Изолированное заземление Modbus (RS485) и помехи UART

Я создаю изолированную интерфейсную плату RS485 (Modbus) для датчика. Я использую ADM2682 в качестве приемопередатчика и VAQE6W-Q24-S12-D в качестве изолированного преобразователя постоянного тока. Все управляется моим STM32L412 . Есть 2 интересных винтовых клеммы:

  • «Питание» (CN6): с «+» и «-» (заземление питания)
  • «Modbus» (CN4): с «Сигналами» (x4) и «общим» (земля сигналов)

Вот соответствующие части схемы:

изолированный RS485 и питание

На самом деле я использую лабораторный источник питания на 12 В и преобразователь USB в RS485 в двухпроводном режиме с короткой витой парой ~ 20 см (с 3 проводами: D0, D1 и GND) на скорости 19200 бод. Земля USB на RS485 подключена к моему ОБЩЕМУ на CN6. USB к RS485 подключен к моему ПК через концентратор с собственным источником питания. Все на одной розетке. Все парные перемычки, резисторы смещения и согласующие резисторы на месте.

Моя плата может без проблем передавать данные на ПК, но когда ПК отправляет данные, STM32L412 вызывает прерывание «Шумовая ошибка». (Полученный байт все еще в порядке)

Когда я подключаю «сигнальную землю» (CMN) и «землю питания» (VPWR-), все в порядке, ошибки шума больше не возникает ...

Я прочитал этот ответ , но я не понимаю, почему мне нужно прерывать изоляцию между приемопередатчиком и заземлением, я думаю, что упускаю что-то важное, пожалуйста, помогите мне понять? (Есть ли случай, когда мне не нужно подключать заземление сигнала и заземление источника питания?)

заранее спасибо

РЕДАКТИРОВАТЬ 1: БЛОК ПИТАНИЯ

Информация об «изоляции» в документации по лабораторному питанию отсутствует . Я только что нашел базовую схему здесь:

Основная схема блока питания

Я открываю корпус и нахожу трансформатор, шнур питания идет прямо к первичной обмотке трансформатора (через предохранитель и главный выключатель), поэтому источник питания кажется изолированным.

Источник питания внутренний

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: РЕШЕНО

Большое СПАСИБО Фрэнку, я применяю вашу процедуру "назад к основным"

Общий совет: используйте осциллограф, поместите зажим заземления его щупа на некоторый потенциал земли, который вы считаете заслуживающим доверия, и попробуйте измерить/прощупать другие «изолированные потенциалы земли» в вашей топологии шины RS485 (пока земля шины еще не подключена). Таким образом, вы должны найти своего виновника. Начните с прицела, настроенного на самую быструю временную шкалу, затем постепенно замедляйтесь, если обнаружите что-то интересное.

Все источники питания кажутся очень чистыми и плоскими по собственному эталону, но я обнаружил сигнал 55 кГц 400 мВпп между землей источника питания лаборатории и землей USB-RS485. На самом деле я нахожу этот сигнал между землей и PE. Я не знаю, как я не вижу этого раньше.

После отключения всего моего оборудования от удлинителя я нахожу виновных. С 2 недели покупаю генератор сигналов ТЭНМА 72-14111 . Есть передний «тактильный» выключатель питания (на самом деле это переключатель режима ожидания) и настоящий выключатель питания сзади (я только что обнаружил). Когда задний переключатель питания включен, генератор сигналов создает много шума (особенно большие 55 кГц и гармоники) по всей моей линии питания и защитному заземлению.

Когда генератор сигналов действительно отключен или отключен от сети, мой изолированный интерфейс Modbus работает очень хорошо, без заземления. (Я могу даже убрать землю и смещающий резистор с шины только для проверки).

Сейчас я не очень уверен в своем генераторе сигналов, но чувствую облегчение. Большое, большое спасибо @Justme и @frr за то, что нашли время помочь мне и оказать психологическую поддержку.

Я призываю всех прочитать откровенный ответ здесь о заземлении и связи, действительно полезный и поучительный.

Вы уверены, что это шум? Прерывание Err или ошибки Noise, Overrun и Framing. Любой из них установит флаг.
Земля RS485 подключена к земле ПК?
@pgvoorhees, это единственный бит в 1 после срабатывания прерывания.
@Justme, я думаю, преобразователь USB-TO-RS485 подключен к концентратору с собственным источником питания. Все ПК, концентратор, преобразователь USB-TO-RS485 и блок питания подключены к одному удлинителю. Заземление преобразователя USB-TO-RS485, похоже, осуществляется с помощью USB-кабеля.
@ rom1nux На самом деле, я имел в виду, что если вы подключили землю от вашего устройства CN4 к земле преобразователя RS485 в дополнение к контактам данных RS485?
Hо извините, я не понял вопроса, ДА ОБЩИЙ на CN6 (CMN) подключен к земле USB-TO-RS485. Другими словами, у меня есть 3 провода между моей платой и USB-TO-RS485: D0, D1 и GND (CMN).
@ rom1nux Еще одна вещь: выход лабораторного источника питания изолирован от земли или заземлен? Я вижу, что у него две банановые пробки, но я недостаточно знаю французский.
@Justme Во-первых, большое спасибо, что нашли время, чтобы помочь мне, я не нашел никакой информации об изоляции в таблице данных источника питания, поэтому я открываю корпус. Я вижу трансформатор, блок питания кажется изолированным, верно? (редактирую вопрос для фото)
@ rom1nux Но, кажется, где-то от шнура питания идет зелено-желтый провод заземления. Вы могли бы просто проверить вилку питания, если она имеет контакт заземления, и если есть, используйте мультиметр, чтобы проверить, подключена ли она к клемме черного банана. Не нужно открывать блок питания.
@justme Нет связи между черным бананом и заземляющим контактом на шнуре питания, когда питание выключено, и колеблющееся значение> 1 МОм, когда питание включено.
О, вы уже решили проблему :-) Итак, мое последнее редактирование о «запуске ноутбука от батареи» было не совсем точным, но может помочь другим, кто находится в похожей ситуации. Поздравляем вас с поиском ошибок. Я подозреваю, что если ваш генератор сигналов имеет блок питания, изолированный от земли, и вы осмелитесь заглянуть под капот, вы найдете место в блоке питания, где вы можете добавить несколько конденсаторов, чтобы немного приглушить шум, ценой нарушения изоляции от земли. Кстати, классические сетевые трансформаторы с железным сердечником не страдают от этой «проблемы паразитной емкости» (в значительной степени). Да, они тяжелые и неэффективные :-(

Ответы (1)

Попробуйте поместить небольшой конденсатор (от единиц до сотен нФ) между первичной и вторичной землей под изолированным преобразователем постоянного тока в постоянный.

РЕДАКТИРОВАТЬ: хорошо, я неправильно понял вашу схему ... ADM2682, по-видимому, обеспечивает собственное питание для линейного интерфейса. Но совет по поводу заземления носит общий характер. Это может быть DC/DC в вашем стандартном ключе 485, или в ADM2682, или в чем-то подобном. Общий совет: используйте осциллограф, поместите зажим заземления его щупа на некоторый потенциал земли, который вы считаете заслуживающим доверия, и попробуйте измерить/прощупать другие «изолированные потенциалы земли» в вашей топологии шины RS485 (пока земля шины еще не подключена). Таким образом, вы должны найти своего виновника. Начните с прицела, настроенного на самую быструю временную шкалу, затем постепенно замедляйтесь, если обнаружите что-то интересное.

РЕДАКТИРОВАТЬ: еще одна идея, что измерять: прикрепите зажим заземления щупа осциллографа к заземлению питания вашего STM32. Держите шину RS485 заземленной между «изолированным линейным интерфейсом» ADM2682 и ключом USB/485 на компьютере (я вернусь к этому позже). Итак, у вас есть зонд осциллографа, подключенный к STM32 - теперь прикоснитесь кончиком зонда осциллографа к заземлению изолированной линии ADM2862 («CMN» на вашей схеме). Есть ли что-то интересное между этими двумя землями?

Еще одно предложение: в настройке, когда ваш STM32 сообщает о «шуме», подключите «землю области» к GND питания STM32 и посмотрите, что происходит на проводе TTL RX от ADM2682 до STM32. Если у вас есть осциллограф с двойной трассировкой, вы можете одновременно наблюдать изолированные CMN и RX (= два последних абзаца вместе взятые).

Еще один вопрос, который я еще не заметил ... этот ключ USB / 485, я предполагаю, что его земли не изолированы (попробуйте измерить между землей USB и 485 CMN с помощью омметра). К какому компьютеру это подключено? Это настольный ПК с блоком питания ATX? Или случайно не блокнот? Если это ноутбук, имеет ли его адаптер вторичное заземление (также известное как DC-), подключенное к защитному заземлению в настенной розетке? Если нет, адаптер, вероятно, немного пропускает электромагнитные помехи. Низкий ток (< 1 мА), но потенциально высокое напряжение. Если это ноутбук, самый простой тест для этой проблемы — немного поработать от батареи (= заземление плавает) — и убедиться, что в вашей системе нет какого-либо периферийного устройства с собственным блоком питания с переключателем. адаптер (внешний дисковод или что-то в этом роде).

Есть одна тема, которую вы должны понять, а именно, почему изолированные импульсные источники питания пропускают электромагнитные помехи на выход. Может быть мягким напряжением 50 Гц для блоков питания переменного/постоянного тока, а также может быть чистым ВЧ в преобразователях постоянного/постоянного тока (тот же принцип = паразитная емкостная связь между обмотками ВЧ-трансформатора). Я дал соответствующий ответ со схемами в прошлой теме здесь, на stackexchange.

Большое спасибо, Фрэнк, чтобы найти время, чтобы взглянуть, я собираюсь изучить то, как вы описываете, я обновлю свой пост и вернусь.
Вернуться к основной процедуре с осциллографом и проверкой заземления - это способ, многие благодарят за то, что подтолкнули меня к более подробному изучению, я редактирую свой пост, чтобы объяснить
Изолированное заземление Modbus (RS485) и помехи UART
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v