Помехозащищенный RS-485 Опции

[Atlantis-]

Здравствуйте!
Мне нужно соединить два STM32F1 5-ти метровым кабелем. При этом один из МК будет подключен к USB, питаться тоже все будет от USB и предполагается гальваническая развязка по USB.
В итоге по 5-ти метровому проводу будут передаваться данные (скорость 1 Mbps) и питание.
Предполагается, что кабель должен быть максимально помехозащищен и желательно, чтобы под влиянием помех как минимум не вылетало USB.
Собственно предполагаю использовать RS-485 и исходя из этого есть вопросы:
1. Какой приемопередатчик RS-485 лучше выбрать? Видел много всяких типа MAX485, ST485, ADM485 и остальные
2. Нужна ли гальваническая развязка? При условии, что питание и земля все равно будут общими.
3. Во многих приемопередатчиков пишут, что есть встроенная защита, надо ли ставить дополнительно TVS-диоды?
4. Поскольку питание от USB, можно ли как то прикинуть ток потребляемый RS-485? Например так можно I=q/t=q*f=C*U*f ?
5. На что надо обратить внимание, какие есть тонкости при организации такой линии связи? Впервые сталкиваюсь с этим, поэтому извиняюсь за, может быть, глупые или детские вопросы.

[=AK=]

желательно, чтобы под влиянием помех как минимум не вылетало USB.

Это самое сложное. USB время от времени может вылетать сам по себе, безо всяких помех, просто от багов в софте Виндовс. Худо-бедно можно использовать WinUSB, при этом очень желательно подстраховаться самодельным вочдогом, который сделает детач-аттач при потере связи по USB.

У меня в лаборатории на столе лежит некое устройство, которое верещит, когда обнаруживает, что в USB потерялись 8 или более SOF-ов подряд. Как известно, спецификация USB допускает потерю до 5 SOF-ов. Так вот, в среднем несколько раз в неделю это устройство верещит, иногда несколько раз в день. Без каких бы то ни было помех. Ну а как там виндовс на такие потери и прочие глюки USB реагирует - это можно только догадываться. Виндовый СDС класс драйвер - это полное дерьмо, он накрывается медным тазом в среднем примерно раз в месяц, COM порт исчезает, а детач-аттач не помогает, надо физически передергивать кабель.

1. Какой приемопередатчик RS-485 лучше выбрать? Видел много всяких типа MAX485, ST485, ADM485 и остальные

Лучше выбрать тот, у которого минимальная приемлемая скорость, от него помех будет меньше.

2. Нужна ли гальваническая развязка? При условии, что питание и земля все равно будут общими.

Развязка крайне желательна. В том числе по земле и питанию. Без развязки USB будет вылетать намного чаще.

Кроме того желательно погуглить и использовать USB карту с хорошим чипом. Некоторые USB хосты и хабы имеют баги на уровне кремния, при их использовании сбои и зависания возрастают на порядки.

3. Во многих приемопередатчиков пишут, что есть встроенная защита, надо ли ставить дополнительно TVS-диоды?

На 5 м - не надо.

4. Поскольку питание от USB, можно ли как то прикинуть ток потребляемый RS-485? Например так можно I=q/t=q*f=C*U*f ?

При работе на линию с терминаторами с обоих сторон куча тока уйдет в терминаторы. Пример: размах сигнала 2.5В, линия с волновым сопротивлением 120 Ом, два терминатора по 120 Ом - нагрузка 60 Ом, 2.5/60 = 41 мА на одни только терминаторы.

5. На что надо обратить внимание, какие есть тонкости при организации такой линии связи? Впервые сталкиваюсь с этим, поэтому извиняюсь за, может быть, глупые или детские вопросы.

Чтобы обеспечить хороший уровень помехоустойчивости обмена по RS485, необходимо использовать соответствующий протокол, например, Modbus RTU. С самопальным протоколом, который "надеется" на одни только растягивающие резисторы, помехоустойчивость будет хуже в сотни раз. Впрочем, даже такой уровень помехоустойчивости, сам по себе достаточно вшивый, скорей всего окажется на порядок или на два лучше, чем помехоустойчивость USB.

[Atlantis-]

Развязка крайне желательна. В том числе по земле и питанию. Без развязки USB будет вылетать намного чаще.

Развязка по USB есть - ADUM4160 и по питанию - трансформатор, я спрашивал нужна ли еще дополнительно развязка по RS-485 при условии, что питание все равно будет передаваться по тому же кабелю.

Чтобы обеспечить приемлемый уровень помехоустойчивости обмена по RS485, необходимо использовать соответствующий протокол, например, Modbus. С самопальным протоколом, который "надеется" на одни только растягивающие резисторы, помехоустойчивость будет хуже в сотни раз. Впрочем, даже такой, достаточно вшивый, уровень помехоустойчивости может оказаться на порядок или на два лучше, чем помехоустойчивость USB.

Предполагается постоянная передача данных с датчиков и потеря данных или порча не страшна - вычисляется по контрольной сумме и просто отбрасывается испорченный пакет. Главное чтобы эти потери не были систематическими и помехи не выводили устройство из строя.

[=AK=]

чтобы эти потери не были систематическими и помехи не выводили устройство из строя.

Я вам об этом и толкую. Вшивые самопальные протоколы RS-485 не обеспечивают доставку данных в условиях сильных помех, у них вообще все пакеты будут "битыми" и окажутся отброшенными. А Modbus RTU в таких условиях будет работать как ни в чем ни бывало.

[Atlantis-]

Я вам об этом и толкую. Вшивые самопальные протоколы RS-485 не обеспечивают доставку данных в условиях сильных помех, у них вообще все пакеты будут "битыми" и окажутся отброшенными. А Modbus RTU в таких условиях будет работать как ни в чем ни бывало.

Не совсем понял. Если пройдет помеха и данные исказятся, то не сойдется контрольная сумма и пакет будет отброшен в любом случае. Как это будет работать как ни в чем ни бывало?

[=AK=]

Не совсем понял. Если пройдет помеха и данные исказятся, то не сойдется контрольная сумма и пакет будет отброшен в любом случае. Как это будет работать как ни в чем ни бывало?

Не диво, этого не понимают большинство создателей самопала для RS-485.

На шине RS-485 есть два состояния:
1) когда все передатчики выключены (бОльшую часть времени шина находится именно в этом состоянии)
2) когда один из передатчиков включен.

В первом состоянии, для того, чтобы создать ложный сигнал, помеха должна пересилить резисторы подтяжки. Во втором состоянии помеха должна пересилить сигнал работающего передатчика RS-485, а он в сотню-другую раз мощнее, чем резисторы подтяжки.

Создатели самопальных протоколов чаще всего не различают эти два состояния. Поэтому их протоколы как правило таковы, что помехи, наведенные в первом состоянии, вызывают порчу и отбрасывание пакета. В условиях сильных помех это приводит к тому, что отбрасывается практически каждый пакет.

У cоздателей Modbus RTU было достаточно мозгов, чтобы создать протокол, на который вообще никак не действуют помехи в первом состоянии. В нем, чтобы испортить пакет данных, помеха должна пересилить включенный передатчик. Помехоустойчивость RS-485 c Modbus RTU сравнима с помехоустойчивостью RS-422 и даже превышает ее, поскольку передатчики RS-485 мощнее.

[Atlantis-]

На шине RS-485 есть два состояния:
1) когда все передатчики выключены (бОльшую часть времени шина находится именно в этом состоянии)
2) когда один из передатчиков включен.

В первом состоянии, для того, чтобы создать ложный сигнал, помеха должна пересилить резисторы подтяжки. Во втором состоянии помеха должна пересилить сигнал работающего передатчика RS-485, а он в сотню-другую раз мощнее, чем резисторы подтяжки.

Так можно в самопальном протоколе один из передатчиков всегда держать включенным?

[=AK=]

Так можно в самопальном протоколе один из передатчиков всегда держать включенным?

Это называется RS-422, у него передатчики вообще не переводятся в третье состояние, они всегда включены. Для него можно любой протокол использовать, он изначально помехоустойчивый. Но это обмен точка-точка, с раздельными витыми парами, одна - на прием, другая - на передачу, дуплекс. А вы вроде как RS-485, то есть шину, многоточку, полудуплекс, собирались использовать? В полудуплексе вам поневоле придется выключать передатчик, иначе будете слышать только себя.

[Atlantis-]

Это называется RS-422, у него передатчики вообще не переводятся в третье состояние, они всегда включены. Для него можно любой протокол использовать, он изначально помехоустойчивый. Но это обмен точка-точка, с раздельными витыми парами, одна - на прием, другая - на передачу, дуплекс. А вы вроде как RS-485, то есть шину, многоточку, полудуплекс, собирались использовать?

Полудуплекс: один МК шлет команду (передатчик1 вкл), выключает передатчик после окончания передачи, второй МК принимает команду и сразу врубает свой передатчик.

[=AK=]

Полудуплекс: один МК шлет команду (передатчик1 вкл), выключает передатчик после окончания передачи, второй МК принимает команду и сразу врубает свой передатчик.

Значит, есть промежуток времени, когда один мк уже закончил передачу и уже выключил свой передатчик, а второй еще не включил свой передатчик. Если в этот промежуток времени влезет помеха и создаст, например, ложный старт для UART-а, то при фиговом протоколе один только этот ложный старт испортит весь пакет. Если помех много, значит, надо считать, что помеха обязательно влезет в этот промежуток.

Modbus RTU - это не панацея, а всего лишь пример помехоустойчивого протокола. Если подумать головой, то можно и самопальный придумать ничуть не хуже. Только думать надо именно головой. А для этого желательно сначала изучить Modbus RTU (благо он открытый) и понять, почему он устойчив к помехам. Когда это осознаете, можете изобретать свой самопал. А без изучения, наобум, "на авось" - придумаете очередной отстой.

[Atlantis-]

и понять, почему он устойчив к помехам. Когда это осознаете, можете изобретать свой самопал. А без изучения, наобум, "на авось" - придумаете очередной отстой.

За счет заданных таймаутов между кадрами?

[=AK=]

За счет заданных таймаутов между кадрами?

Нет. За счет механизма, гарантированно обеспечивающего очистку входного буфера приемника в начале каждого кадра передатчика. Когда начинает работать передатчик, весь мусор, наведенный помехами, будет вычищен. Поэтому сам пакет от передатчика будет принят приемником правильно. Конструкция этого механизма не единственно возможная, однако принцип очистки приемника должен соблюдаться.

стандарт RS422 номирует ТОЛЬКО уровни сигналов и ничего более

Ваши высказывания про якобы "далеко не всегда включенные передатчики RS-422" являются чистым бредом. Нет там таких уровней сигнала, есть или 0 или 1. И если производители делают микросхемы, совместимые с RS-422, но имеющие вдобавок еще третье состояние передатчика, то сам стандарт RS-422 от этого ни на йоту не изменяется.