Pin mặt đất RS485 - khi nào cần kết nối?

Như nhiều người đã biết, người ta có thể thực hiện giao tiếp rs485 nút đơn giản với nút chỉ bằng cách sử dụng hai dây A và B. Vâng, tiêu chuẩn chỉ định để kết nối mặt đất của hai nút với nhau.

từ Wikipedia:

Ngoài các kết nối A và B, tiêu chuẩn EIA cũng chỉ định điểm kết nối thứ ba được gọi là C, là điểm tham chiếu tín hiệu chung.

Tôi tình cờ thấy hàng chục bài báo nói về mối liên hệ thứ ba này nhưng vẫn không thể hiểu khái niệm này.

1. Tại sao máy thu không thể hoạt động như một vôn kế đơn giản? đo điện áp giữa A và B?
2. Nếu cả hai nút đều hoạt động bằng pin (pin khác nhau cho mỗi nút) thì kết nối mặt đất có tạo ra sự khác biệt nào không?
3. Tại sao tốt hơn cho các nút (ngoài trời) được nối đất khi cáp dài?
4. Làm thế nào là kết nối mặt đất này tốt để bảo vệ khỏi thoáng qua?

Lưu ý: Tôi không khẳng định có câu trả lời khoa học nhất nhưng tôi sẽ cố gắng giải thích mọi thứ theo cách tôi hiểu.

1. Tôi không biết đối số Vôn kế có hợp lệ 100% hay không, vì đây là thiết bị tốc độ thấp, một ví dụ thích hợp hơn sẽ là máy hiện sóng hoạt động bằng Pin hoặc đầu dò dao động vi sai.

2. Hãy nhớ định nghĩa của điện áp là một sự khác biệt tiềm năng giữa 2 điểm. Tín hiệu A và B được phân biệt bởi các thành phần điện bên trong Bộ khuếch đại (chủ yếu là bóng bán dẫn), tất cả đều có xếp hạng tối đa tuyệt đối giữa cơ sở và bộ thu / bộ phát .. Đây được gọi là điện áp đầu vào của bộ khuếch đại vi sai tối đa đối với chính nó đất. Do đó điện áp A và B là vô nghĩa mà không chỉ định những gì chúng được tham chiếu đến. Ví dụ: nếu chênh lệch giữa A và B là 2,5v nhưng điện áp này là 20v thay đổi so với nguồn cung cấp bộ khuếch đại của bộ thu, bộ khuếch đại sẽ thấy (2.5 hoặc 22.5)?

3. 4: Cáp ngoài trời đường dài dễ bị nhiễu hoặc ESD hoặc bất kỳ nguồn điện tích hoặc dòng điện nào có thể đi vào xe buýt (có trở kháng cụ thể và điện trở DC) vì vậy nếu lượng điện tích / dòng điện đủ cao nhân với điện trở cao hơn (của cáp dài) sẽ gây ra sự tăng vọt điện áp lớn hơn ở máy thu có thể gây ra thiệt hại. Nối đất trong tình huống này có thể được sử dụng để cung cấp đường dẫn cho các gai đâm vào tấm khiên và có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo mặt đất ổn định.

Liệu mạch thu RS485 có thể được thay đổi thành nổi và hoàn toàn có khả năng hoạt động như vôn kế / Máy đo dao động hay không hoàn toàn có thể bằng cách thêm các thành phần phụ, mạch cách ly, v.v. nhưng với chi phí, độ phức tạp và kích thước bổ sung vượt quá khả năng của một IC nhỏ như MAX485.

Có một huyền thoại rằng bạn có thể làm cho giao diện RS485 hoạt động mà không cần dây nối đất chung (C) được kết nối giữa các thiết bị khác nhau trên xe buýt. Máy thu chỉ có khả năng đo điện thế tương đối giữa tín hiệu A và B khi điện áp chế độ chung của đầu vào A và B được giữ trong phạm vi -7V đến + 12V của tham chiếu GND của máy thu.

Ý tưởng rằng cả hai mặt của giao diện được vận hành bằng pin bằng cách nào đó sẽ tạo ra sự khác biệt cũng là một huyền thoại. Tất cả đều thuộc về điện áp chế độ chung nằm giữa GND của máy phát và GND của máy thu. Kết nối dây thứ ba giữ cho điện áp chế độ chung được kiểm soát. Nếu không có bất kỳ ảnh hưởng không đáng có nào đến một trong hai đơn vị hoặc đến xe buýt giữa hai người có thể dẫn đến điện áp chế độ chung đi ra ngoài phạm vi -7V đến + 12V. Ảnh hưởng này có thể là do ghép nối với các hệ thống khác thông qua EMI. Cũng có thể thấy điều này hiển thị dưới dạng biến thể AC tuân theo tần số dòng chính.

Bạn đúng ở chỗ một máy thu thuần có thể đo được sự khác biệt giữa hai đường tín hiệu. Tuy nhiên, bất kỳ phương tiện nào để làm điều đó sẽ có một số phạm vi chế độ chung mà các tín hiệu riêng lẻ phải ở trong. Thông số kỹ thuật đưa ra phạm vi chế độ chung mà các nút phải có khả năng chịu đựng.

Nếu không có dây tham chiếu thứ ba, không có cách nào để xác định điện áp chế độ chung này, và sau đó sẽ không có cách nào để tạo ra một máy thu được đảm bảo tuân thủ.

Ví dụ, ngay cả khi máy thu của bạn được thiết lập sao cho các dòng dữ liệu điều khiển các bộ cách ly quang, chẳng hạn, bạn vẫn có giới hạn điện áp chế độ chung. Nó có thể là vài nghìn volt thay vì vài volt, nhưng sẽ luôn có một số điện áp chế độ chung mà ngoài đó máy thu sẽ không hoạt động nữa.

Cho đến nay, đó chỉ là về việc nhận tín hiệu RS-485. Điều khiển các tín hiệu RS-485 hạn chế hơn nhiều. Các tín hiệu dữ liệu được chỉ định là 0-5 V danh nghĩa đối với dây nối đất. Không có dây nối đất, bạn không có cách nào để đảm bảo điều đó. Mạch điều khiển hai tín hiệu sẽ được tham chiếu đến một cái gì đó. Rằng một cái gì đó cần phải được kết nối với các máy phát và máy thu khác trên xe buýt.

Dựa trên các câu trả lời khác, tôi sẽ đưa ra ví dụ này. Xin lưu ý rằng câu trả lời này tuân theo câu ngạn ngữ cũ "đôi khi một chút không chính xác sẽ tiết kiệm hàng tấn lời giải thích".

Giả sử bạn có hai thiết bị RS485 được cách ly bằng điện. Bạn kết nối các dòng A và B như bình thường. Tuy nhiên do công suất đi lạc và voodoo kỹ thuật điện khác, một trong những thiết bị đang nổi ở mức cao hơn 3000 volt so với thiết bị kia.

Không có vấn đề gì phải không? Người nhận chỉ nhìn thấy các dòng A và B xuất hiện ở 3000V và 3012V, nó chọn ra vi sai 12V nằm trong thông số kỹ thuật và tắt đi?

Vì công suất đi lạc, các thiết bị không thực sự bị cô lập 100% và vì vậy thiết bị nhận thực sự nhìn thấy 3000 volt trên các đường A và B so với nguồn điện của chính nó. Chip RS485 mà nó sử dụng chỉ được đánh giá để cung cấp cách ly 2500 volt, do đó điện áp đến có thể nhảy chip đó và chiên một số phần khác của mạch điện. Dòng điện có sẵn ở điện áp đó rất nhỏ, do đó bạn thậm chí sẽ không nhìn thấy tia lửa, nhưng nó đủ để gây ra thiệt hại giống như các vi mạch khác trong mạch điện tử, ngăn chúng hoạt động bình thường.

Bằng cách kết nối dây GND giữa cả hai thiết bị, chênh lệch 3000 volt sẽ được loại bỏ bởi cùng dòng điện cực nhỏ đi qua dây GND thay vì các IC khác trong thiết bị và độ lệch 3000 volt trên đường tín hiệu A và B sẽ biến mất.

Trong một số cách, đường GND đang phục vụ một mục đích tương tự ở đây như một điện trở kéo xuống, đảm bảo rằng tất cả các đường tín hiệu đều ở mức đã biết thay vì ngẫu nhiên trôi nổi khắp nơi.

Có, thông số RS485 chỉ xem xét sự khác biệt giữa các đường tín hiệu A và B, nhưng mỗi thiết bị cũng có điện áp tối đa được phép giữa nguồn cung cấp GND của chính nó và các đường tín hiệu. Việc ngăn chặn điện áp cụ thể đó ra khỏi phạm vi được thực hiện bằng cách đảm bảo tất cả các GND của thiết bị đều giống nhau, do đó, dây GND giữa tất cả các thiết bị RS485 thực hiện điều đó. Đúng vậy, trên lý thuyết, các thiết bị cách ly điện sẽ không có điện áp lớn giữa chúng, trong thực tế, dường như sự cô lập không phải lúc nào cũng hoàn hảo, vì vậy đừng tin vào điều đó.

Điểm C là đường dẫn trở lại của dòng điện trên A và B. Điều này cho phép dòng điện quay trở lại nguồn để hoàn thành mạch.