¿Sobrevivirá el RS485 a la Conexión Inalámbrica?
Soy un gran admirador del Nokia 3310 que recientemente ha regresado a la industria de la telefonía móvil. Si nunca has usado uno en tu vida, te estás perdiendo uno de los teléfonos móviles más confiables y duraderos de la historia reciente. A diferencia de principios de la década del 2000, no se trata de encontrar teléfonos móviles que puedan funcionar como locos y sobrevivir a las peores caídas.
La misma forma de robustez y fiabilidad en el mundo del diseño eléctrico es la comunicación por cable RS485. Al igual que el Nokia, seré fiel a él para siempre. Sin embargo, a medida que la conexión inalámbrica se vuelve más omnipresente con cada día que pasa, me pregunto si mi protocolo probado y verdadero se convertirá en un artefacto de los viejos tiempos.
El RS-485 y sus aplicaciones
Si bien podría querer a mi Nokia, una vez salí con una chica que nunca respondió a ningún mensaje de texto o llamada. No lo tomé como algo personal hasta que ella se negó a hablarme. En pocas palabras, sin comunicación, tanto tu relación como tu electrónica no funcionarán correctamente. Los dispositivos electrónicos a menudo se colocan a varios cientos de metros entre sí y en un entorno eléctrico nada apto. Esto exige métodos de comunicación que puedan abordar de manera fiable la preocupación por la interferencia eléctrica, la distancia y la velocidad.
Interferencia: El RS485 es un estándar que define las características eléctricas de un protocolo de comunicación en serie que transmite datos en un modo diferencial semidúplex. Como resultado de la señalización diferencial y el cable de par trenzado, los datos transmitidos a través de este pueden llegar hasta 1200 metros y tienen una alta tolerancia a la interferencia de la señal.
Automatización de procesos, donde RS485 sigue siendo el rey
Distancia: Otra comunicación que mi Nokia no pudo resolver fue cuando llamaba a mi novia, que estaba en América del Norte, mientras yo viajaba por Europa. Las nueve horas de diferencia horaria significaban que cuando me despertaba para comenzar mi día, ella se estaba preparando para ir a la cama y era difícil relacionarse entre sí. Ojalá pudiéramos ser comunicadores expertos como el RS485, que aborda el tema del cambio de tierra con tanta elegancia. Los dispositivos que funcionan en diferentes ubicaciones tienen diferentes puntos de tierra y no tienen el mismo voltaje relativo. Con este estándar, la integridad de los datos permanece intacta incluso si transmisor y receptor tienen potenciales de referencia distintos. Esto se debe a que usa señales diferenciales, donde un nivel lógico 1 viaja acoplado a un 0 en la otra línea del par, en oposición a las señales single-ended que hacen usan tierra como referencia a la señal de datos.
Velocidad: En su longitud máxima, la velocidad de transmisión se especifica a 100 kbps, que es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Alternativamente, los estándares como RS232 solo pueden viajar hasta 15 metros, debido a su señalización single-ended. Un mejor competidor es el bus CAN, que puede viajar hasta 1,000 metros a 50kbps, pero es mucho más difícil de implementar a nivel de firmware, en comparación con RS485.
El RS485 define sólo los estándares eléctricos, dejando el protocolo de interfaz abierto a estándares populares como Modbus, Profibus o protocolos patentados introducidos por sus respectivos fabricantes. Esta flexibilidad ha hecho que sea popular en aplicaciones como controles de automatización, soluciones de adquisición de datos y sistemas de automatización de edificios.
El surgimiento de la tecnología inalámbrica amenaza la comunicación por cable
En los últimos años, la tecnología de comunicación inalámbrica ha evolucionado hacia sistemas empotrados. Las tecnologías inalámbricas como Bluetooth, Wifi y Zigbee actualmente tienen una gran presencia en ciertas industrias y han reemplazado a las soluciones cableadas. Esta tendencia es obvia en la automatización comercial como hogares inteligentes, sistemas de seguridad e IoT.
Contendiente de RS485
La comunicación inalámbrica resuelve muchos de los problemas que han causado problemas a las instalaciones cableadas. El costo de las materias primas está aumentando, lo que hace que el cable de cobre sea una solución costosa que muchos usuarios finales evitan. También elimina por completo tener que hacer tediosos trabajos de preinstalación. Esto suprime todo el trabajo de perforación, corte y tirada de cable que todos hemos llegado a detestar en algún momento.
En instalaciones al aire libre, los rayos son uno de los principales culpables de las fallas del protocolo por cable. Esto resulta en costos de reparación considerables y un gran inconveniente. A menudo se instalan protectores de sobretensión costosos para prolongar la vida útil de los dispositivos en lugares propensos a los rayos. Alternativamente, los repetidores inalámbricos tienen una vida útil considerablemente más larga ya que no tienen cables de datos que puedan exponerse directamente a los rayos.
¿Significará la aparición de la tecnología inalámbrica, que ofrece un enfoque más económico para la comunicación entre dispositivos, el final del estándar RS485?
¿Por qué sobrevivirá el RS485?
Al igual que mi relación a larga distancia, la comunicación en serie ha ido en declive. Éste es especialmente el caso en la electrónica de consumo. Ha pasado casi una década desde que los ordenadores dejaron de ofrecer puertos RS232 en la placa base. Las empresas han recurrido a tecnologías inalámbricas para reducir los costos de materiales y mano de obra. Sin embargo, RS485 sigue siendo una opción popular en ciertas industrias. Particularmente en procesos industriales y automatización de edificios.
Demasiados repetidores pueden vencer el propósito de la simplicidad.
Distancia: Otra comunicación que mi Nokia no pudo resolver fue cuando llamaba a mi novia, que estaba en América del Norte, mientras yo viajaba por Europa. Las nueve horas de diferencia horaria significaban que cuando me despertaba para comenzar mi día, ella se estaba preparando para ir a la cama y era difícil relacionarse entre sí. Ojalá pudiéramos ser comunicadores expertos como el RS485, que aborda el tema del cambio de tierra con tanta elegancia. Los dispositivos que funcionan en diferentes ubicaciones tienen diferentes puntos de tierra y no tienen el mismo voltaje relativo. Con este estándar, la integridad de los datos permanece intacta incluso si transmisor y receptor tienen potenciales de referencia distintos. Esto se debe a que usa señales diferenciales, donde un nivel lógico 1 viaja acoplado a un 0 en la otra línea del par, en oposición a las señales single-ended que hacen usan tierra como referencia a la señal de datos.
Velocidad: En su longitud máxima, la velocidad de transmisión se especifica a 100 kbps, que es más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Alternativamente, los estándares como RS232 solo pueden viajar hasta 15 metros, debido a su señalización single-ended. Un mejor competidor es el bus CAN, que puede viajar hasta 1,000 metros a 50kbps, pero es mucho más difícil de implementar a nivel de firmware, en comparación con RS485.
El RS485 define sólo los estándares eléctricos, dejando el protocolo de interfaz abierto a estándares populares como Modbus, Profibus o protocolos patentados introducidos por sus respectivos fabricantes. Esta flexibilidad ha hecho que sea popular en aplicaciones como controles de automatización, soluciones de adquisición de datos y sistemas de automatización de edificios.
El surgimiento de la tecnología inalámbrica amenaza la comunicación por cable
En los últimos años, la tecnología de comunicación inalámbrica ha evolucionado hacia sistemas empotrados. Las tecnologías inalámbricas como Bluetooth, Wifi y Zigbee actualmente tienen una gran presencia en ciertas industrias y han reemplazado a las soluciones cableadas. Esta tendencia es obvia en la automatización comercial como hogares inteligentes, sistemas de seguridad e IoT.
Demasiados repetidores pueden vencer el propósito de la simplicidad.
Si bien las tecnologías inalámbricas ofrecen facilidad de instalación, todavía existe una limitación en términos de intensidad y estabilidad de la señal en aplicaciones donde los dispositivos están en ubicaciones separadas por estructuras de hormigón. Las señales de Bluetooth están limitadas a un entorno específico libre de obstáculos. Zigbee puede necesitar múltiples repetidores, y el WiFi disminuye la intensidad de la señal cuando los dispositivos se extienden a varios rincones de un edificio.
No se puede negar que cada vez más compañías están considerando reemplazarlo con la alternativa inalámbrica, aunque el posible ahorro de costos tenga su contrapeso en mayores complicaciones técnicas. Múltiples repetidores inalámbricos pueden introducir múltiples puntos de falla, y las características de tolerancia al ruido nativas de este estándar, sin algoritmos complicados, brindan una ventaja sobre otros métodos de comunicación.
Por supuesto, RS485 puede unirse a su hermano obsoleto RS422, si las tecnologías emergentes como la Red de Área Amplia de Baja Potencia (LPWAN) evolucionan para que puedan soportar altas velocidades de transmisión de datos además de su cobertura de línea de visión de área amplia y baja potencia. Hasta entonces,esta puede ser la mejor opción para aplicaciones que requieren altas velocidades de datos, comunicación a larga distancia y altas tolerancias.
Consejos importantes para trabajar con RS485
Para obtener lo mejor de RS485, especialmente su tolerancia al ruido en la comunicación a larga distancia, se deben instalar resistencias de terminación si la velocidad de transmisión supera los 115 kbps. También debes asegurarte de que sólo se usen cables de par trenzado en las instalaciones.
No olvides que las conexiones de datos (D+, D-) de este estándar deben deben enrutarse en paralelo y con longitudes coincidentes para evitar problemas innecesarios de EMI si los datos se transmiten a altas velocidades. También puedes considerar colocar componentes de protección contra transitorios para proteger los circuitos RS485 de sobretensiones externas.
¿Estás optando por la conexión inalámbrica moderna? ¿O debería RS485 seguir apareciendo en tu diseño actual? De cualquier manera, el software profesional de diseño de PCB, como CircuitStudio® puede ayudarte a comenzar. ¿Quieres saber más sobre este tema? Habla con nuestro equipo en Altium ahora.
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