수질 측정장비나 기타 측정기기의 RS422에 대한 설명

수질 측정장비나 기타 측정기기의 RS422에 대한 설명

RS422는 EIA에 의해서 전기적인 사양이 규정되어 있으나 물리적인 코넥터 및 핀에 대한 사양은 아직 규정되어 있지 않다. 업체에 따라 규정하여 사용하는 사양이 조금씩 틀릴수 있으니 자세한 내용은 업체의 관련자료를 참고하기 바란다. RS422에서는 Point To Point 모드와 Multi-Drop 모드 두가지가 있다. Point To Point 모드인 경우 RS232와 신호선당 2개의 라인이 필요한 것만 빼고 사용하는 방법에 있어서 별다른 차이가 없다. 하지만 Multi-Drop 모드인 경우는 사용법이 좀 복잡하다. Multi-Drop의 자세한 내용은 업체의 자료를 참고하기 바란다. 

 

   

▶ 신호선에 대한 설명

 

신호선에 대한 설명은 RS232와 별차이가 없고 다만 물리적으로 하나의 신호선에 두 개의 라인이 필요한데 그들의 표현은 신호선명뒤에 + 와 - 로써 구분표기

한다. 즉, 예를 들면 RS232의 TXD 신호선이 RS422에서는 TXD+와 TXD-로 나누어 질 뿐이다.  

 

 

▶ RS422 Multi-Drop 모드에 대한 설명

Multi-Drop모드가 사용되는 시스템은 하나의 마스터에 여러개의 슬레이브가 연결되어 마스터가 어떤 슬레이브와 통신을 할것인지를 결정하고 해당 슬레이브를

호출하면 호출된 슬레이브가 응답을하는 체제로 구성되어진다.

이때, 하나의 마스터에 최대 10개까지의 슬레이브가 연결될 수가 있고 이때 마스터는 Point To Point모드로 설정되어 있어도 상관이 없으나 슬레이브는 반드시 Multi-Drop 모드로 설정이 되어져 있어야 한다.

 

여기서 주의하여야 할내용은 모든 슬레이브의 TX신호라인을 정보를 출력시킬때만 공동 TXD라인에 접속 시켜야만 하며 그렇지않고 하나의 슬레이브가 계속 TX

​신호라인을 공동 TXD라인에 접속시키면 마스터에 의해서 호출된 다른 슬레이브가 정보를 출력시켜도 계속 접속된 슬레이브 때문에 공동 TXD라인에 전기적인

충돌이 발생되어 마스터로 정보가 전달되지 않는다. 즉 동시에 2개이상의 슬레이브가 공동 TXD라인에 접속하면 않되는 것을 반드시 지켜야만 한다.

 

TX신호선과 공동 TXD라인에 TX신호선을 접속 또는 단락시켜주는 개폐신호사이에는 S/W 또는 H/W에 의한 적절한 타이밍의 조절이 필요한데 일반적으로 S/W에 의한 방법을 많이 사용한다.

우선 TX신호선과 개폐신호사이의 관계를 알아보는 것이 중요한데 이들간에 필요한 타이밍 정보를 아래 그림을 통해서 알아보자. 

먼저 슬레이브가 마스트로 데이터를 출력하기전(슬레이브측의 UART TXD 신호선) 먼저 개폐신호를 출력시켜야 한다.(슬레이브측의 RS422 개폐신호(Logic "1"

​이면 접속 Logic "0" 이면 단락)를 참조)

즉, TXD라인을 통해서 출력하는 첫 번째 데이터 "A"의 스타트비트가 출력되기전 최소한 RS422 드라이버칩이 개폐신호를 받고 접속되는데 걸리는 시간인 Driver Enable to Output High Delay Time(tZH)이나 Driver Enable to Output Low Delay Time(tZL)이전에 RS422 개폐 신호를 접속하는 상태로 출력시켜야만 한다.(Logic "1"상태)

여기서 tZH와 tZL의 수치는 칩제조회사마다 약간씩 틀리나 보통 수십에서 수백 nS사이의 값이다.

하지만 이수치값이 최소수치이기 때문에 정확하게 지킬필요는 없고 여유있게 주면된다. 즉, S/W에서 먼저 RS422 개폐신호를 접속상태로 출력시키고 난후 TXD

​라인에 데이터를 출력시키며 TXD라인에 마지막 데이터의 스톱비트까지 출력되고 난 것을 확인후 개폐 신호를 단락상태로 출력시키면 된다.(그림상에서 데이터 "B"의 스톱비트가 출력된후 RS422 개폐신호가 단락상태(Logic "0")로 전환되는 것을 보면 알수가 있다.)

위그림에서 알수있드시 RS422 개폐신호가 접속상태일 때 슬레이브측의 RS422칩의 출력단인 TXD+와 TXD-출력단에 신호가 출력되어(데이터 "A", "B") 마스터

측의 UART RXD입력단에 신호가 입력됨을 알수가 있고(데이터 "A", "B") RS422 개폐신호가 단락 상태일 때 슬레이브측의 TXD+와 TXD-출력단이 플로팅(Hi-Z)

​상태가 되어 신호가 출력 되지 않아(데이더 "C") 마스터측의 UART RXD입력단에 아무신호가 입력되지 않음을 알수가 있다

TXD+와 TXD-신호는 공동 TXD라인에 접속시 서로 반대의 상태를 갖고 출력되고 단락시 동시에 플로팅 상태임을 그림을 통해 알 수 있다.

 

일반적으로 RS422 개폐신호는 RTS나 DTR신호중 하나를 사용한다.

 

사실 TXD신호선을 S/W에 의해서 접속 또는 단락하는 것 자체에 별문제는 없으나 프로그래머 입장에서는 까다롭고 귀찮은 일임에 틀림없다.

​이러한 불편함을 해소하기 위해서 나온 방법이 TXD신호선에서 데이터가 나올때만 H/W가 이를 감지하여 자동으로 접속 또는 단락 동작을 자동으로 하는 것이다. 이 방법은 프로그래머에게 편리함과 다른 S/W와의 호환성유지(Multi-Drop용의 S/W가 아닌 경우)에 유용하다라고는 하겠으나 전세계적으로 그러한 기능을 제공하는 칩 및 제품은 없다.

수질측정장비나 기타 측정기기의 경우 RS232등의 통신 포트를 이용해 PLC나 모니터링 설비등과 정보를 교환할 수 있다.

여기서는 수질측정설비에서 기본적으로 이용하는 RS232통신에 관련된 내용을 참고자료를 이용해서 간략하게 정리해 본다.

 

 

일반적으로 정보를 외부와 교환하는 방법으로는 병렬통신과 직렬통신 2가지로 나눌 수 있는데, 일반적으로 컴퓨터내의 장치와 정보교환을 할 때는 통상적으로

고속의 통신속도를 필요로하여 한꺼번에 많은 정보를 처리할 수 있는 병렬통신 방식을 주로 쓴다.

이는 대량의 정보를 빠른시간에 한꺼번에 처리함으로써 컴퓨터의 성능을 향상 시킬 수가 있기 때문인데 이러한 방법의 대표적인 것이 마이크로프로세서 자체의

정보처리량을 증가시키는 것이며 이것은 데이터 비트수(16,32,64 비트)로써 나타난다.

그외 HDD, VIDEO 카드등이 대표적인 병렬통신 방식을 사용하는 장치라 할 수 있는데, 모든 경우에 병렬통신 방식을 사용할 수는 없다.

그이유는 통신거리의 제한성, 구현상의 기술적인 어려움과 비용이 너무 비싸다는데있다. 

또한 어플리케이션 자체가 고속의 통신속도를 필요로 하지않을 경우도 많다.  

 

 

이러한 이유로 컴퓨터가 외부와의 통신을 할 때나 다른 측정기기들은 직렬통신 방식을 많이 사용한다.

직렬통신 방식이란 데이터비트를 1개의 비트단위로 외부로 송수신하는 방식으로써 구현하기가 쉽고, 멀리갈 수가 있고, 기존의 통신선로(전화선등)를 쉽게 활용

할 수가 있어 비용의 절감이 크다는 장점이 있다.

직렬통신의 대표적인 것으로 모뎀, LAN, RS232 등이 있다. 하지만 크게 직렬통신을 구분하면 비동기식 방식과 동기식 방식 2가지로 나누어진다.

많은 사람들이 비동기식 통신방식을 RS232로 알고있는데 실질적으로 RS232라는 것은 비동기식 통신콘트롤러에서 나오는 디지털신호를 외부와 인터페이스

시키는 전기적인 신호 방식의 하나일 뿐이다.

일반적으로 RS232를 비동기식 통신방식으로 인식하고 있는 것도 큰무리는 없다. 

비동기식 통신콘트롤러를 일반적으로 UART(Universal Asynchronous Receiver/ TransmItter)라 부른다. UART에서 나오는 신호는 보통 TTL신호레벨을 갖기

때문에 노이즈에 약하고 통신거리에 제약이 있다. 이러한 TTL신호를 입력받아 노이즈에 강하고 멀리갈 수 있게 해주는 인터페이스 IC를 LINE DRIVER/RECEIVER

​라 부르며 이중 대표적인 것이 RS232, RS422 및 RS485가 있다.

 

이들 인터페이스 방식의 특성은 아래 표에 나타나 있다.

 

Specification	RS232C	RS423	RS422	RS485
동작 모드	Single-Ended	Single-Ended	Differential	Differential
최대 Driver/Receiver 수	1 Driver 1 Receiver	1 Driver 10 Receivers	1 Driver 10 Receivers	32 Drivers 32 Receivers
최대 통달거리	약 15 m	약 1.2 km	약 1.2 km	약 1.2 km
최고 통신속도	20 Kb/s	100 Kb/s	10 Mb/s	10 Mb/s
지원 전송방식	Full Duplex	Full Duplex	Full Duplex	Half Duplex
최대 출력전압	±25V	±6V	-0.25V to +6V	-7V to +12V
최대 입력전압	±15V	±12V	-7V to +7V	-7V to +12V

 

위의 표에서 알 수 있듯이 RS-232과 RS-423(Single-Ended 통신방식) 통신방식은 RS422와 RS485에 비해서 통신속도가 늦고 통신거리가 짧은 단점이 있으나

동작모드에서 알 수 있듯이 하나의 신호전송에 하나의 전송선로가 필요하기 때문에 비용절감의 장점이 있다.(RS422인 경우 하나의 신호 전송에 2개의 전송선로가 필요함) 위의 인터페이스 방식중 RS232, RS422 및 RS485에 대해서 각자 설명하겠다. 현재의 RS422 또는 RS485칩의 경우 위의 표에 나와있는 Driver와 Receiver의 수보다도 훨씬 많이 지원하고 있으며 RS485인 경우 최대 256의 노드를 갖는 칩도 있다.