Dieser HAT gibt einem Raspberry Pi eine RS485- und RS422-Schnittstelle, wie man sie in einer Anlage braucht: galvanisch getrennt. Das ist der Unterschied zu den einfachen Aufsteckplatinen, die es zuhauf gibt — die verbinden den Bus direkt mit der Masse des Rechners, und weil eine RS485-Linie über Gebäude und Erdungspunkte hinweg läuft, ist das die häufigste Ursache für zerstörte oder sporadisch ausfallende Geräte. Dazu kommen Vollduplexbetrieb, umschaltbare Vorspann- und Abschlusswiderstände, eine wählbare serielle Schnittstelle bei Pi 4 und Pi 5 sowie Leuchtdioden für Senden und Empfangen. Eingestellt wird alles über DIP-Schalter statt über Lötbrücken.

• galvanisch getrenntBus und Rechner
• RS485 und RS422Halb- und Vollduplex
• DIPAbschluss und Vorspannung schaltbar
• Pi 4 und Pi 5UART über Steckbrücke wählbar

Was diesen HAT auszeichnet

• Die Trennung ist der Grund, warum es ihn gibt: Ohne sie fliesst der Potenzialausgleich zwischen zwei Gebäudeteilen über die Datenleitung und durch den Raspberry Pi. Mit ihr bleibt ein Fehler auf dem Bus.
• Wählbare serielle Schnittstelle: Bei Pi 4 und Pi 5 legt eine Steckbrücke fest, welcher UART genutzt wird. Damit bleibt die primäre Schnittstelle für die Konsole frei — eine Kleinigkeit, die viel Konfigurationsarbeit erspart.
• Vollduplex mit an Bord: RS422 über zwei Adernpaare ist eingebaut und nicht wegkonfiguriert. Wer eine Punkt-zu-Punkt-Strecke schnell und ohne Umschaltlogik braucht, nimmt sie.
• Alles über Schalter, nichts über Lötbrücken: Abschlusswiderstand, Vorspannung nach oben und unten, Umschaltverhalten — alles im eingebauten Zustand änderbar.
• Umschaltung wahlweise automatisch oder gesteuert: Die Automatik spart einen Anschluss, die GPIO-Steuerung gibt volle Kontrolle über das Zeitverhalten. Beides ist vorgesehen.
• Zwei Leuchtdioden, die beim Suchen helfen: Senden und Empfangen getrennt angezeigt. Beim Einrichten einer Modbus-Strecke ist das die schnellste Diagnose, die es gibt.
• Abziehbare Klemmleiste: Verdrahten ausserhalb, aufstecken im Schrank, und beim Tausch muss nichts abgeklemmt werden.
• Gestapelte Stiftleiste: Die GPIO-Leiste wird nach oben durchgereicht — eine weitere Platine kann darauf.

Warum galvanische Trennung hier keine Ausstattung, sondern die Konstruktion ist

Eine RS485-Linie ist oft lang. Sie verbindet Geräte in verschiedenen Gebäudeteilen, auf verschiedenen Etagen, manchmal in verschiedenen Häusern — und jedes davon hängt an einer eigenen Erdung. Zwischen diesen Erdpunkten liegt eine Spannungsdifferenz: meist ein paar Volt, bei einem Fehler in der Anlage oder einem Blitzeinschlag in der Nähe erheblich mehr. Ohne Trennung fliesst dieser Ausgleichsstrom über die Datenleitung und damit durch den Transceiver — und von dort in den Rechner.

Genau das ist der Grund, warum die meisten günstigen RS485-Platinen für den Hausgebrauch taugen und für eine Anlage nicht. Sie verbinden den Bus direkt mit der Masse des Mikrocontrollers. Diese Platine trennt beide Seiten galvanisch: Die Signale gehen über Optokoppler oder Übertrager, die Speisung der Busseite über einen eigenen Wandler. Ein Fehler auf dem Bus bleibt auf dem Bus.

Dazu kommt ein erweiterter Schutz gegen elektrostatische Entladung an den Busanschlüssen — der Fall, der beim Anschliessen im laufenden Betrieb eintritt, nicht im Fehlerfall. Diese Einordnung dient der Auswahl und ersetzt keine Anlagenplanung; welche Trennung und welcher Überspannungsschutz an einem konkreten Ort nötig sind, entscheidet die Installation und nicht das Datenblatt.

RS485 und RS422 — der Unterschied in einem Satz

RS485 arbeitet im Halbduplex über ein Adernpaar: Alle Teilnehmer teilen sich dieselbe Leitung, einer sendet, die anderen hören zu. Das ist der Normalfall in der Gebäude- und Industrieautomation, weil es mit zwei Adern auskommt und viele Teilnehmer erlaubt. RS422 arbeitet im Vollduplex über zwei Adernpaare: Senden und Empfangen laufen gleichzeitig auf getrennten Leitungen. Das ist schneller und einfacher zu handhaben, kostet aber zwei Adern mehr und kennt nur einen Sender. Diese Platine beherrscht beides; umgeschaltet wird über die DIP-Schalter.

Drei weitere Einstellungen entscheiden darüber, ob eine Linie sauber läuft: Der Abschlusswiderstand gehört an beide Enden der Leitung und sonst nirgendwohin — sitzt er in der Mitte, dämpft er das Signal, fehlt er am Ende, gibt es Reflexionen. Die Vorspannwiderstände nach oben und unten halten den Bus in einem definierten Zustand, solange niemand sendet; ohne sie kann eine Leitung im Leerlauf Zeichen erfinden. Und die Sende-Empfangs-Umschaltung im Halbduplexbetrieb läuft entweder automatisch oder über einen Steuerausgang. Alle drei sind hier über Schalter einstellbar, nicht über Lötbrücken.

Wo RS485 tatsächlich gesprochen wird

• Modbus RTU: Die verbreitetste Anwendung — Wechselrichter, Zähler, Frequenzumrichter, Klimageräte, Wärmepumpen. Die Physik ist RS485, das Protokoll darüber Modbus.
• Gebäudeleittechnik: BACnet MS/TP läuft über dieselbe Leitung; der Hersteller stellt dazu eine Anwendungsbeschreibung bereit.
• Lichtsteuerung: DMX512 in Bühnen- und Architekturbeleuchtung.
• Maritime Technik: NMEA 0183 in Navigation und Bordelektronik.
• Videoüberwachung: Pelco D und ähnliche Protokolle zur Steuerung von Schwenk-Neige-Köpfen.
• Zutrittskontrolle: Leser und Türcontroller über weite Strecken.
• Photovoltaik: Wechselrichter und Energiezähler auslesen, oft über hunderte Meter.
• Industrielle Sensorik: Messumformer, Waagen und Anzeigen mit serieller Schnittstelle.

Technische Daten

Einrichten und in Betrieb nehmen

Der HAT wird auf die 40-polige Stiftleiste des Raspberry Pi gesteckt. Bei Pi 4 und Pi 5 lässt sich über eine Steckbrücke wählen, welche serielle Schnittstelle verwendet wird — das ist nützlich, weil die primäre Schnittstelle des Pi standardmässig für die Konsole belegt ist und man sie erst freigeben müsste. Die Einstellungen für Vorspannung, Abschluss und Umschaltverhalten sitzen auf DIP-Schaltern und lassen sich im eingebauten Zustand ändern.

Bei der Verkabelung entscheidet die Topologie: Eine RS485-Linie ist eine Linie, kein Stern. Stichleitungen bleiben kurz, der Abschlusswiderstand sitzt an den beiden Enden, und die Masse des Busses wird mitgeführt — die zweiadrige Verdrahtung ohne Bezugspotenzial funktioniert erstaunlich oft und fällt dann bei der ersten Störung aus. Für die Leitung selbst gehört ein verdrilltes, geschirmtes Paar mit passendem Wellenwiderstand verwendet.

Die beiden Leuchtdioden für Senden und Empfangen sind beim Einrichten mehr wert als jedes Messgerät: Blinkt nur die Sendeanzeige, kommt keine Antwort — dann stimmen Adresse, Baudrate oder Verdrahtung nicht. Blinken beide, läuft die Strecke. Diese Einordnung stammt aus der Anwendungspraxis und ist als Auslegungshilfe zu verstehen, nicht als Zusage des Herstellers.

Die RS485-Platinen von Zihatec im Vergleich

Passendes Zubehör

• Das Gehäuse dazu: Das RasPiBox Open V3 hat einen eigenen Steckplatz für einen HAT — damit passen Pi und diese Platine gemeinsam auf die Hutschiene.
• Der Rechner: Ein Raspberry Pi gehört nicht zum Lieferumfang.
• Hutschienengehäuse: Zihatec baut die passenden Gehäuse gleich mit — damit sitzt der ganze Aufbau auf der Normschiene statt lose im Schrank.
• Für Zähler statt Feldbus: Wo es nicht um Modbus, sondern um Wärme-, Wasser- oder Gaszähler geht, ist M-Bus das richtige Protokoll. Auch dafür gibt es Platinen derselben Reihe.

Unterstützung bei der Auslegung

Die Projektseite des Herstellers mit Anwendungsbeschreibungen zu Modbus RTU und BACnet MS/TP findest Du im Reiter „Dokumente». Sag uns, welche Geräte an der Linie hängen sollen, wie lang sie wird und welches Protokoll darüber läuft — daraus ergibt sich, ob Halbduplex genügt und wo die Abschlusswiderstände sitzen. Für Auslegung und Inbetriebnahme erstellen wir Dir gern ein Angebot.