Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 36
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
tính không có chuẩn RS485 nên ta phải có một bộ chuyển đổi giữa chuẩn
RS232 và RS485.

Như vậy giải pháp mà nhóm thực hiện đề tài lựa chọn cho việc giao tiếp giữa
máy chủ và các mô-đun điều khiển sẽ là sự kết hợp giữa chuẩn RS232 và
RS485. Sau đây là sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển:

MẠNG INTERNET
BOARD
CHUYỂN ĐỔI
GIỮA RS232
VÀ RS485
MÔ-ĐUN1 MÔ-ĐUN2
MÔ-ĐUN31
RS232
RS485
MÁY
KHÁCH
MÁY
KHÁCH
MÁY
KHÁCH
MÁY CHỦHình 5. 1: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển thiết bị
qua mạng Internet.

Với một hệ thống như trên ta có thể có tới 31 mô-đun điều khiển. Chi tiết về


DB-9 Tên Ký hiệu Chức năng
1
Data Carrier
Detect
DCD
Phát hiện tín hiệu mang dữ
liệu
2 Receive Data RxD Nhận dữ liệu
3 Transmit Data TxD Truyền dữ liệu
4
Data Terminal
Ready
DTR
Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng,
được kích hoạt bởi bộ nhận
khi muốn truyền dữ liệu
5 Singal Ground SG Mass của tín hiệu
6 Data Set Ready DSR
Dữ liệu sẵn sàng, được kích
hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn
sàng nhận dữ liệu
7
Request to
Send
RTS
Yêu cầu gửi, bộ truyền đặt
đường này lên mức hoạt
động khi sẵn sàng truyền dữ
liệu

5.2.2 Chuẩn RS485

Có thể coi chuẩ
n RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu
nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp
với bất kì thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liên kết RS485.
Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa
và điều khiển cho những ứng dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó
có thể hỗ
trợ 1 mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng 1 đường truyền, tốc độ
có thể lên tới 115.200 baud cho 1 khoảng cách là 4000feet (1200m).

Bảng 5. 7: Bảng tóm tắt thông số của RS485.
Thông số
Điều kiện Min Max Đơn vị
Áp ngõ ra điều khiển khi hở
mạch

1.5
-1.5
6
-6
V
V
Áp ngõ ra điều khiển khi có tải
R
L
= 100Ω
1.5
-1.5

kΩ

Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy
ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là 2 dây cùng nhiễu giống nhau.
Điều này làm cho điện áp sai biệt giữa 2 dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi
thu vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ
nhiễu.

Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 39
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi
trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều
quan trọng. Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ
cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao
tiếp được trải ra trên diện rộng. Sau đây là bảng tóm tắt những
đặc điểm của
chuẩn RS485.

Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS485

 Truyền dẫn cân bằng

Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có 2 dây tín hiệu A, B nhưng không có dây
mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu
trên dây kia. Nghĩa là nếu dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang
phát mức thấp và ngược lại.
Hình 5. 3: Kiểu truyền cân b

Như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản chỉ là cặp
dây có chiều dài bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn
sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ
cao.
Hình 5. 5: Cặp dây xoắn trong RS485.

 Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn

Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có 1 trở
kháng đặc tính (Characteristic impedence-Z
o
), điều này thường được chỉ rõ bởi
nhà sản xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường dây vào
khoảng từ 100 - 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.

 Điện áp kiểu chung

Tín hiệu truyền dẫn gồm 2 dây không có dây mass nên chúng cần được tham
chiếu đến 1 điểm chung, điểm chung lúc này có thể là mass hay bất kì một mức
điện áp cho phép nào đó. Đi
ện áp kiểu chung (Common-mode voltage -V
CM
) về
mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của 2 điện áp tín hiệu
được tham chiếu với mass hay 1 điểm chung.
i

Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại 2
điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng
là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng
100 - 120Ω.
Hình 5. 8: Cách đặt điện trở đầu cuối R
T
trong RS485.

Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường
dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu
ở mức độ nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị
sai lệch. Sau đây là hình minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng 2 điện trở
đầu cuối khác nhau.

Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 42
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển R
T
=54Ω R
T
=120Ω

Hình 5. 9: Tín hiệu RS485 thu được tương ứng với 2 giá trị điện trở R

Các kiểu mẫu truyền nhận trong RS485

 Một phát, một nhận
Hình 5. 11: Sơ đồ một phát, một nhận trong RS485.

Trong kiểu mẫu có sử dụng cặp dây xoắn, 2 điện trở đầu cuối R
T
.

 Một phát, nhiều nhận
Hình 5. 12: Sơ đồ một phát, nhiều nhận trong RS485.

 Hai bộ truyền nhận
Hình 5. 13: Sơ đồ sử dụng 2 bộ truyền nhận trong RS485.

Ở đây việc truyền và nhận dữ liệu được thực hiện bởi 1 cặp dây xoắn nên
truyền nhận dữ liệu không thể diễn ra đồng thời mà phải theo hình thức bán
song công (half duplex), trong một thời điểm chỉ có một bộ truyền. Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 44

Hình 5. 17: Biểu đồ truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485.

Bình thường đường truyền rãnh (Idle line) sẽ ở mức cao, V
AB
> 200mV. Tín
hiệu TX Control cho phép phát tín hiệu đi. Mỗi bit tín hiệu TXD phát đi sẽ được
biểu diễn tương ứng dưới dạng tín hiệu V
AB
theo chuẩn RS485. Bit 1 tương
ứng với V
AB
dương, bit 0 tương ứng với V
AB
âm. Sau khi phát đi đủ 10 bit thì
đường truyền lại lên mức cao báo hiệu trạng thái rãnh.