一種有源光電隔離RS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

葉 鑫，李文魁，高敬東，鐘 斌

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一種有源光電隔離RS232/RS485轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

葉 鑫，李文魁，高敬東，鐘 斌

（海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢430033）

為了提高轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種抗干擾能力較強(qiáng)的有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換電路。介紹了轉(zhuǎn)換器的各電路原理圖。測(cè)試表明，該轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

RS232 RS485 有源 光電隔離 轉(zhuǎn)換器

0 引言

現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，而由PC機(jī)與單片機(jī)組成的分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛。它既利用了單片機(jī)價(jià)格低、抗干擾能力強(qiáng)、面向控制等優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建適于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用方便的下位機(jī)，又結(jié)合了上位PC機(jī)豐富的軟、硬件資源，可提供檢測(cè)功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好的監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。該種控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)和保障。

RS232接口是PC機(jī)的通用串行接口，廣泛用于計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)間的數(shù)據(jù)通信[1]。但存在通信距離短、傳輸數(shù)據(jù)慢、接口處的信號(hào)易產(chǎn)生串?dāng)_的缺點(diǎn)。RS-485接口采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實(shí)現(xiàn)通信，具有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，支持多點(diǎn)互聯(lián)，因此成為工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x。

典型分布式控制系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)如圖1所示。RS232/RS485轉(zhuǎn)換器作為主控計(jì)算機(jī)和下位機(jī)通信接口，直接決定整個(gè)通信系統(tǒng)的工作狀況，起著至關(guān)重要的作用[2]。

圖1 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖

1 電路設(shè)計(jì)

由于轉(zhuǎn)換器工作環(huán)境一般都十分復(fù)雜，存在許多不可預(yù)測(cè)的干擾，抗干擾問題十分突出。本文考慮現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計(jì)一種抗干擾能力較強(qiáng)的有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)收發(fā)?？垢蓴_設(shè)計(jì)方面，采用“接收/驅(qū)動(dòng)——隔離——接收/驅(qū)動(dòng)”工作模式；RS485接收/驅(qū)動(dòng)芯片上加入DC/DC隔離用于減少下位機(jī)的上行干擾；兩個(gè)端口加入具有防浪涌電壓功能的保護(hù)電路，提高電磁兼容性。此外，由于RS485和RS232分別為半雙工和全雙工方式，因此采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123實(shí)現(xiàn)RS485數(shù)據(jù)收發(fā)的切換控制[3,4]。

1.1 電源隔離電路

如圖2所示，采用TME0505S芯片實(shí)現(xiàn)RS232電路電源與RS485電路電源的隔離，分開供電提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量，同時(shí)避免了兩個(gè)電路之間的相互干擾。

1.2 RS232接口電路

RS232電路原理圖如圖3所示，芯片選用MAXIM公司的MAX202E，它具有2路接收/驅(qū)動(dòng)功能，±15KVESD保護(hù)等特點(diǎn)[5]。芯片對(duì)外輸入輸出端使用瞬態(tài)抑制二極管防止從PC端串入電路板的浪涌電壓，保護(hù)該電路。

1.3 RS485接口電路

如圖4所示為RS485接口電路，MAX483實(shí)現(xiàn)RS485電平與TTL電平轉(zhuǎn)換。輸入使能RE為低電平時(shí)，控制RS485數(shù)據(jù)輸出有效，輸出使能DE為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)輸入有效。本電路采用半雙工通信，要求接收和發(fā)送不同時(shí)有效，因而將RE和DE相連，通過PC或單片機(jī)輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)RS485接收和發(fā)送狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。同RS232接口電路，二極管起保護(hù)作用。

圖2 電源隔離電路

圖4 RS485接口電路

圖5 RS232/RS485隔離轉(zhuǎn)換電路

1.4 RS232/RS485隔離轉(zhuǎn)換電路

如圖5所示，該電路使用兩片HCPL631光耦對(duì)RS232/485信號(hào)進(jìn)行隔離，保證兩部分電路互不干擾。同時(shí)，使用74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)MAX483的自動(dòng)收發(fā)控制。74HC123的A腳檢測(cè)RS232輸出信號(hào)的起始位（下降沿觸發(fā)）。起始位到來時(shí)，74HC123輸出高電平脈沖，經(jīng)光耦隔離，控制MAX483的RE/DE腳為低，此時(shí)RS485為發(fā)狀態(tài)；當(dāng)輸出數(shù)據(jù)為停止位時(shí)，控制RE/DE腳為高，則RS485為收狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)RS232與RS485間的數(shù)據(jù)自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文完成了有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。跟多數(shù)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器相比，該轉(zhuǎn)換器有以下優(yōu)點(diǎn)：電路選取的元器件性價(jià)比很高；采用成熟的具有強(qiáng)大的防浪涌功能的端口保護(hù)方案，提高了其電磁兼容性能；加入DC/DC隔離用于減少下位機(jī)的上行干擾；數(shù)據(jù)的隔離，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；考慮到RS232與RS485工作方式不同，設(shè)計(jì)了自動(dòng)收發(fā)控制電路。通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境測(cè)試，該電路成功實(shí)現(xiàn)了RS485與RS232之間的通信，具有很強(qiáng)的抗干擾能力及較高的實(shí)用性。

[1] 李朝青. PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2000.

[2] 邵奎. 基于RS_485的分布式多總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 南京理工大學(xué)碩士論文.

[3] 華成英, 童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[4] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[5] Maxim Integrated Products. +5V RS232 Transceivers, 2003.

Design of an Active Photoelectric Isolating RS232/RS485 Converter

Ye Xin, Li Wenkui, Gao Jingdong, Zhong Bin

(college of electrical engineering, Navy University of Engineer, Wuhan, 430033, China)

TP211.6

A

1003-4862（2015）02-0046-03

2014-06-20

葉鑫（1990-），男，研究生。研究方向：導(dǎo)航工程。