CN110855316B - 一种rs485自动收发隔离电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种RS485自动收发隔离电路，包括隔离供电电源电路为内部通讯电路提供隔离的电源，实现内外部收发器电源与地的完全隔离；RS485通讯隔离电路实现内外部RS485总线数据转换和隔离；RS485数据流向控制电路实现无CPU控制时，通讯链路数据流向的自动转换；RS485接口雷电防护电路用于抑制瞬态差共模高电压，对RS485通讯协议芯片U2、U3进行有效防护。本发明简化了RS485通讯隔离电路中数据流向CPU控制需求，借助高速NPN型三极管可实现通讯数据的零延时隔离；借助RS485通讯芯片和磁耦隔离芯片，为多节点RS485从机产品内部与外部主机之间提供一个安全接口，电路简单，成本较低。

Description

一种RS485自动收发隔离电路
技术领域
本发明涉及长距离多节点通讯，属于通讯技术领域，适用于产品内部多RS485节点从机与外部RS485主机之前的自动隔离安全通讯。
背景技术
RS485总线接口采用平衡驱动器和差分接收器，抗共模干扰能力强，噪声抑制特性好，在较长传输距离下实现高速率传输，在一些环境比较复杂的工业场合得到广泛应用，同时支持多节点通讯，非常适合多节点从机与主机通讯的应用场合。
由于多节点RS485从机产品内部与外部主机之间的电气链路存在静电释放(ESD)、电快速瞬变脉冲群(EFT)或浪涌等干扰，因此需要在多节点RS485从机产品内部设置通讯数据转换隔离电路，可防止系统两个部分之间的直流电(DC)和异常的交流电(AC)对内部多节点硬件电路造成损坏。
目前，受限于RS485通讯芯片需要对收发方向进行使能端控制，因此多节点RS485从机产品内部与外部主机之间的电气链路仅设置瞬态电压抑制(TVS)二极管或防脉冲电阻进行防护，而未实现电气隔离，因此无法有效对系统硬件进行保护。
发明内容
本发明的目的在于，为解决多节点RS485从机产品内部与外部主机之间的电气隔离，提供一种不增加CPU控制芯片借助主机UART_TXD信号实现内外部RS485通讯自动收发隔离。
本发明技术方案:一种RS485自动收发隔离电路，用于多节点从机与主机通讯，该装置包括隔离供电电源电路、RS485通讯隔离电路、RS485数据流向控制电路、RS485接口雷电防护电路；
隔离供电电源电路中，隔离电源模块H1的输入正端和输入负端之间分别并联电容C1、C2，隔离电源模块H1的输出正端和输出负端之间分别并联电容C3、C4，且H1的输入正端和内部+5V供电连接，H1的输入负端和内部地连接；H1的输出正端和外部+5V供电连接，H1的输出负端和外部地端连接，隔离供电电源电路为内部通讯电路提供隔离的电源，实现内外部收发器电源与地的完全隔离；
RS485通讯隔离电路由RS485总线数据转换电路和隔离电路组成，其中RS485总线数据转换电路包括RS485通讯协议芯片U2、U3，电阻R1、R5和电容C7、C8；隔离电路包括磁耦隔离芯片U1和电容C5、C6；隔离供电电源电路的输入正端通过R5连接至U2的正向收发A端，R1和C8串联，R1和C8的公共端接内部地端，C8的另一端连接至U2的供电端，U2的供电端接内部+5V供电；隔离供电电源电路的输出正端连接至C7的一端，且隔离供电电源电路的输出正端与U3的供电端连接，C7的另一端接外部地，U3的接地端接外部地；隔离供电电源电路的输出正端连接至C5的一端，且隔离供电电源电路的输出正端连接至U1的内部供电端，C5的另一端接内部地端，U1的内部地端接内部地，U1的输出A端和输入B端分别连接至U2的数据接收端和数据发送端，隔离供电电源电路的输出正端连接至C6的一端，且隔离供电电源电路的输出正端连接至U1的外部供电端，C6的另一端接外部地，U1的外部地端接外部地，U1的输入A端和输出B端分别连接至U3的数据发送端和数据接收端，RS485通讯隔离电路实现内外部RS485总线数据转换和隔离；
RS485数据流向控制电路包括高速光耦D3、高速PNP型三极管V1和电阻R2、R3、R4、R6，R4的一端连接至D3的输出负端，且R4与D3的公共端与U2的接收输出驱动使能端和输出驱动使能端连接，R4的另一端接内部地，D3的输出正端连接至隔离供电电源电路的输入正端，D3的输入负端通过R2与U3的接收输出驱动使能端和输出驱动使能端连接，D3的输入正端连接至隔离供电电源电路的输出正端；V1的发射极经R6接外部地，且V1和R6的公共端连接至R2和U3的公共端，V1的集电极连接至隔离供电电源电路的输出正端，V1的基极通过R3连接至通讯链路中UART的TXD信号端，RS485数据流向控制电路实现无CPU控制时，通讯链路数据流向的自动转换；
RS485接口雷电防护电路，包括双向快速恢复抑制二极管D1、D2、D4，D1、D2、D4串联，D1、D2的公共端和D2、D4的公共端分别连接至RS485自动收发隔离电路U3的反向收发B端和正向收发A端，D1和D4的另一端分别接外部地，RS485接口雷电防护电路用于抑制瞬态差共模高电压，对RS485通讯协议芯片U2、U3进行有效防护。
发明的有益效果：本发明简化了RS485通讯隔离电路中数据流向CPU控制需求，借助高速NPN型三极管可实现通讯数据的零延时隔离；并且，本发明借助RS485通讯芯片和磁耦隔离芯片，为多节点RS485从机产品内部与外部主机之间提供一个安全接口，电路简单，成本较低。
附图说明
图1是本发明的RS485自动收发隔离电路原理图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。
参看图1中隔离供电电源电路
该隔离供电电源电路，将输入正端和输出正端进行隔离，通过电容C1-C4滤波稳压后给自动通讯转换隔离电路内外部节点提供隔隔离的电源与地。
参看图1中RS485数据流向控制电路
该电路包括高速NPN三极管和高速隔离光耦器件，用于为内部RS485通讯协议芯片U2、外部RS485通讯协议芯片U3的收发提供自动控制信号。当RS485主机无数据下发时，UART_TXD为高，RS485数据流向控制电路为内部RS485通讯协议芯片U2收发控制提供低电平，为外部RS485通讯协议芯片U3收发控制提供高电平；当RS485主机数据下发时，UART_TXD为高时，为内外部RS485芯片提供的电平与前述一致，UART_TXD为低时，为内外部RS485芯片提供的电平与前述相反。
参看图1中RS485通讯隔离电路，包括2个RS485芯片和一个磁耦隔离电路。
主机接收状态时：依据RS485数据流向控制电路的信号输入，内部RS485协议芯片处于接收状态，外部RS485协议芯片处于发送状态，实现内部从机数据向外部数据发送的路径通道。
主机发送状态时：依据UART数据位发送格式，发送数据的起始位为低电平，即UART_TXD为低电平，此时外部RS485协议芯片U3处于接收状态，内部RS485协议芯片U2处于发送状态，据此可以启动数据从主机发往从机的路径通道。
当主机发送的UART_TXD数据位为高电平时，受RS485数据流向控制电路的信号作用，内部RS485协议芯片U2处于接收状态，此时RS485自动收发隔离电路的正向收发A端和反向收发B端处于高阻态，同时正向收发A端配置上拉电阻R5，反向收发B端配置下拉电阻R1，可以在正向收发A端和反向收发B端上产生符合高电平的差分电平信号，将数据以高电平进行通讯传输。
参看图1中RS485接口雷电防护电路，包括3个双向快速恢复抑制二极管，当外部出现瞬态高电压时，能将U3的反向收发B端和正向收发A端的电压钳位为12.1V，保护交联器件不受损坏。

Claims (2)

1.一种RS485自动收发隔离电路，用于多节点从机与主机通讯，包括隔离供电电源电路、RS485通讯隔离电路、RS485数据流向控制电路和RS485接口雷电防护电路；
其中，隔离供电电源电路为内部通讯电路提供隔离的电源，实现内外部收发器电源与地的完全隔离，隔离供电电源电路中，隔离电源模块H1的输入正端和输入负端之间分别并联电容C1、C2，隔离电源模块H1的输出正端和输出负端之间分别并联电容C3、C4，且H1的输入正端和内部+5V供电连接，H1的输入负端和内部地连接；H1的输出正端和外部+5V供电连接，H1的输出负端和外部地端连接；
RS485通讯隔离电路实现内外部RS485总线数据转换和隔离，RS485通讯隔离电路由RS485总线数据转换电路和隔离电路组成，所述RS485总线数据转换电路包括RS485通讯协议芯片U2、U3，电阻R1、R5和电容C7、C8；隔离供电电源电路的输入正端通过R5连接至U2的正向收发A端，R1一端与U2的反向 收发B端相连，R1另一端和C8串联，R1和C8的公共端接内部地端，C8的另一端连接至U2的供电端，U2的供电端接内部+5V供电；隔离供电电源电路的输出正端连接至C7的一端，且隔离供电电源电路的输出正端与U3的供电端连接，C7的另一端接外部地，U3的接地端接外部地；所述隔离电路包括磁耦隔离芯片U1和电容C5、C6；隔离供电电源电路的输出正端连接至C5的一端，且隔离供电电源电路的输出正端连接至U1的内部供电端，C5的另一端接内部地端，U1的内部地端接内部地，U1的输出A端和输入B端分别连接至U2的数据接收端和数据发送端，隔离供电电源电路的输出正端连接至C6的一端，且隔离供电电源电路的输出正端连接至U1的外部供电端，C6的另一端接外部地，U1的外部地端接外部地，U1的输入A端和输出B端分别连接至U3的数据发送端和数据接收端；
RS485数据流向控制电路实现无CPU控制时，通讯链路数据流向的自动转换,RS485数据流向控制电路包括高速光耦D3、三极管V1和电阻R2、R3、R4、R6，R4的一端连接至D3的输出负端，且R4与D3的公共端与U2的接收器使能端和驱动器使能端连接，R4的另一端接内部地，D3的输出正端连接至隔离供电电源电路的输入正端，D3的输入负端通过R2与U3的接收器使能端和驱动器使能端 连接，D3的输入正端连接至隔离供电电源电路的输出正端；V1的发射极经R6接外部地，且V1和R6的公共端连接至R2和U3的公共端，V1的集电极连接至隔离供电电源电路的输出正端，V1的基极通过R3连接至通讯链路中UART的TXD信号端；
RS485接口雷电防护电路用于抑制瞬态差共模高电压，对RS485通讯协议芯片U2、U3进行有效防护,RS485接口雷电防护电路，包括双向快速恢复抑制二极管D1、D2、D4，D1、D2、D4串联，D1、D2的公共端和D2、D4的公共端分别连接至RS485自动收发隔离电路中芯片U3的反向收发B端和正向收发A端，D1和D4的另一端分别接外部地。
2.如权利要求1所述的一种RS485自动收发隔离电路，其特征在于，所述三极管V1为高速PNP型三极管。
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