RS485 : Cấu Tạo – Nguyên Lý – Ưu Nhược Điểm

RS485 là một phương thức giao tiếp được ứng dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, viễn thông, POS,… Đặc biệt, RS485 được sử dụng nhiều trong các môi trường nhiễu do phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp truyền đi quá lại quá dài trong môi trường nhiễu. Không chỉ dừng lại ở đó, RS485 cũng được ứng dụng nhiều trong hệ thống máy tính, điều khiển, PLC hay cảm biến thông minh,…

Vậy chuẩn giao tiếp RS485 là gì mà có nhiều ưu điểm và ứng dụng rộng rãi trong ngành khoa học kỹ thuật như vậy? Các bạn hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

RS485 là gì?

RS485 hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là chuẩn giao tiếp RS485 hay cáp RS485, đây là phương thức giao tiếp kết nối với máy tính và các thiết bị khác. RS485 không chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻ mà nó chính là tổ hợp truyền thông có khả năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị.

Chuẩn giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơn và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m.

Cấu tạo của RS485

Cáp RS485 được cấu tạo rất đơn giản, chỉ từ các sợi dây được xoắn lại với nhau theo từng cặp. Tuy nhiên, chính cấu tạo này lại sinh ra một nhược điểm nghiêm trọng, khi hiện tượng nhiễu xuất hiện ở 1 cặp dây thì ngay lập tức cặp dây khác cũng sẽ bị. Điều này dẫn đến điện áp hoạt động giữa 2 dây sẽ không có quá nhiều sự chênh lệch, bộ phận thu của RS485 vẫn có thể nhận được tín hiệu vì bộ thu đã loại bỏ hết được hiện tượng nhiễu.

Nguyên lý hoạt động của RS485 là gì?

Nguyên lý hoạt động của RS485 khá đơn giản, dữ liệu sẽ được truyền qua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn. Khi dây được xoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năng truyền tín hiệu đường dài tốt hơn.

RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây. Các bạn hãy tìm hiểu nguyên lý hoạt động của 2 loại cấu hình này nhé!

Cấu tạo cáp RS485

Sơ đồ chân RS485 2 dây

Đối với cấu hình 2 dây, dữ liệu sẽ được truyền đi theo một hướng tại một thời điểm nhất định. Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX và RX sẽ cùng nhau dùng chung một cặp dây duy nhất giúp người sử dụng tiết kiệm được chi phí cài đặt.

Nhìn vào hình trên, ta thấy được rằng hệ thống phát và hệ thống thu sẽ được kết nối với nhau tại mỗi nút của một cặp xoắn. Tuy nhiên, cấu hình 2 dây lại làm giới hạn các nút tại cặp xoắn nên người sử dụng phải chú ý đến độ trễ quay vòng.

Sơ đồ chân RS485 2 dây

Nguyên lý hoạt động của cấu hình 4 dây tương đối khác, tại đây dữ liệu sẽ được truyền đi và đến đồng thời từ các nút. Tại đây, 2 dây sẽ đảm nhận nhiệm vụ truyền và 2 dây còn lại sẽ đảm nhận nhiệm vụ nhận.

Nhìn vào hình trên, ta thấy được rằng cổng chính và máy phát được kết nối lại với hệ thống nút nhận dữ liệu trên các cặp xoắn. Tuy nhiên, bạn cần chú ý rằng các kết này sẽ bị giới hạn trong giao tiếp chính và phụ, hay hiểu đơn giản chính là bị giới hạn tại nơi các nút không thể nhận tín hiệu từ nhau.

Ưu điểm nhược điểm của RS485

Ưu điểm của RS485

– Là sản phẩm tân tiến nhất hiện nay, khắc phục những yếu điểm mà RS232 để lại.

– Cáp RS485 là chuẩn giao tiếp duy nhất có thể kết nối cùng lúc nhiều máy phát và máy thu trên cùng một hệ thống mạng.

– Những máy thu có điện trở đầu vào lên đến 12kΩ thì RS485 vẫn có thể kết nối lên 32 thiết bị. Ngoài ra, với các đầu vào khác, RS485 có thể kết nối tối đa lên 256 thiết bị.

– Khi RS485 đang kết nối các thiết bị ở khoảng cách khá xa thì người sử dụng có thể khắc phục bằng cách lắp thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối, giúp tín hiệu ổn định hơn, tránh nhiễu đường truyền.

– RS485 có lắp đặt 2 dây truyền tín hiệu nên tín hiệu sẽ được truyền đi nhanh hơn trên khoảng cách xa và rộng hơn.

Nhược điểm RS485

– Khi truyền quá nhiều thiết bị trên cùng một đường dây thì gian đáp ứng sẽ chậm.

– Các thiết bị cần phải dùng chung chuẩn RS485 thay cho chuẩn Analog hiện hữu

– Cần có một kiến thức nhất định để sử dụng RS485 hiệu quả

RS485 & Cách sử dụng

Dây chuyển đổi USB sang RS485

– Bộ chuyển đổi USB sang RS485 thường được dùng trong ngành công nghiệp, được thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng mang theo. Bộ chuyển đổi này có các mạch bảo vệ chống rỉ, chống lại sự tác động từ môi trường xấu bên ngoài.

– Hoạt động: Bộ chuyển đổi này có khả năng liên lạc nhanh, ổn định và bảo mật cao nên có thể tự động thu phát.

Cáp điều khiển RS485 – Grove

– Grove được biết đến là mẫu kết nối hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản và dễ dàng ứng dụng trong học tập.

– Grove cho phép Arduino của người sử dụng kết nối trực tiếp với RS485, cắm trực tiếp và tiến hành sử dụng.

Kết nối RS485 với máy tính

– Đây là bộ chuyển đổi được cấu tạo có mạch bảo vệ cách ly nguồn hoặc cách ly từ tính. Bộ chuyển đổi S177P1 được thiết kế riêng cho các tín hiệu Modbus RTD RS 485, RS232 giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB. Bộ chuyển đổi này được dùng để cách ly USB sang RS485, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.

– Bộ chuyển đổi này được đánh giá khá dễ dùng, thu phát tự động mà không gây ra tình trạng trễ thông tin, là sự lựa chọn tuyệt vời cho những ứng dụng yêu cầu sự giao tiếp cao.

Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB

– Bộ chuyển đổi tín hiệu chuyên dụng từ RS485 sang USB giúp người sử dụng giải quyết được những trường hợp khó khăn nhất trong máy tính trở nên rất dễ dàng.

Ví dụ: Máy tính của bạn hiện đang không có cổng COM hoặc cổng RS232 nào cả mà chỉ còn lại toàn cổng USB thì đừng quá lo lắng vì RS485 có thể giải quyết được, bạn chỉ cần cắm RS485 vào cổng USB là sử dụng được rồi!

– Hiện nay, các loại laptop đều sẽ cắt sự tồn tại của cổng COM hoặc RS232 vì chúng làm cho laptop cồng kềnh hơn, sử dụng RS485 thì laptop sẽ nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích.

Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet

– Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet giúp tín hiệu truyền được tập trung tuyệt đối và quản lý trên diện rộng, không còn bị giới hạn bởi khoảng cách địa lý hay diện tích, độ dài dây dẫn.

– Bộ chuyển đổi tín hiệu này là phát minh vĩ đại cho các hệ thống lớn trong xưởng sản xuất lớn, nhà máy lớn, hệ thống công nghiệp lớn,….

Sự khác nhau giữa RS485 và RS232

Như mọi người đã biết, RS485 là phiên bản tân tiến, khắc phục được mọi nhược điểm của chuẩn giao tiếp RS232. Thế nhưng giữa 2 chuẩn giao tiếp này khác nhau ở những điều gì?

1. Số lượng trình điều khiển và nút

Điểm khác nhau đầu tiên giữa RS485 và RS232 chính là số lượng điều khiển và nút:

– RS485: Điều khiển được 32 thiết bị cùng một lúc

– RS232: Điều khiển được duy nhất 1 trình điều khiển và 1 bộ thu

2. Khoảng cách trong giao tiếp

Điểm khác nhau tiếp theo phải kể đến chính là khoảng cách trong giao tiếp của Rs485 và RS232:

– RS485: Khoảng cách giao tiếp tối đa đạt mức 1200m

– RS232: Khoảng cách giao tiếp tối đa chỉ đạt mức 15m

Khoảng cách giao tiếp này phản ánh rằng RS232 không có khả năng chống nhiễu tại các đường truyền, tín hiệu thường xuyên bị nhiễu nên làm giới hạn khoảng cách liên lạc, giảm tốc độ liên lạc xuống rất nhiều. Chính vì vậy mà RS485 là chuẩn giao tiếp rất phù hợp để bạn vận hành được những thiết bị ở khoảng cách xa.

3. Tốc độ truyền

Điểm khác nhau tiếp theo của RS232 và RS485 chính là tốc độ truyền:

– RS485: Tốc độ truyền đạt 10MBit/s. Tốc độ đạt đến đây là do cáp RS485 được xoắn vào để tăng khả năng chống nhiễu, cho phép từ trường đi qua và không làm gián đoạn giao tiếp, nên RS485 giao tiếp với tốc độ nhanh hơn.

– RS232: Tốc độ truyền đạt 20KBit/s

4. Tốc độ xoay

Điểm khác nhau cuối cùng của RS232 và RS485 chính là tốc độ xoay:

– RS485: Tốc độ xoay không được xác định để tránh sự phản xạ tín hiệu

– RS232: Tốc độ xoay bị giới hạn là 30V, tốc độ xoay tối đa này bị giới hạn sẽ hạn chế tốc độ giao tiếp trên đường truyền của RS232.

Ứng dụng của RS485 trong công nghiệp

RS485 được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nói chung và ngành tự động hóa nói riêng. Những ứng dụng nổi bật của RS485 có thể kể đến như việc ứng dụng trong điều khiển động cơ từ xa VFD hoặc trong biến tần. RS485 cũng điều khiển những hệ thống mạng đơn giản PLC, HMI – đây đều là những mạng cho phép điều khiển động cơ từ khoảng cách xa trong ngành công nghiệp.

– Ví dụ thực tế: Để theo dõi và kiểm tra lượng nước được bơm vào từ một máy bơm, bạn không cần phải theo dõi sát sao bên cạnh. Thay vào đó, khi sử dụng RS485, bạn hoàn toàn có thể điều khiển và theo dõi lượng nước từ một nơi rất xa.

– Ví dụ HMI: Khi chuẩn giao tiếp RS485 kết nối được hệ thống gồm HMI và PLC thì PLC cũng sẽ được kết nối với VFD thành công thông qua RS485.

– Ví dụ PLC: Hệ thống PLC thường được sử dụng trong việc theo dõi, giám sá mực nước trong các bồn chứa, nên khi kết nối với RS485, PLC có thể theo dõi mực nước từ trung tâm điều khiển hoặc có thể quay về kiểm soát dòng chảy, mực nước theo cách thủ công khi cần.

– Ví dụ VFD: Hệ thống VFD khi kết nối với RS485 cho phép kiểm soát tốc độ của máy bơm nước từ trung tâm ở xa.

Như vậy, bài viết trên của chúng tôi đã cung cấp đầy đủ những thông tin xung quanh cáp RS485. Cũng đã giải thích được khái niệm RS485 là gì? Nó có ưu điểm gì nổi bật và được ứng dụng như thế nào trong cuộc sống. Mong rằng bài viết sẽ làm các bạn cảm thấy hài lòng và hẹn gặp các bạn ở những bài viết tiếp theo!

Kỹ Sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hoà

Mobi : 0937.27.55.66

Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn