Uno de los protocolos más usados en la industria para el intercambio de datos entre dispositivos es el protocolo de comunicación RS-485.
En este artículo se hablará de este protocolo de comunicación, de sus ventajas de usarlo y en la parte II se mostrará a detalle el circuito esquemático para implementarlo en una PCB.
Ventajas del RS-485
Son varias las ventajas de la comunicación serial usando el protocolo RS-485, como las siguientes.
- Soporta grandes distancias entre un dispositivo maestro y otros dispositivos llamados esclavos, se dice que soporta hasta 1000 metros (1 Km).
- Usa solo dos cables para su conexión, esta es otra gran ventaja pues con dos simples cables puedo conectar muchísimos dispositivos, reduciendo los costos de cableado.
- Es económico, pues los dispositivos integrados para transmitir y recibir datos vía el protocolo RS-485 son baratísimos, del orden de $16 pesos.
Otra ventaja es que podemos trabajar algunos protocolos industriales sobre la red RS-485 como el protocolo MODBUS del cual hablaremos a detalle en artículos posteriores.
¿Qué es el protocolo RS-485?
Es un protocolo de comunicación serial, es usado como sistema de interconexión entre dispositivos a grandes distancias y funciona en ambientes eléctricamente ruidosos sin problema alguno. Existen dos opciones para crear una red RS-485:
- Usando 4 cables, llamada en ingles full-duplex.
- Usando 2 cables, llamada half-duplex.
Enseguida se detallan cada una de estas opciones.
Comunicación RS-485 a cuatro hilos (full-duplex)
En la comunicación serial entre dispositivos electrónicos se usan solo dos cables, un cable es el receptor (Rx) y otro cable el llamado transmisor (Tx).
Basta con agregar un dispositivo electrónico llamado transceptor (transceiver) para protocolo RS-485 para tener los niveles de voltaje necesarios para implementar el protocolo RS-485.
Observe la figura, el transceptor se conecta a las terminales Tx y Rx de un dispositivo serial, como puede ser un micrcocontrolador, el Arduino, un dispositivo programable o incluso un PLC.
En la imagen siguiente se muestra un diagrama a bloques de la conexión para implementar el protocolo de comunicación RS-485, en la parte de la derecha se observa físicamente el chip usado comp tranceptor: el MAX485.
Ahora observe en la siguiente figura, la conexión para formar la red RS-485 completo, con únicamente dos dispositivos seriales y dos transceptores RS-485, recuerde esta red de transmisión puede incluso ser de hasta 1km
Ese es el hardware necesario para la comunicación RS485 a 4 hilos, el transmisor y receptor son totalmente independientes, en un instante ambos pueden estar transmitiendo y recibiendo información, por eso es llamado “full-duplex”
La contraparte denominada half dúplex, es una conexión muy similar pero solo se usan 2 cables, la observamos enseguida.
Comunicación RS-485 a dos hilos (half-duplex)
La otra conexión posible es la de conexión con dos cables.
Se usa igual un transceptor para RS-485 para dos hilos, la diferencia, es que, a dos hilos, el transmisor y el receptor nunca están funcionando en el mismo instante, o el dispositivo transmite información o la recibe, pero nunca al mismo tiempo.
Este tipo de conexión es más lenta que usando la conexión RS-485 a 4 hilos, pero solo requerimos de dos simples cables, esa es una ventaja que hay que tener en cuenta, a la hora de diseñar el hardware.
La figura siguiente muestra dos dispositivos conectados para funcionar con la especificación RS-485 a dos hilos, observe como es necesaria una línea más de control.
Como se mencionó arriba, la ventaja en modo “half dúplex” es evidente, requiere solamente dos cables para su conexión, lo que ahorra en cableado, sobre todo si son largas las distancias entre los dispositivos
Otra ventaja del RS-485: conexión de múltiples dispositivos a la misma red
Además de las ventajas mostradas en este articulo, existe otra característica de la conexión RS-485, la posibilidad de conectar más dispositivos a la misma red.
Se puede conectar a los dos hilos del RS-485 una gran cantidad de dispositivos electrónicos, anteriormente los transceptores, soportaban solamente 32 dispositivos en la misma red, ahora hay chips que soportan muchos más.
Generalmente, cuando se conectan en la red varios dispositivos uno de ellos es llamado maestro y los otros esclavos.
Observe la figura siguiente, muestra la conexión RS-485 de dos hilos con varios esclavos, en la figura por simplicidad no se muestra el transceptor.
Dispositivos usados en la implementación
En cuanto a los dispositivos usados, para implementar la comunicación RS-485, se usa:
- Un transceptor MAX-485, muy popular y de bajo costo,
- Un procesador o más bien dicho, un microcontrolador el elegido es el PIC16F1827 de Microchip.
Existen muchísimas empresas que fabrican transceptores para RS-485 ya sea a dos hilos o cuatro hilos, con una infinidad de características.
Por ejemplo existen chips RS-485 con protección contra cargas electrostáticas o protección cuando hay un corto circuito entre A y B, el diseñador puede buscar la que mejor se acomode a sus necesidades.
Personalmente en PCB Central hemos experimentado con éxito transceptores de Linear Techology, Maxim y Exar, pero por ejemplo Texas Instrument, Analog Devices, Intersil, entre otras muchas también los fabrican.
Con esto se termina este articulo, en la segunda parte mostraremos los detalles de como se diseño la PCB en EAGLE, se mostrará el diagrama esquemático usado para implementar este interesante protocolo de comunicación.
