El bus RS485 se ha convertido en la piedra angular de la transmisión de datos a nivel de dispositivos por su inmunidad al ruido y su capacidad de conexión en red de varios nodos. Como norma de capa física, RS485 define las características eléctricas, mientras que los protocolos de mensajes establecen las reglas de comunicación entre dispositivos. Este artículo analiza sistemáticamente los mecanismos básicos y las prácticas de optimización de los mensajes RS485, desde las señales físicas hasta los protocolos de la capa de aplicación.
1. Fundamentos de la capa física de la comunicación RS485
1.1 Principio de transmisión de señales diferenciales
RS485 utiliza la transmisión por par trenzado equilibrado, representando los estados lógicos mediante la diferencia de tensión (normalmente ±1,5V~±5V) entre la línea A y la línea B:
| Estado lógico Tensión | e Relación |
|---|---|
| Lógica 1 | Línea B > Línea A |
| Lógico 0 | Línea A > Línea B |
El diseño diferencial suprime eficazmente las interferencias en modo común, permitiendo una comunicación fiable a más de 1200 metros (a tasas de baudios ≤100kbps).
1.2 Topología y terminación del bus
Topología de bus: Todos los dispositivos se conectan en paralelo a la línea A/B, admitiendo hasta 32 nodos de carga estándar (ampliables a 256 nodos con determinados controladores).
Resistencias de terminación: Las resistencias de 120Ω en ambos extremos eliminan la reflexión de la señal. En un sistema de control de motores, la falta de terminación aumentó la tasa de error de bits a 10^-3, que cayó por debajo de 10^-7 tras la terminación adecuada.
2. Estructura de mensajes RS485 y análisis de tramas de datos
2.1 Formato básico del marco
Un mensaje RS485 típico contiene estos campos: [Bit de inicio] [Campo de dirección] [Código de función] [Campo de datos] [Dígito de control] [Bit de parada].
| Campo | Descripción |
|---|---|
| Inicio Bit | 1 bit lógico 0 que indica el inicio de la trama |
| Campo de dirección | Dirección del dispositivo de destino de 1 byte (0 para difusión) |
| Código de función | Comando de 1 byte (por ejemplo, Modbus 03H lee los registros de retención) |
| Campo de datos | Carga útil de longitud variable |
| Suma de comprobación | CRC/LRC para la integridad de los datos |
| Bit de parada | 1-2 bit lógico 1 indicando fin de trama |
2.2 Comparación de protocolos
| Protocolo | Direcciones | Códigos de función | Características de los campos de datos |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | 1-247 | 20+ | Big-endian, soporta operaciones bit/palabra |
| Profibus | 0-126 | Jerárquico | Gestión de Token-ring, rendimiento en tiempo real |
| BACnet MS/TP | 0-127 | 8 | Orientado a objetos, optimizado para la automatización de edificios |
3. Direccionamiento y comunicación multidispositivo
3.1 Sondeo maestro-esclavo
El maestro consulta secuencialmente los dispositivos; los esclavos responden sólo cuando se les dirige. Ejemplo de intercambio Modbus RTU:
Maestro:01 03 00 6B 00 03 CRC
(Dirección 1, leer 3 registros de retención empezando por 107)
Respuesta del esclavo:01 03 06 02 2B 00 00 00 64 CRC
(Devuelve los valores 555, 0, 100)
3.2 Prevención de colisiones
Control del tiempo: Intervalo entre fotogramas ≥3,5 veces el carácter (por ejemplo, 3,64 ms a 9600 bps).
Vigilancia silenciosa: Los esclavos permanecen en modo de recepción cuando no responden
4. Detección de errores y tolerancia a fallos
4.1 Mecanismos de verificación
Comprobación de paridad: 1 bit adicional para que el número de 1's en los bits de datos sea par/impar, puede detectar errores de un solo bit.
Comprobación CRC: Comprobación de redundancia cíclica de 16 bits (por ejemplo, Modbus adopta CRC-16), que cubre los campos de dirección, código de función y datos.
Tiempo de retransmisión agotado: cuando la estación maestra no reciba respuesta, la retransmitirá tras esperar 1,5 veces el tiempo de trama.
4.2 Aislamiento de fallos
Detección de circuito abierto: Se dispara cuando |V_A - V_B| < 200mV
Protección contra cortocircuitos: Los circuitos limitadores de corriente protegen los chips de interfaz
5. Práctica de optimización de la transmisión de mensajes RS485
5.1 Velocidad en baudios vs. selección de cable
| Distancia (m) | Velocidad máxima en baudios | Tipo de cable |
|---|---|---|
| ≤1200 | ≤100kbps | Par trenzado apantallado (AWG24) |
| ≤500 | ≤500kbps | Par trenzado apantallado |
| ≤100 | ≤1Mbps | Par trenzado con adaptación de impedancia |
5.2 Puesta a tierra y apantallamiento
Puesta a tierra en un punto: Blindaje conectado a tierra sólo en el lado del host
Diseño de aislamiento: Transceptores opto/magnéticos (por ejemplo, ADM2483)
5.3 Programación de mensajes
Lectura masiva: Combinar varias solicitudes de registro
Sondeo dinámico: Ajustar la frecuencia según la prioridad del dispositivo
6. Aplicaciones industriales
6.1 Lectura de contadores inteligentes
En un sistema de alimentación, RS485 conecta el contador al concentrador, Enviar maestro:
Comando: AA 55 68 01 03 01 90 00 02 CRC
(Dirección 0x0190, lectura de 2 registros)
El medidor devuelve valores instantáneos de tensión, corriente y potencia, y los datos se utilizan para controlar la carga en tiempo real.
6.2 Control PLC-convertidor de frecuencia
Una línea de producción controla la velocidad del inversor a través de RS485, el el maestro envía una orden de escritura:
01 06 00 01 00 64 CRC
(Dirección 1, ajustar frecuencia a 100Hz)
El convertidor de frecuencia responde al resultado de la ejecución y el PLC ajusta el ritmo de producción en función de la información recibida.
6.3 Control medioambiental
El sensor de temperatura y humedad carga tramas de datos a través de RS485:
Enviar maestro: 02 04 04 41 F8 00 00 CRC
(Dirección 2, temperatura 25,5°C = valor en coma flotante 0x41F80000, humedad 0 a transmitir)
Conclusiones: Elementos clave para una comunicación fiable
La transmisión eficaz de mensajes RS485 depende de la sinergia entre la optimización de la capa física, las especificaciones del protocolo y los mecanismos de gestión de errores. Los ingenieros deben centrarse en el control:
Capa física Optimización: Terminación, selección de cables
Cumplimiento del protocolo: Reglas de tiempo de espera/suma de comprobación
Mantenibilidad: Puntos de prueba e interfaces de diagnóstico
Mientras el IoT industrial evoluciona hacia soluciones Ethernet/inalámbricas (por ejemplo, pasarelas Modbus TCP), RS485 sigue siendo dominante en la comunicación a nivel de dispositivo debido a su fiabilidad y rentabilidad.
