ТЕХНОЛОГИЯ RS-485 В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДОМОВ

Смехун Я. А.¹, Полищук С. В.²

¹Магистрант; ²магистрант, Дальневосточный федеральный университет

ТЕХНОЛОГИЯ RS-485 В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДОМОВ

Аннотация

В статье рассматривается технология RS-485, благодаря которой все электроприборы в ломе связываются с датчиками и управляющими контроллерами в единую сеть. В работе описываются основные возможности применения технологии RS-485 для создания автоматизированных интеллектуальных систем для обеспечения энергосбережения и управления электропитанием бытовой электротехники в жилом доме. В ходе исследования было установлено, что использование стандарта RS-485 в системах интеллектуального дома для энергосбережения в среднем сокращает расходы электроэнергии на 40%.

Ключевые слова: энергосбережение, технология RS-485, интеллектуальный дом.

Smekhun Y.A.¹, Polischuk S.V.²

¹Undergraduate; ² undergraduate, Far Eastern Federal University

RS-485 TECHNOLOGY IN ENERGY CONSERVATION SYSTEM OF HOME AUTOMATION

Abstract

In this article we discuss the RS-485 technology, which connects all electrical appliances in scrap with sensors and with management controller. In this paper we describe the main features of the application of RS-485 technology to create intelligent automated systems to ensure energy conservation and power management of household electrical appliances in a residential house. The study found that using a standard, RS-485 systems for smart house energy conservation reduces the average power consumption by 40%.

Keywords: energy conservation, RS-485 technology, home automation.

Одними из самых актуальных проблем современной энергетики в нашей стране являются развитие и внедрение энергосберегающих технологий для рационального и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов. Одними из перспективных технологий энергосбережения стали автоматизированные системы интеллектуальных домов.

Система интеллектуального дома или «Умный дом» для энергосбережения и энергоэффективности включает в себя подсистемы управления электробытовой и электронагревательной техникой, которые выполняют следующие функции [1]:

• Управление освещением. Система может автоматически включать и выключать освещение, менять яркость ламп в доме в зависимости от времени суток. Благодаря интеллектуальной системе управления освещением расход электроэнергии понижается на 35% и более. Энергосбережение обеспечивают автоматические выключатели света с использованием инфракрасных и электронных датчиков. Электронные датчики измеряют уровень освещенности помещения и, при достижении заданного значения, выдают команду на включение или выключение освещения (датчики освещенности), либо непосредственно «видят», что в помещение вошел человек, и включают свет (датчики движения). Светочувствительный элемент блокирует включение освещения при достаточном естественном освещении.
• Управление электропотреблением. Электроприборы не потребляют электроэнергию в режиме ожидания, технологии умного дома включают бытовую электротехнику только при необходимости, что позволяет снизить потребление электроэнергии на 20% и более. Постоянный контроль состояния электросети позволяет исключить потери электроэнергии в электропроводке дома. Устройства с высокими токами потребления могут синхронно работать без риска отключения питания вследствие перегрузки.
• Управление отоплением дома. Поддержка определенного температурного режима в умном доме происходит автоматически в соответствии с изменением внешних воздействующих факторов.
• Управление климатом в доме. Поддержание заданной температуры, влажности и освещенности.
• Управление шторами, жалюзи или рольставнями.
• Домашняя метеостанция. Наблюдение и прогнозирование погоды за окном. Корректировка работы систем освещения и отопления в зависимости от погодных условий.

«Умный дом» позволяет сократить расходы на оплату счетов за электроэнергию, обезопасить жильцов от коротких замыканий в электросети и дополнительно обеспечить домашний комфорт.

Программное обеспечение интеллектуального дома обеспечивает согласованную работу всего электрооборудования в автоматическом режиме и управление электропитанием устройств. Для этого все электроприборы в доме связываются с датчиками и управляющими контроллерами в сеть посредством следующих сред передачи сигналов: по проводной шине, сети электропитания 220В и с помощью радиосигналов. Наиболее распространенными технологиями объединения датчиков, электроприборов и управляющих контроллеров в сеть стал стандарт RS 485[2].

Технология RS-485.

RS-485 (RS-485 — Recommended Standard 485) стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному каналу связи. В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных часто используется единственная витая пара проводов. Физически сеть RS-485 выполнена стандартным сетевым кабелем категории 5е. Так как в таком кабеле всего есть четыре пары проводов, то можно одну пару задействовать непосредственно для интерфейса RS-485, а по оставшимся свободным парам подавать постоянное напряжение 12-24В для питания различных модулей и устройств. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений одной полярности между проводниками означает логическую единицу, разница другой полярности – ноль. RS-485 — это физическая среда передачи данных, для того чтобы устройства могли понимать друг друга, данные кодируются с помощью протоколов передачи данных ModBus и Adicon.

Наиболее распространенным протоколом передачи данных в стандарте RS-485 стал протокол ModBus – открытый стандарт обмена данными. ModBus передает данные через последовательные линии между устройствами. Простейшая схема будет состоять из одного последовательного кабеля, соединяющего последовательные порты на двух устройствах, активного устройства типа Master и  пассивного устройства типа Slave, в качестве которого обычно выступают датчики и бытовая электротехника. В качестве активного устройства типа Master выступает микроконтроллер либо персональный компьютер. Протокол позволяет к одному устройству типа Master присоединять до 247-ми устройств типа Slave.

Основой структуры запросов и ответов протокола ModBus - является пакет протокола, называемый PDU (Protocol Data Unit). Структура PDU протокола Modbus не зависит от типа линии связи и включает в себя код функции и поле данных. Код функции - это однобайтовое поле. Оно может принимать значения в диапазоне 1…127. Значения 128…255 зарезервировы для кодов ошибок. Поле данных может быть переменной длины. Размер пакета PDU ограничен 253 байтами.

Каждому устройству Slave в сети RS-485 с протоколом ModBus присваивается уникальный адрес устройства от 1 до 247. Когда устройство Master запрашивает данные, то первый байт, что оно посылает, является адресом Slave. Таким образом, каждое устройство Slave знает после первого байта пропускать ли это сообщение дальше по сети. Протокол ModBus не способен производить групповой запрос к устройствам, поэтому каждый запрос ведущего устройства требует непосредственного обращения к ведомому устройству. Ведомое устройство должно получить сообщение, сработать и послать ответ. Лишь затем ведущее устройство может переходить к соединению с другим ведомым устройством.

Сеть RS 485 используют для объединения и питания датчиков для сбора информации и исполнительных устройств с управляющим контролером. Модули соединяются между собой витой парой [3], например, кабелем CAT5, в котором 4 свитые пары, т.е. 8 проводов (рис. 1). Питание соединяется звездой, соединив параллельно 2 пары, и подключается общей точкой к источнику питания. Сигнал подключается треугольником, т.е. последовательно. По одной паре сигнал должен приходить к модулю, а по другой паре должен уходить к следующему модулю. С двух концов должны быть подключены резисторы 120 Ом.

Рис. 1 – Пример подключения датчиков и управляющих устройств по шине RS-485

Таким образом, автоматизированная интеллектуальная система «Умный дом» позволяет управлять активной нагрузкой электроприборов, сберегать и эффективно потреблять электроэнергию, продлевать срок службы электроприборов. Применение систем интеллектуального дома для энергосбережения в среднем сокращает расходы электроэнергии на 40%. Развитие, совершенствование и внедрение высокотехнологичных решений интеллектуального дома максимально расширяют потенциал энергосбережения.