Фильтр по тематике

«Гроза-зонт» RS-485

Атмосферное электричество и молнии имеют величину энергии и токи значительно бо́льшие, чем рабочие токи линий связи. Эти токи повреждают оконечные цепи длинных линий, которые в интерфейсе RS-485 подключаются параллельно, и таким образом происходит «массовая гибель» входных микросхем. Вероятность этих событий невелика, но всё же возможна. Предлагаемая схема отделяет участок длинной линии, где возможно наведение больших токов от гроз и молний, от участка с установленными элементами системы сбора и обмена данными термометрии элеватора. В критический токовый момент повреждаются только входные микросхемы интерфейса RS-485 и микросхемы согласования питания, которые имеют достаточно низкую цену и широко распространены. Мигающий светодиод схемы диагностирует исправность цепей обмена данными. Кроме того, микроконтроллер схемы позволяет провести тестирование интерфейса и обнаружить возможные неисправности защищаемого участка.

Необходимость и достаточность мер защиты от молний

Разработано много различных схем защиты от действий молний и атмосферного электричества [1, 2]. К сожалению, статистику на данные схемы найти сложно ввиду малой вероятности событий. Интуиция инженера подсказывает, что действие защиты будет. Но на практике невозможно определить мощность молнии и оценить, поможет ли в этом случае схема защиты. Есть риск «купить кота в мешке» и не получить защиты. 

Поскольку в случае «прорыва» защиты дальше последуют значительные повреждения, то надо сделать так, чтобы «прорыв» отключал последующую линию интерфейса RS-485, а также линию питания. Элементы схемы, «принесённые в жертву», должны однозначно диагностироваться, быть дешёвыми и удобно заменяемыми. Подобный метод похож на обычный предохранитель, в котором степень защиты определяется по уровню прохождения электрического тока. В предлагаемом методе используется принцип «работает схема или нет». На рис. 1 представлена блочная схема данного подхода к защите. 

Для статистической оценки используемого метода желательно иметь также средства защиты на основе ранее применявшихся методов ограничения токов и напряжений в линии, сравнить повреждения от молнии и возможность их использования. 

Кроме того, поражению подвержен и блок А. Это блок формирования интерфейса RS-485 и напряжения питания 18 В от шины USB компьютера мониторинга. Для возможной замены удобно использовать модульные блоки, которые в настоящее время доступны и экономичны.

Принципиальная схема защиты RS-485

Схема и вид основных компонентов представлены на рис. 2. Cхема содержит два узла преобразования интерфейса RS-485 на микросхеме U1, 3 sr485 и ретранслятор сигналов, который выполнен на микроконтроллере (МК) U2 PIC12F629 [3].

Назначение элементов:
  • разъёмы XP1, 2 подключаются к стороне угрозы, т.е. к участку линии от компьютера управления. По линии поступает питание и сигналы RS-485. Входное напряжение питания поступает на два стабилизатора для формирования +5 В (Q1) и +12 В (Q2). Информационные сигналы поступают на вход U1. Резисторы R1, 2, 3 выполняют согласование линии с микросхемой преобразования. Таким образом, максимальная угроза направлена на данные элементы схемы; 
  • выходной преобразователь U3 построен аналогично входному и имеет такие же резисторы согласования R6, 7, 8. Входной и выходной преобразователи связывает МК U2, который работает по программе битной ретрансляции для скорости 1200 бод. Предусмотрено использование и других скоростей обмена при соответствующем программировании МК;
  • разъёмы J1,2 востребованы при работе нескольких подобных схем защиты, которые в этом случае включаются параллельно или по входу, или по выходу; 
  • выбранная скорость обмена в 1200 бод позволяет сформировать длину линии не менее одного километра для кабелей типа UTF5 или КСПП, что в большинстве случаев достаточно. Кроме того, для МК такая низкая скорость ретрансляции позволяет работать без кварцевой стабилизации от внутреннего RC-генератора на частоте 4 МГц. Допустимая скорость ретрансляции для работы МК с использованием RC-генератора не превышает 9600 бод; 
  • нажатием кнопки S1 (Тест) создаётся сигнал логичеcкого нуля одновременно на двух входах МК U2 GP0,3, что является признаком перехода к режиму тестов;
  • индикацию нажатия и индикацию наличия входных сигналов выполняют светодиоды D2, 3. В режиме ретрансляции светодиоды индицируют попеременно и указывают на обмен по направлению от ПК в сторону блоков RS-485 (тройник) [6] и обратно. При нажатии кнопки S1 (Тест) индикация выполняется одновременно. 

Конструкция схемы защиты

Все элементы расположены на печатной плате, которая имеет специальные пазы для установки на DIN-рейку. Элементы схемы допускается заменить на любые отечественные или зарубежные аналоги.

Принципиальная схема и плата (файлы grozazachita_v1.dch(dip)) подготовлены в редакторе DIP-TRACE и могут извлекаться из тела программы [5]. Способ извлечения представлен в описании аналогичной авторской программы [6]. На плате предусмотрена установка элементов в DIP или SOIP исполнении. Все элементы с угрозами на повреждение подключаются через переходные колодки, что позволяет провести быструю замену при аварии.

Программное обеспечение схемы защиты

Подготовлено программное обеспечение на языке программирования FORTH. Используется авторский FORTH-ACСEМБЛЕР для семейства PIC 12/16, который находится также в теле программы [5]. Извлекается аналогично варианту, приведённому в источнике [6]. Файл assmb_pik12f_v1.f содержит мнемоники всех команд МК и структуры компиляции. Файл grozazachita_12f629_v1.f – это непосредственно текст программы, которая компилируется в hex-код. 

При выполнении «извлечения» hex-код формируется в отдельном каталоге grozazachita_12f629_v1 и может быть сразу же использован для программирования МК. Процесс извлечения из архива проиллюстрирован в ролике, выложенном в дополнительных материалах.

Поскольку МК работает от внутреннего RC-генератора, возникает ситуация больших погрешностей при работе в старт-стопном режиме. Как определить тактовый интервал скорости передачи? С этой целью после программирования hex-кодом и включения U2 в схему для работы вначале требуется «настроить» МК на требуемую скорость. В первую очередь передаётся последовательность кодов АТТ ( x41 x54 x54) на требуемой скорости. МК измеряет тактовый интервал и проверяет переданную последовательность. В случае успеха определения кода и кодовой последовательности выдаётся ответный код ППЗУ U2. После этого программа переходит к режиму ретрансляции битной последовательности в режиме 8n1 на заданной скорости. 

Подробное описание всех управляющих слов приведено в тексте программы grozazachita_12f629_v1.f.

Программа тестирования подготовлена в режиме АТ-команд, которые приведены в тексте программы grozozapor_v1.f и повторяют по структуре тест опроса тройников в источнике [6].

Программа содержит пояснения и комментарии по каждому разделу функционирования.

Выводы

Предложенная схема защиты интерфейса RS-485 позволяет перенести риск повреждения на один элемент системы и исключить доступ энергии молнии к другим элементам интерфейса. Заранее подготовленные запасные повреждаемые элементы обеспечивают персоналу возможность быстрого восстановления системы сбора данных. 

Повреждаемые элементы диагностируются и заменяются без пайки и программирования. Использование микроконтроллера позволяет тестировать всю систему данных автономно. 

Литература

  1. Модуль грозозащиты ZRS-485 // URL: http://www.igur.by/docs/Grozozaschita_RS-485.pdf
  2. Модуль грозозащиты ГЗ-RS485-Т  // URL: https://satro-paladin.com/catalog/product/91923/.
  3. Описание 12F629 // URL:  http://catalog.gaw.ru/index.php?id=15426&page=component_detail.
  4. Интерфейс RS-485 // URL: http://composs.ru/chto-takoe-rs-485/
  5. Программа и схема защиты RS-485 // URL: http://90.189.213.191:4422/temp/predohranim_rs485_v1/test/
  6. Шабронов А. «Тройник» для интерфейса 1-WIRE // Современная электроника. 2023. № 6. С. 24.
© СТА-ПРЕСС, 2024
Комментарии
Рекомендуем
Прообраз Интернета: история средств распространения информации электроника

Прообраз Интернета: история средств распространения информации

Как совокупность технологий с использованием проводимости электрического тока для обработки информации и вычислений «электроника» и понятие РЭА появились в 1930-х годах ХХ века. Однако выпрямлять, модулировать, усиливать, преобразовывать ток, управлять с его помощью реле, создавать системы автоматизации, в том числе с дистанционным управлением, и обмениваться электрическими сигналами начали намного раньше. Современный Интернет как средство доставки и создания информации можно считать последователем традиций не только подписных изданий, газет и журналов, радиовещания, но и самых первых изобретений в области электроники. В ретроспективе рассматриваются события 1923–1924 гг., когда Москва и Ленинград впервые стали транслировать радиопередачи на всю страну, что дало новый импульс в развитии радиосвязи и инженерной мысли, результаты которой мы имеем сегодня.
12.02.2024 285 0
Открытие квантовых точек и разработка технологии их массового производства. Часть 1. Полупроводниковые наноматериалы  с эффектом запрета перемещения зарядов  по определённым направлениям электроника

Открытие квантовых точек и разработка технологии их массового производства. Часть 1. Полупроводниковые наноматериалы с эффектом запрета перемещения зарядов по определённым направлениям

Нобелевская премия по химии в 2023 году была присуждена трём учёным за открытие и разработку технологий производства квантовых точек (Quantum Dots). Об этих удивительных полупроводниковых микрокристаллах уже была публикация в журнале «Современная электроника» № 3 за 2023 год. Данная статья посвящена конкретному вкладу каждого из трёх лауреатов в фундаментальное достижение в области квантовой химии и физики. В первой части статьи рассмотрены «Quantum Dots» с точки зрения завершающего элемента группы новых квантовых наноматериалов с ограничением переноса заряда по направлениям: квантовые плёнки – квантовые проволоки – квантовые точки. В этой части коротко изложена суть основных работ Алексея Екимова, которые явились основанием для присуждения ему Нобелевской премии. Во второй части будет рассмотрен вклад Луиса Брюса и Мунги Бавенди в разработку технологий массового производства квантовых точек, позволивших производить такие современные устройства, как, например, «телевизор на квантовых точках», визуальный монитор биологических процессов реального времени в клетках и многие другие.
10.02.2024 291 0

ООО «АДВАНТИКС» 7728316281 2SDnjc5rCCp
ООО «АДВАНТИКС» 7728316281 2SDnjc5rCCp