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Comunicação Serial RS232 e RS485

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by

Claudinei Souza

on 10 August 2014

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Transcript of Comunicação Serial RS232 e RS485

CONCEITO

O conceito de comunicação serial é simples. A porta serial envia e recebe bytes de informação um bit de cada vez. A comunicação é completada usando 3 linhas de transmissão: (1) Terra, (2) Transmissão, e (3) Recepção. A porta está apta a transmitir dados em uma linha enquanto recebe dados em outra. As características importantes da serial são taxa de transmissão (baud rate), bits de dados (data bits), bits de parada (stop bits), e paridade.
Comunicação Serial
INTRODUÇÃO

Em uma interface serial os bits de dados são enviados sequencialmente através de um canal de comunicação ou barramento. Diversas tecnologias utilizam comunicação serial para transferência de dados, incluindo as interfaces RS232, RS485 e Modbus.
Introdução
Conceito
Normas
Conectores e Pinagem
RS-232 e RS-485
Modbus
NORMA

Em 1969 nasceu o padrão de comunicação serial RS-232, criado pela EIA (Electronic Industries Association), os Laboratórios Bell e diversos fabricantes de equipamentos de comunicação daquela época. Então, foi formulada e distribuída a norma EIA RS-232 que após algumas revisões, transformou-se na conhecida e utilizada até os dias de hoje, EIA RS-232C.
Este padrão prevê a comunicação entre “Equipamentos de Dados – DTE- Data Terminal Equipment” (PC, por exemplo) e “Equipamentos de Comunicação de Dados – DCE - Data Communications Equipment” (modem ou outro periférico). A norma definiu as características elétricas (níveis de sinal e seus respectivos valores) e mecânicas (tipo de conectores e sua respectiva pinagem).
REDE RS-232

Na RS-232 existem apenas dois níveis lógicos possíveis: “0” lógico e “1” lógico. Não há outro nível ou estado intermediário. Os dados que na sua maioria trafegam pelos barramentos dos processadores na forma “paralela” (seqüencia de bytes de acordo com o tamanho do barramento) devem ser “transformados” em uma seqüência serial de bits, pois o novo caminho não é mais um “barramento”, mas uma “via única” (geralmente um fio). Sendo assim, os dados serão transferidos entre o equipamento DTE e DCE bit a bit. Ou seja, um byte é levado até a porta RS-232 transmissora (DTE), que o transformará em uma seqüência de bits e os enviará ao periférico receptor (DCE). Por sua vez, a porta RS-232 receptora receberá o conjunto de bits e os “montará” novamente na forma de byte.

RS-485

O padrão RS-485 (norma EIA-485) é baseado na transmissão diferencial de dados que é ideal para transmissão em altas velocidades, longas distâncias e em ambientes propícios a interferência eletromagnética. Permite até 32 dispositivos para comunicar através da mesma linha de dados. Qualquer dos dispositivos escravos em um barramento RS-485 pode comunicar com qualquer outro dos 32 dispositivos escravos sem atravessar um dispositivo mestre.

Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão, aliada a uma instalação simples e barata, é necessária. Um par trançado de cobre blindado (shieldado) com um único par condutor é o suficiente neste caso.

A topologia por sua vez permite a adição e remoção de estações, bem como uma colocação em funcionamento do tipo passo-a-passo, sem afetar outras estações. Expansões futuras, portanto, podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação.

Taxas de transmissão entre 9.6 kbit/s e 12 Mbit/s podem ser selecionadas.

RS-232/RS485
e
Protocolo Modbus
Claudinei Souza
2014
CONECTORES E PINAGEM

Na norma são dois conectores tipo “D” definidos: O DB25 e o DB09. Este último sem dúvida alguma o mais usado atualmente, devido ao seu tamanho reduzido.
Referências
National Instruments
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/DE153F74C4BF3AD8862576AB006C1AAF acesso 08/02/14
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/32679C566F4B9700862576A20051FE8F acesso 08/02/14

Profibus.org
http://www.profibus.org.br/news/dezembro2009/news.php?dentro=6 acesso 08/02/14
http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1299-protocolo-modbus
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modbus
Obrigado!
Glossário
Taxa de Transmissão (Baud rate)
: uma medida de velocidade para comunicação.
Bits de Dados (Data bits):
uma medida dos bits de dados atuais e uma transmissão.
Bits de parada (Stop bits):
usado para sinalizar o fim da comunicação para um único pacote.
Paridade:
uma forma simples de verificação de erro que é utilizada na comunicação serial.
REDE RS485

Apenas uma fonte de +5V para alimentar os circuitos de transmissão e recepção;
Transmissão de dados em modo comum com tensões de -7V até +12V;
Até 32 participantes (cargas);
Transmissão de dados em até 10Mbps em uma distância máxima de 12 metros;
Distância máxima de 1200 metros em 100Kbps.

Existem especificações em relação a carga que cada nó irá consumir do barramento, essas especificações servem para o circuito de entrada e para o circuito de saída. A área sobreada do gráfico ao lado define a impedância do circuito de entrada e, como a transmissão é diferencial, temos que o módulo tem que ter uma impedancia de no mínimo 10,6kOhm (+19V/1,9mA). O padrão não especifica uma impedancia definida, só que ela tem que estar dentro da área sombreada.

O Circuito de Entrada do sinal deverá assumir nível lógico "1" sempre que a diferença das tensões de entradas (normal e complementar) for maior que 200mV, e assumir o nível lógico "0" se a diferença de tensões for menor que 200mV. Uma representação gráfica é mostrada na figura ao lado, neste gráfico a área azul claro representa o nível lógico "1" e a área azul escuro representa o nível lógico "0". Ruídos elétricos são cancelados devido a operação diferencial.
MODBUS
O PROTOCOLO MODBUS

Modbus é um protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação industrial criado na década de 70 pela fabricante de equipamentos Modicon. É um dos mais antigos e, até hoje, mais utilizados protocolos em redes industriais.
CARACTERÍSTICAS MODBUS

O modbus equivale a uma camada de aplicação e pode utilizar o RS-232, RS485 ou Ethernet como meios físicos. O protocolo possui comandos para envio de dados discretos (entradas e saídas digitais) ou numéricos (entradas e saídas analógicas).
MODELO DE COMUNICAÇÃO

O protocolo Modbus especifica que o modelo de comunicação é do tipo mestre-escravo (ou cliente-servidor). Basicamente, uma comunicação em Modbus obedece a um frame que contém:
o endereço do escravo;
o comando a ser executado;
uma quantidade variável de dados complementares e uma verificação de consistência de dados (CRC).
Exemplo:

Se o PLC precisa ler as 10 primeiras entradas analógicas (do endereço 0000 ao 0009) no módulo 2. Para isso é preciso utilizar o comando de leitura de múltiplos registros analógicos (comando 3). O frame de comunicação utilizado é mostrado abaixo (os endereços são mostrados em sistema hexadecimal):

Endereço
Comando
End. dos registros
Quantidade de Registros
CRC
02
03
00
00
00
0A
2 caracteres

A resposta do escravo seria um frame semelhante composto do endereço do escravo, o número do comando, os dez valores solicitados e um verificador de erros (CRC). Em caso de erros de resposta o escravo responde com um código de erro.

A resposta é o seguinte frame:

RX 02 03 14 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 (xx xx CRC)

O primeiro byte (02) é o nó do escravo; O segundo byte (03) é a função utilizada para leitura, sendo essa um holding register; O terceiro byte é a quantidade de endereços que o slave está enviado ao master, sendo que a cada 2 bytes se forma uma word que significa uma palavra de 16 bits, por isso este frame tem 14=20 bytes que é = 10 word ou 10 palavras de 16 bits que tem seu range mínimo de -32768 até 32767. Coim isso entendemos que o slave respondeu 10 endereços ao master e todos com o valor zero
COMANDOS MODBUS
MODBUS SERIAL

Em redes seriais baseadas em RS-485 ou RS-232 o Modbus pode ter dois modos de transmissão: RTU e ASCII.
MODBUS RTU

O termo RTU, do inglês Remote Terminal Unit, refere-se ao modo de transmissão onde endereços e valores são representados em formato binário. Neste modo para cada byte transmitido são codificados dois caracteres. Números inteiros variando entre -32768 e 32767 podem ser representados por 2 bytes. O mesmo número precisaria de quatro caracteres ASCII para ser representado (em hexadecimal). O tamanho da palavra no modo RTU é de 8 bits.
MODBUS ASCII

Os dados são codificados e transmitidos através de caracteres ASCII, cada byte é transmitido através de dois caracteres. Apesar de gerar mensagens legíveis por pessoas este modo consome mais recursos da rede. O tamanho da palavra no modo ASCII é de 7 bits, somente são permitidos caracteres contidos nos intervalos 0-9, A-F. Intervalo entre duas mensagens deve ser de 3,5 caracteres.
MODBUS TCP

Os dados são encapsulados em formato binário em frames TCP para utilização do meio físico Ethernet (IEEE 802.3). Quando o Modbus/TCP é utilizado, o mecanismo de controle de acesso é CSMA-CD (Próprio da rede Ethernet) e as estações utilizam o modelo cliente-servidor.
MODBUS PLUS

Versão que possui vários recursos adicionais de roteamento, diagnóstico, endereçamento e consistência de dados. Esta versão ainda é mantida sob domínio da Schneider Electric e só pode ser implantada sob licença deste fabricante.
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