Wird EIA-485 die drahtlose Kommunikationstechnologie überleben?

Ich bin ein großer Fan des Nokia 3310, das erst vor kurzem ein Comeback in der Mobilfunkbranche gefeiert hat. Falls Sie in Ihrem Leben noch nie ein 3310 benutzt haben, entgeht Ihnen eines der verlässlichsten und langlebigsten Handys der neueren Geschichte. Im Gegensatz zu den frühen 2000er-Jahren ist es heutzutage nicht gerade üblich, Handys zu finden, die sich auch als Nussknacker benutzen lassen und extreme Stürze unbeschadet überstehen können.

In der Elektrotechnik verkörpert EIA-485 die gleiche Robustheit und Verlässlichkeit. Genau wie dem Nokia-Handy werde ich auch dieser Technologie für immer und ewig treu bleiben. Allerdings setzt sich die drahtlose Kommunikationstechnologie jeden Tag ein bisschen mehr durch. Deshalb frage ich mich, ob mein altbewährtes und erprobtes Protokoll zu einem Relikt aus vergangenen Zeiten werden wird.

EIA-485 und seine Anwendungen

Wenn ich mein Nokia auch wirklich liebe,so konnte es ein Kommunikationsproblem nicht lösen: Ich ging einmal mit einem Mädchen aus, das wirklich nie auf meine SMS oder Anrufe reagierte. Ich habe das nicht persönlich genommen, bis sie sich dann gänzlich weigerte, überhaupt noch mit mir zu sprechen. Was lernen wir daraus? Ohne Kommunikation funktionieren weder unsere Beziehungen noch unsere Elektronik. Elektronische Geräte werden häufig mehrere hundert Meter voneinander entfernt platziert, und das zudem in einer alles andere als idealen elektrischen Umgebung. Dies erfordert Kommunikationsmethoden, die Bedenken bezüglich elektrischer Interferenzen, Entfernung und Geschwindigkeit zuverlässig angehen können.

Interferenz: Der EIA-485-Standard definiert die elektrischen Eigenschaften eines seriellen Kommunikationsprotokolls, das Daten differenziell im Halbduplex-Verfahren überträgt. Durch die differenzielle Signalübertragung und das Twisted-Pair-Kabel können mit EIA-485 Daten über eine Distanz von bis zu 1.200 Metern übertragen werden, wobei zusätzlich eine hohe Toleranz gegenüber Signalinterferenzen besteht.

^{Prozessautomatisierung – wo EIA-485 noch immer König ist.}

Übertragungsdistanz: Eine weitere Art der Kommunikation, die mein geliebtes Nokia nicht bewältigen konnte, war der Anruf bei meiner Freundin in Nordamerika, während ich in Europa auf Reisen war. Der Zeitunterschied von neun Stunden bedeutete, dass sie gerade ins Bett ging, wenn ich aufgestanden war und mich auf meinen Tag vorbereitete. So wurde es schwierig, die Beziehung wie gewohntaufrechtzuerhalten. Wären wir doch nur so kompetente Kommunikatoren wie EIA-485 gewesen, was das sogenannte „Ground Shift“-Problem betrifft. Geräte, die an unterschiedlichen Standorten betrieben werden, sind an unterschiedlichen Punkten geerdet und weisen daher nicht die gleiche relative Spannung auf. Mit EIA-485 bleibt die Datenintegrität intakt, auch wenn sich zwei Geräte auf unterschiedliche Erdungspotentiale beziehen. Der Grund dafür ist, dass EIA-485 mit differenziellen Signalen arbeitet, wobei in einem Datenleitungspaar die logische „1“ durch eine logische „0“ wiedergegegeben wird (im Gegensatz zu massebezogenen Signalen).

Übertragungsrate: Bei maximaler Länge ist die Übertragungsrate mit 100 kBit/s angegeben, was für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend ist. Im Gegensatz dazu erreichen Standards wie RS-232 eine Reichweite von lediglich 15 Metern, was an deren massebezogener Signalübertragung liegt. Eine bessere Alternative ist der CAN-Bus, der eine Reichweite von bis zu 1.000 Metern bei einer Datenrate von 50 kBit/s erreicht, aber auf der Firmware-Ebene wesentlich schwieriger zu implementieren ist als EIA-485.

EIA-485 definiert lediglich die elektrischen Standards, was das Schnittstellenprotokoll für populäre Standards wie Modbus, Profibus oder proprietäre Protokolle entsprechender Hersteller offen lässt. Es ist diese Flexibilität, die EIA-485 so beliebt für Anwendungen wie Automatisierungssteuerungen, Datenerfassungslösungen und Systeme für die Gebäudeautomatisierung macht.

Das Aufkommen der Drahtlostechnologie bedroht die leitungsgebundene Kommunikation

In den letzten Jahren hat sich die drahtlose Kommunikationstechnologie im Bereich der eingebetteten Systeme verbreitet. Drahtlose Technologien wie Bluetooth, WLAN und Zigbee haben derzeit in bestimmten Branchen eine enorme Präsenz und konnten die leitungsgebundenen Lösungen bereits verdrängen. Besonders offensichtlich ist dieser Trend in der kommerziellen Automation wie beim intelligenten Wohnen, bei Sicherheitssystemen und dem Internet der Dinge (IoT).

^{Der Herausforderer von EIA-485.}

Die drahtlose Kommunikation löst viele Probleme leitungsgebundener Installationen. Die Kosten für Rohstoffe steigen weiter an, was Kupferdraht zu einer teuren Lösung macht, die viele Anwender vermeiden möchten. Zudem entfällt die mühsame Arbeit vor der eigentlichen Installation. Bohren, Graben und Kabelverlegen – all diese lästigen Arbeiten können wir uns dadurch ersparen.

Bei Außenanlagen sind Blitzeinschläge eine der Hauptursachen für den Ausfall leitungsgebundener Protokolle. Dies führt zu hohen Reparaturkosten und stellt damit eine enorme Unannehmlichkeit dar. Oft werden vor diesem Hintergrund kostspielige Blitz- und Überspannungsableiter installiert, um so die Lebensdauer von Geräten an für Blitzeinschläge anfälligen Orten zu verlängern. Im Gegensatz dazu verfügen drahtlose Repeater über eine erheblich längere Lebensdauer, da sie keine Datenkabel haben, die Blitzeinschlägen direkt ausgesetzt sind.

Die Drahtlostechnologie bietet einen wirtschaftlicheren Ansatz für die Kommunikation zwischen Geräten. Die Frage ist, ob dies das Ende des EIA-485-Standards einläuten wird.

Warum EIA-485 überleben wird

Wie meine Fernbeziehung damals, geht es auch mit der seriellen Kommunikation bergab. Dies ist insbesondere im Bereich der Unterhaltungselektronik der Fall. Schon seit fast einem Jahrzehnt ist auf den Motherboards von Computern kein RS-232-Port mehr zu finden. Unternehmen haben sich kabellosen Technologien zugewandt, um Material- und Personalkosten einzusparen. Trotz allem ist EIA-485 in bestimmten Branchen nach wie vor beliebt. Ganz besonders gilt dies für industrielle Prozess- und Gebäudeautomatisierungen.

^{Zu viele Repeater können die eigentlich angestrebte Vereinfachung vereiteln.}

Während Drahtlostechnologien durch einfache Installation überzeugen, gibt es doch immer noch Einschränkungen in Bezug auf die Signalstärke und die Betriebssicherheit an Orten, die durch Betonstrukturen voneinander getrennt sind. Bluetooth-Signale sind auf eine bestimmte hindernisfreie Umgebung beschränkt. Zigbee benötigt möglicherweise mehrere Repeater, und die Signalstärke von WLAN-Lösungen fällt ab, wenn Geräte auf verschiedene Ecken eine Gebäudes verteilt sind.

Tatsache ist, dass viele Unternehmen den Ersatz von EIA-485 durch eine kabellose Alternative erwägen, um dann aber feststellen, dass die potentiellen Kosteneinsparungen von technischen Problemen überschattet werden. Mehrere drahtlose Repeater können verschiedenste Fehlerquellen aufwerfen. Gleichzeitig stellen die nativen Störbeständigkeits-Eigenschaften von EIA-485 einen Vorteil gegenüber anderen Kommunikationsmethoden dar – und das ganz ohne komplizierte Algorithmen.

Natürlich kann es sein, dass EIA-485 das gleiche Schicksal wie seinem veralteten Bruder RS-422 widerfährt. Dies ist besonders dann wahrscheinlich, wenn neue Technologien wie stromsparende Weitverkehrs-Netzwerke (LPWAN) sich so weit entwickeln, dass sie neben ihrem geringen Stromverbrauch und der weitläufigen Flächenabdeckung auch hohe Datenübertragungsraten unterstützen können. Bis es aber so weit ist, stellt EIA-485 möglicherweise die beste Wahl für Anwendungen dar, die hohe Datenraten, große Übertragungsdistanzen und eine hohe Störbeständigkeit erfordern.

Wichtige Tipps für die Arbeit mit EIA-485

Um das Beste aus EIA-485 herauszuholen (vor allem die Störbeständigkeit über große Entfernungen), müssen bei Übertragungsraten von mehr als 115 kBit/s Abschlusswiderstände installiert werden. Zudem sollten Sie sicherstellen, dass im Rahmen von Installationen ausschließlich Twisted-Pair-Kabel verwendet werden.

Vergessen Sie nicht, dass die Datenverbindungen (D+, D-) bei EIA-485 parallel geroutet werden und eine übereinstimmende Länge haben müssen, um unnötige Probleme mit elektromagnetischen Störungen bei der schnellen Datenübertragung zu vermeiden. Ebenso sollten Sie über die Verwendung von Überspannungs-Schutzbausteinen nachdenken, um die EIA-485-Schaltungen vor externen Überspannungen zu schützen.

Setzen Sie auf die moderne Drahtlostechnologie? Oder soll EIA-485 noch immer eine Rolle in Ihren Designs spielen? So oder so, eine professionelle PCB-Design-Software wie CircuitStudio kann Ihnen beim Einstieg helfen. Möchten Sie mehr über EIA-485 erfahren? Dann sprechen Sie jetzt mit unserem Team bei Altium.