RS-485

RS-485 ، المعروف أيضًا باسم TIA-485(-A) أو EIA-485 ، هو معيار تم تقديمه لأول مرة عام 1983، ويحدد الخصائص الكهربائية لأجهزة الإرسال والاستقبال المستخدمة في أنظمة الاتصالات التسلسلية . يتميز هذا المعيار بتوازن الإشارات الكهربائية ودعمه لأنظمة متعددة النقاط . وقد تم نشره بشكل مشترك من قبل جمعية صناعة الاتصالات وتحالف الصناعات الإلكترونية (TIA/EIA). يمكن استخدام شبكات الاتصالات الرقمية التي تطبق هذا المعيار بكفاءة عالية عبر مسافات طويلة وفي بيئات ذات تشويش كهربائي . كما يمكن توصيل عدة أجهزة استقبال بهذه الشبكة عبر ناقل خطي متعدد النقاط . هذه الخصائص تجعل RS-485 مفيدًا في أنظمة التحكم الصناعية والتطبيقات المشابهة.

يدعم بروتوكول RS-485 الشبكات المحلية منخفضة التكلفة ووصلات الاتصالات متعددة النقاط ، مستخدمًا نفس آلية الإشارة التفاضلية عبر الأزواج الملتوية المستخدمة في RS-422 . من المتعارف عليه عمومًا أن RS-485 يمكن استخدامه بمعدلات بيانات تصل إلى 10 ميجابت/ثانية ^{[ أ ]} ، أو لمسافات تصل إلى 1200 متر (4000 قدم) عند السرعات المنخفضة . ^{[ 2 ]} وكقاعدة عامة ، يجب ألا يتجاوز حاصل ضرب السرعة (بت/ثانية) في الطول (متر) 10⁸ ^. وبالتالي، لا ينبغي أن تتجاوز سرعة الإشارة لكابل طوله 50 مترًا 2 ميجابت/ثانية . ^{[ 3 ]}   

على عكس RS-422، الذي يحتوي على دائرة تشغيل لا يمكن إيقافها، تستخدم دوائر تشغيل RS-485 منطقًا ثلاثي الحالات يسمح بتعطيل أجهزة الإرسال الفردية. وهذا يُمكّن RS-485 من تنفيذ طوبولوجيا ناقل خطي باستخدام سلكين فقط. تُسمى المعدات الموجودة على طول مجموعة أسلاك RS-485 بالعُقد أو المحطات أو الأجهزة. ^{[ 4 ]} الترتيب المُوصى به للأسلاك هو سلسلة متصلة من عُقد نقطة إلى نقطة (متعددة النقاط)، أي خط أو ناقل ، وليس شبكة نجمية أو حلقية أو متعددة التوصيلات. لا يُنصح باستخدام طوبولوجيات النجمة والحلقية بسبب انعكاسات الإشارة أو مقاومة الإنهاء المنخفضة أو العالية جدًا. إذا كان تكوين النجمة لا مفر منه، تتوفر مُكررات RS-485 خاصة تستمع ثنائيًا للبيانات على كل امتداد ثم تُعيد إرسال البيانات إلى جميع الامتدادات الأخرى.

من الناحية المثالية، يجب أن يكون طرفا الكابل مزودين بمقاومة إنهاء موصولة بين السلكين. فبدون مقاومات الإنهاء، قد تتسبب انعكاسات الإشارة من الطرف غير الموصول للكابل في تلف البيانات. كما تقلل مقاومات الإنهاء من حساسية التشويش الكهربائي نظرًا لانخفاض المعاوقة . يجب أن تساوي قيمة كل مقاومة إنهاء المعاوقة المميزة للكابل (عادةً 120 أوم للأزواج الملتوية). يتضمن الإنهاء أيضًا مقاومات سحب لأعلى وسحب لأسفل لضبط جهد الانحياز لكل سلك بيانات في حالة عدم تشغيل الخطوط بواسطة أي جهاز. بهذه الطريقة، يتم ضبط جهد الانحياز للخطوط على قيم معروفة، ولن تفسر العقد التشويش الناتج عن الخطوط غير المشغلة على أنه بيانات فعلية؛ فبدون مقاومات الانحياز، تطفو خطوط البيانات بطريقة تجعل حساسية التشويش الكهربائي في أعلى مستوياتها عندما تكون جميع محطات الأجهزة صامتة أو غير موصولة بالطاقة. ^{[ 5 ]} 

كانت جمعية صناعات الإلكترونيات (EIA) تُطلق سابقًا على جميع معاييرها البادئة RS ( المعيار الموصى به )، ولكن جمعية صناعات الإلكترونيات/جمعية صناعات التكنولوجيا (EIA/TIA) استبدلت رسميًا RS بـ EIA/TIA لتسهيل تحديد مصدر معاييرها. تم حل جمعية صناعات الإلكترونيات رسميًا، وتتولى جمعية صناعات التكنولوجيا (TIA) الآن صيانة المعيار تحت اسم TIA-485، إلا أن المهندسين وأدلة التطبيقات ما زالوا يستخدمون تسمية RS-485. ^{[ 6 ]} صدرت الطبعة الأولى من معيار EIA RS-485 في أبريل 1983. ^{[ 7 ]}

يحدد معيار RS-485 الخصائص الكهربائية للمولد والمستقبل فقط، أي الطبقة الفيزيائية . ولا يحدد أو يوصي بأي بروتوكول اتصالات ؛ إذ تحدد معايير أخرى بروتوكولات الاتصال عبر وصلة RS-485. وتشير مقدمة المعيار إلى نشرة أنظمة الاتصالات TSB-89 التي تتضمن إرشادات التطبيق، بما في ذلك معدل إشارة البيانات مقابل طول الكابل، وطول الوصلة الفرعية، والتكوينات.

يُحدد القسم 4 الخصائص الكهربائية للمولد (المرسل أو المُشغّل)، والمستقبل، وجهاز الإرسال والاستقبال، والنظام. تشمل هذه الخصائص: تعريف وحدة الحمل، ونطاقات الجهد، وجهود الدائرة المفتوحة، والعتبات، وتحمل الظواهر العابرة. كما يُحدد ثلاث نقاط توصيل للمولد (خطوط الإشارة): A وB وC. تُرسل البيانات عبر A وB، بينما C هي نقطة مرجعية أرضية. يُحدد هذا القسم أيضًا حالتي المنطق 1 (إيقاف) و0 (تشغيل)، بناءً على قطبية طرفي A وB. إذا كانت A سالبة بالنسبة إلى B، فإن الحالة تكون ثنائية 1. أما إذا كانت القطبية معكوسة (A موجبة بالنسبة إلى B)، فإن الحالة تكون ثنائية 0. لا يُحدد المعيار أي وظيفة منطقية لهاتين الحالتين.

يمكن جعل بروتوكول RS-485، مثل RS-422، ثنائي الاتجاه الكامل باستخدام أربعة أسلاك. ^{[ 8 ]} ولكن نظرًا لأن RS-485 مواصفة متعددة النقاط، فإن هذا ليس ضروريًا أو مرغوبًا فيه في كثير من الحالات. يمكن لبروتوكولي RS-485 وRS-422 العمل معًا ضمن قيود معينة. ^{[ 9 ]}

تتوفر محولات بين RS-485 و RS-232 لتمكين الحاسوب الشخصي من التواصل مع الأجهزة البعيدة. وباستخدام أجهزة إعادة الإرسال، يمكن إنشاء شبكات RS-485 واسعة النطاق.

لا توصي إرشادات التطبيق الخاصة بمعيار TIA/EIA-485-A (TSB-89A) باستخدام بنية النجمة، لأن ذلك قد يؤدي إلى ظهور فروع طويلة (أغصان النجمة)، مما قد يتسبب في انعكاسات للإشارة تجعل نقل البيانات غير موثوق به. ^{[ 10 ]}

لا يُحدد معيار RS-485 بروتوكول اتصال ، بل مجرد واجهة كهربائية. ورغم أن العديد من التطبيقات تستخدم مستويات إشارة RS-485، إلا أن سرعة نقل البيانات وتنسيقها وبروتوكولها غير مُحددة في هذا المعيار. ولا يضمن التوافق بين الأجهزة، حتى المتشابهة منها من مختلف الشركات المصنعة، التوافقَ التام بين الأجهزة بمجرد الالتزام بمستويات الإشارة.

تُستخدم إشارات RS-485 في مجموعة واسعة من أنظمة الكمبيوتر والأتمتة.

في نظام الكمبيوتر، قد يستخدم SCSI -2 و SCSI-3 تقنية RS-485 لتنفيذ الطبقة المادية لنقل البيانات بين وحدة التحكم ومحرك الأقراص.

يُستخدم بروتوكول RS-485 لنقل البيانات بسرعة منخفضة في ناقل بيانات مقصورة الطائرات التجارية . وهو يتطلب الحد الأدنى من الأسلاك ويمكنه توزيع الأسلاك بين عدة مقاعد، مما يقلل الوزن.

تُستخدم هذه التقنيات في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وفي أرضيات المصانع. ويُستخدم بروتوكول RS-485 كطبقة مادية أساسية للعديد من بروتوكولات الأتمتة القياسية والخاصة المستخدمة لتنفيذ أنظمة التحكم الصناعية ، بما في ذلك الإصدارات الأكثر شيوعًا من بروتوكولي Modbus و Profibus .بروتوكول DH 485 هو بروتوكول اتصالات خاص تستخدمه شركةألين برادليفي سلسلة وحدات التحكم الصناعية الخاصة بها. وباستخدام سلسلة من أجهزة الربط المخصصة، يسمح هذا البروتوكول لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ووحدات التحكم الصناعية بالتواصل. ^{[ 11 ]} ولأنه بروتوكول تفاضلي، فإنه يقاوم التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن المحركات ومعدات اللحام.

في المسارح وقاعات العروض، تُستخدم شبكات RS-485 للتحكم في الإضاءة والأنظمة الأخرى باستخدام بروتوكول DMX512 . وتعمل RS-485 كطبقة مادية لربط الصوت الرقمي AES3 .

يُستخدم بروتوكول RS-485 أيضًا في أنظمة أتمتة المباني ، حيث يُعدّ توصيل ناقل البيانات البسيط وطول الكابلات مثاليين لربط الأجهزة البعيدة. ويمكن استخدامه للتحكم في أنظمة المراقبة بالفيديو أو لربط لوحات التحكم الأمنية وأجهزة مثل قارئات بطاقات التحكم بالدخول.

يُستخدم هذا النظام أيضًا في أنظمة التحكم الرقمي (DCC) لسكك الحديد النموذجية . غالبًا ما تكون واجهة الاتصال الخارجية بمحطة التحكم DCC هي RS-485، المستخدمة في وحدات التحكم المحمولة ^{[ 12 ]} أو للتحكم في تصميم السكة الحديدية ضمن بيئة حاسوبية متصلة بالشبكة. في هذه الحالة، تُستخدم موصلات 8P8C المعيارية . ^{[ 13 ]}

يتكون خط RS-485 التفاضلي من إشارتين:

• A ، وهي قيمة منخفضة للمنطق 1 وقيمة عالية للمنطق 0، و
• B ، وهو مرتفع بالنسبة للمنطق 1 ومنخفض بالنسبة للمنطق 0.

نظرًا لأن حالة العلامة (المنطق 1) تُمثَّل تقليديًا (كما في RS-232) بجهد سالب، والفراغ ( المنطق 0) يُمثَّل بجهد موجب، يُمكن اعتبار الإشارة A إشارة غير عاكسة والإشارة B إشارة عاكسة. ينص معيار RS-485 (بتصرف): ^{[ 14 ]}

• في حالة الإيقاف أو العلامة أو المنطق 1، يكون الطرف A الخاص بالسائق سالبًا بالنسبة للطرف B.
• في حالة التشغيل أو المسافة أو المنطق 0، يكون طرف A الخاص بالمشغل موجبًا بالنسبة لطرف B. ^{[ ب ]}

تُظهر جداول الحقيقة لمعظم الأجهزة الشائعة، بدءًا من SN75176، إشارات الخرج معكوسة. وهذا يتوافق مع تسمية A/B المستخدمة من قبل معظم مصنعي أجهزة الإرسال والاستقبال التفاضلية، بما في ذلك:

• Intersil ، كما هو موضح في ورقة البيانات الخاصة بجهاز الإرسال والاستقبال ISL4489 ^{[ 15 ]}
• كما هو موضح في ورقة بيانات جهاز الإرسال والاستقبال MAX483 ^{[ 16 ]} ، وجهاز التحكم الدقيق MAX3485 من الجيل الجديد بجهد 3.3 فولت.
• Linear Technology ، كما هو موضح في ورقة البيانات الخاصة بهم لـ LTC2850 و LTC2851 و LTC2852 ^{[ 17 ]}
• Analog Devices ، كما هو موضح في ورقة البيانات الخاصة بهم لـ ADM3483، ADM3485، ADM3488، ADM3490، ADM3491 ^{[ 18 ]}
• FTDI ، كما هو موضح في ورقة البيانات الخاصة بهم لـ USB-RS485-WE-1800-BT ^{[ 19 ]}

يتفق جميع هؤلاء المصنّعين على معنى المعيار، وتُستخدم ممارستهم على نطاق واسع. وتوجد هذه المشكلة أيضًا في تطبيقات وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. ^{[ ج ]} يجب توخي الحذر عند استخدام تسمية A/B. غالبًا ما تُستخدم تسميات بديلة لتجنب الالتباس المحيط بتسمية A/B.

• TX+/RX+ أو D+ كبديل لـ B (مرتفع للعلامة أي وضع الخمول)
• TX−/RX− أو D− كبديل لـ A (منخفض للعلامة أي وضع الخمول)

توفر مشغلات RS-485 المتوافقة مع المعيار خرجًا تفاضليًا بحد أدنى 1.5 فولت عبر مقاومة 54 أوم، بينما تستقبل أجهزة الاستقبال المتوافقة مع المعيار إشارة دخل تفاضلية تصل إلى 200 مللي فولت. توفر هاتان القيمتان هامشًا كافيًا لنقل البيانات بشكل موثوق حتى في ظل تدهور الإشارة الشديد عبر الكابل والموصلات. هذه المتانة هي السبب الرئيسي وراء ملاءمة RS-485 لشبكات المسافات الطويلة في البيئات ذات التشويش العالي. ^{[ 28 ]}

بالإضافة إلى التوصيلين A و B ، قد يوجد توصيل ثالث اختياري (يشترط معيار TIA وجود مسار عودة مشترك بين جميع أرضيات الدائرة على طول الخط المتوازن لضمان التشغيل السليم) ^{[ 29 ]} يُسمى SC أو G أو المرجع ، وهو أرضي مرجعي مشترك للإشارة يستخدمه جهاز الاستقبال لقياس جهدي A وB. يمكن استخدام هذا التوصيل للحد من إشارة الوضع المشترك التي يمكن تطبيقها على مداخل جهاز الاستقبال. يتراوح جهد الوضع المشترك المسموح به بين -7  فولت و+12  فولت، أي ±7  فولت فوق  نطاق الإشارة 0-5 فولت. سيؤدي الخروج عن هذا النطاق، في أحسن الأحوال، إلى تشويش الإشارة، وفي أسوأ الأحوال، إلى تلف الأجهزة المتصلة.

يجب توخي الحذر عند استخدام وصلة SC، خاصةً في الكابلات الطويلة، لتجنب محاولة توصيل أرضيات متباينة معًا؛ لذا يُنصح بإضافة آلية للحد من التيار في هذه الوصلة. قد تختلف الأرضيات بين المباني بجهد ضئيل، ولكن بمقاومة منخفضة جدًا، مما قد يؤدي إلى تيارات كارثية كافية لإذابة كابلات الإشارة، ومسارات لوحات الدوائر المطبوعة، وأجهزة الإرسال والاستقبال.

لا يحدد معيار RS-485 أي نوع من الموصلات أو ترتيب الأطراف. يمكن إنهاء الدوائر باستخدام أطراف لولبية ، أو موصلات D-subminiature ، أو أنواع أخرى من الموصلات.

لا يتناول المعيار حماية الكابلات ولكنه يقدم بعض التوصيات بشأن الطرق المفضلة لربط مرجع الإشارة المشترك وأرضيات علبة المعدات.

يوضح الرسم البياني أدناه إمكانات الدبابيس A (الأزرق) و B (الأحمر) لخط RS-485 قبل وأثناء وبعد إرسال بايت واحد (0xD3، البت الأقل أهمية أولاً) من البيانات باستخدام طريقة بدء وإيقاف غير متزامنة .

• قائمة حافلات الشبكة

• "TIA-485-A" - شراء المعيار الرسمي
• "إرشادات لتوصيل شبكة RS-485 بشكل صحيح" - ماكسيم
• "دليل تنفيذ دائرة RS-485" - تناظري
• "الأسئلة الشائعة حول RS-485" - TI
• "التحيز الخارجي الآمن ضد الأعطال لشبكات RS-485" - رينيساس
• "نظام الأمان السلبي لناقل RS-485 في حالة الخمول" - TI، وحاسبة مقاومة RS-485