 Мбит/с на 10 метрах. Но главное отличие от RS-232 в том, что RS-485 поддерживает многоточечное подключение до 32 приемо-передатчиков. Одновременно передавать данные может только один передатчик. Также удалось увеличить максимальное расстояние передачи данных до 1200 метров при 9600 бит/с.
Несмотря на небольшие скорости на максимальной дистанции, этого достаточно в большинстве случаев для промышленной автоматизации, поэтому выбор по соотношению цена-качество здесь явно на стороне последовательных интерфейсов.
Гибкая топология сети
Обычно RS-485 применяют в топологии типа шина, но в продаже есть недорогие разветвители, которые позволяют перейти к топологии типа звезда. Причем не нужно ничего настраивать программно: разветвители аппаратно повторяют электрический сигнал и не затрагивают данные.
Простота использования
В RS-232 можно использовать 9 контактов, но обычно ограничиваются тремя: прием Rx, передача Tx и общий провод GND. В RS-485 обычно используют 2 провода: Data+ и Data-.
Простые в использовании интерфейсы RS-232/485 по-прежнему остаются привлекательной альтернативой более требовательным современным интерфейсам: USB, Ethernet и другим.
При использовании RS-485 обычно не нужно ставить дополнительное оборудования типа коммутаторов, что упрощает подключение устройств и экономит бюджет, о чём уже говорилось выше.
Последовательное подключение устройств избавляет от избыточности сетевого подключения, но не позволяет резервировать сеть в случае обрыва кабеля. Часто это и не нужно.
Инженерам не составит много труда внедрить поддержку RS-232/485 в устройства на микроконтроллерах.
Много протоколов создано специально для RS-232/485
За многие годы создано множество протоколов именно под интерфейсы RS-232/485. Например, самый популярный протокол под RS-232/485 - Modbus RTU.
Производители промышленных устройств не спешат отказываться от RS-232/485
Сами производители не стремятся переходить на другие интерфейсы передачи данных и продолжают выпускать новые продукты с RS-232/485. Это можно объяснить накопленным опытом в разработке устройств, дешевизной компонентов, простотой реализации и обеспечением совместимости с ранее выпущенными устройствами.
Повсеместное использование в промышленности
В промышленности автоматика работает в течение долгого времени: 10, 20 и более лет. На предприятиях стоят сотни тысяч устройств с последовательным интерфейсом. Быстро перейти на новый способ передачи данных невозможно, да и часто нет необходимости, ведь RS-232 и RS-485 – это промышленный стандарт, что гарантирует совместимость устройств разных производителей.
Не только промышленное применение
Интерфейсы RS-232/485 применяют не только в промышленности. Их также используют в видеонаблюдении для управления PTZ-камерами или в любительских проектах на Arduino.
Привычка использовать RS-232/485
Инженеры годами применяли в своих проектах RS-232/485 и не собираются от них отказываться в ближайшее время.
Устойчивость RS-485 к внешним помехам
В интерфейсе RS-485 данные передают по двум витым проводам, что увеличивает устойчивость к наведенным помехам. Помеха одинаково влияет на оба провода, а полезный сигнал выделяют разностью напряжений на двух проводах.
Из-за того, что используют всего 2 провода интерфейс RS-485 проще и дешевле защитить гальванической развязкой чем другие многоконтактные интерфейсы.
Возможность «горячей» замены конечных устройств
Интерфейс RS-485 позволяет добавить или убрать устройства на шине без отключения всех устройств. Не нужно ничего перезагружать или настраивать заново.
Легко работать с ПО и библиотеками
Библиотеки для работы с RS-232 и RS-485 весят очень мало. Это экономит память и не нагружает ЦП.
Даже если RS-232 и RS-485 нет на ПК, то выручают переходники
В современных ПК уже не встретишь встроенных СОМ портов, но зато у них есть USB, Ethernet и шина PCI. Производители предлагают использовать специальные преобразователи СОМ в USB или Ethernet, а также платы расширения со встроенными портами RS-232 и RS-485. Если бы переходников не было, инженерам бы пришлось строить системы на новых интерфейсах, но наличие лазейки в виде преобразователей продлевает жизнь последовательных портов.
Интерфейс RS-232 как консольный порт
Часто RS-232 применяют как запасной интерфейс для настройки устройств.
Стойкость разъемов к вибрациям
Для подключения интерфейсов RS-232 и RS-485 обычно используют разъемы DB9 или винтовые клеммы. Разъемы надежно фиксируют провода и держат контакт при тряске, в отличие от обычного USB или Ethernet.
Достаточное расстояние для передачи небольшого количества данных
При подключении одного устройства к другому обычно хватает кабеля длиной 1-3 метра. В этом случае RS-232 со своим максимальным расстоянием в 15 метров вполне подходит. Если нужно больше, то применяют RS-485. Там уже можно использовать кабель длиной до 1200 метров.
Об интерфейсах RS-232 и RS-485 написано в учебниках
Многие учебные заведения рассказывают об интерфейсах RS-232 и RS-485 при обучении молодых специалистов.
Применение в современных устройствах
Интернет вещей требует технологий, которые не только потребляют мало энергии, но также просты в разработке и внедрении. Миллиарды датчиков и концентраторов данных нужно подключить к Интернету, но сделать это нужно простым и надежным способом. Проще объединить группу датчиков по RS-485 и затем подключить к одному IoT преобразователю, чем внедрять сложный интерфейс в каждый датчик.
Хотя в отрасли давно появились современные интерфейсы передачи данных USB и Ethernet, такие факторы, как низкая стоимость внедрения, приемлемая скорость и простота использования, гарантируют стандартам RS-232 и RS-485 долгую жизнь в течение ещё многих лет.