CN205038637U - 基于微处理器的rs232与rs485/422接口转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，包括RS232接口单元、RS485/422双接口单元、逻辑控制单元、微处理器和供电单元，所述RS232接口单元通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接，在微处理器上设有用于侦测RS232接口单元输出电平信号协议帧的检测端口和用于控制RS485传输方向的控制端口，所述微处理器分别与RS232接口单元和逻辑控制单元连接，并根据配置参数通过其控制端口及逻辑控制单元切换RS232转RS485或RS422的工作模式，基于微处理器转换工作模式和控制信号传输方向，提高了工作效率。

Description

基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器

技术领域

本实用新型涉及一种通讯接口转换器，尤其是RS232与RS485/422接口转换器。

背景技术

随着生产的发展和科学技术的进步，出现了许多大规模系统，例如电力系统、城市交通网、数字通信网、柔性制造系统、生态系统、水资源系统、社会经济系统等。这类系统的特点是规模庞大，结构复杂、地理位置分散，造成系统内部各部分之间通信困难。RS232、RS485或RS422提供众所周知和规定明确的硬件规范，能够为系统提供通信或数据传送功能。

RS232与RS485/422接口转换器可以完成RS232与RS485接口信号或RS232与RS422接口信号的双向通讯。现有技术中，RS232与RS422接口工作模式和RS232与RS485接口工作模式的切换通常是用机械开关操作的，机械开关不仅操作繁琐（常常要开盖操作）、易生锈变质，而且不宜批量管理，急需加以改进。

发明内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种用微处理器控制工作模式转换的RS232与RS485/422接口转换器，简化转换工作模式的方式，提高智能化水平和工作效率。

本实用新型是采用以下技术方案及技术措施来实现的。

一种基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，包括RS232接口单元、RS485/422双接口单元、逻辑控制单元、微处理器和供电单元，所述RS232接口单元通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接，在RS232接口单元和RS485/422双接口单元中分别设有用于将接口信号转换成TTL电平信号的第一电平转换电路和第二电平转换电路，在微处理器上设有用于侦测RS232接口单元输出电平信号协议帧的检测端口和用于控制RS485传输方向的控制端口，所述微处理器分别与RS232接口单元和逻辑控制单元连接，并根据配置参数通过其控制端口及逻辑控制单元切换RS232转RS485或RS422的工作模式。

较佳的，所述微处理器外接工作模式配置端口和固件升级端口。

较佳的，所述供电单元包括连接7.5V～36V直流电源的极性变换电路、连接极性变换电路的过压保护电路、将过压保护电路输出的7.5V～36V直流电压转换为5V直流电压的BUCK电路，以及将5V直流电压隔离为两部分的第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源分别连接RS232接口单元、微处理器和逻辑控制单元，第二隔离电源连接RS485/422双接口单元。

较佳的，所述供电单元外设有DC005适配器接口和接线端子，分别接入供电单元。

较佳的，所述RS232接口单元设有第一保护电路，RS232端口经第一保护电路与其内部的第一电平转换电路连接，第一电平转换电路将RS232标准信号转换为TTL电平信号，并通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接进行信号传输。

较佳的，所述RS485/422双接口单元设有第二保护电路，RS485/422双接口单元的复用端口经第二保护电路与其内部的第二电平转换电路连接，第二电平转换电路将RS485或RS422标准信号转换为TTL电平信号，并通过逻辑控制单元与RS232接口单元连接进行信号传输。

较佳的，所述RS485/422双接口单元的第二电平转换电路通过磁耦合隔离电路分别与逻辑控制单元和微处理器连接。

较佳的，所述RS485/422双接口单元的复用端口包括四个信号接线端，分别为A.T+、A.T-、R+、R-，当作为RS485接口时，A.T+、A.T-分别是RS485的正差分信号和负差分信号的收发端，当作为RS422接口时，A.T+、A.T-、R+、R-分别是RS422的正发送信号、负发送信号、正接收信号、负接收信号的收发端。

与现有技术相比，本实用新型至少具有下列优点及有益效果：

1、在微处理器上设有用于侦测RS232接口单元输出电平信号协议帧的检测端口和用于控制RS485传输方向的控制端口，RS232端口输入的工作模式配置参数信号经RS232接口传送到微处理器，微处理器根据配置参数通过其控制端口及逻辑控制单元切换RS232转RS485或RS422的工作模式，解决了现有技术中使用机械开关转换工作模式的麻烦，简化了转换工作模式的方式，实现了智能化的数据传输，工作模式的配置参数保存在微处理器中，掉电不丢失，便于批量化管理，提高了工作效率；

2、微处理器用于控制信号的传输方向，在RS232转RS485的信号传输中，微处理器分析RS232接口单元输出电平信号的协议帧，并侦测协议帧的结束位，从而控制RS485接口信号的传输方向，增强了转换器的智能化程度；

3、微处理器外接工作模式配置端口和固件升级端口，通过改变工作模式配置端口或固件升级端口电平的高低，控制微处理器进行工作模式配置或固件升级，操作方便；

4、采用双电源隔离模式，供电单元内置第一隔离电源和第二隔离电源，一路为RS232接口单元、微处理器和逻辑控制单元供电，一路为RS485/422双接口单元供电。同时，磁耦合隔离电路隔离了RS232接口单元与RS485/422双接口单元之间的电气隔离，这样既保证了通信的可靠性，又增强了现场适应能力，提高了信号传输和接口性能的安全性；

5、供电单元内置极性变换电路，外设DC005适配器接口和接线端子，使用时只需要连接一个端口为转换器通电即可，且电源输入无极性要求，方便现场使用。RS48/422复用端口简化了通讯端口，设计巧妙，实用性较强。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器包括RS232接口单元、RS485/422双接口单元、微处理器、逻辑控制单元以及供电单元。RS232接口单元通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接,在RS232接口单元和RS485/422双接口单元中分别设有用于将接口信号转换成TTL电平信号的第一电平转换电路和第二电平转换电路，在微处理器上设有用于侦测RS232接口单元输出电平信号协议帧的检测端口和用于控制RS485传输方向的控制端口，所述微处理器分别与RS232接口单元和逻辑控制单元连接，并根据配置参数通过其控制端口及逻辑控制单元切换RS232转RS485或RS422的工作模式，RS232接口单元连接微处理器的检测端口，微处理器的控制端口和逻辑控制单元通过磁耦合隔离电路与RS485/422双接口单元连接。

在不同的实施例中，接口转换器可外设多个不同用途的端口。比如，RS232接口单元外设RS232端口，RS485/422双接口单元外设RS485/422复用端口，微处理器外设工作模式配置端口、固件升级端口和接地端口，供电单元配置有DC005适配器接口和接线端子。

传统的接口转换器切换工作模式一般使用机械开关操作。为了弥补机械开关操作繁琐（常常要开盖操作）、易生锈变质、不宜批量管理等缺点。本实用新型采用微处理器完成工作模式的配置和信号传输方向的智能化控制等功能，微处理器是接口转换器的核心，采用高性能32位Cortex内核微处理器，内置的EEPROM用于存储系统工作参数及一些系统信息，配置参数保存在EEPROM中，掉电不丢失，它不但能保证接口转换器的高性能实时处理，方便了批量化管理，而且能提高接口转换器的智能化程度，简化了现场使用的操作复杂度，提高了工作效率。

本实用新型的工作模式包括RS232与RS422接口双向通讯工作模式、RS232与RS485接口双向通讯工作模式。其中，RS232与RS485接口双向通讯工作模式包括RS232与RS485接口RTS方向控制工作模式、RS232与RS485接口自适应方向控制工作模式。本实用新型的核心技术之一是基于微处理器完成以上三种工作模式的转换。RS232端口输入的工作模式配置参数信号经RS232接口传送到微处理器，微处理器处理后输出逻辑控制指令，逻辑控制单元用于配合微处理器完成工作模式切换、串口信号控制等功能，控制RS232接口单元和RS485/422双接口单元执行相应的工作模式。本实用新型解决了现有技术中使用机械开关转换工作模式的麻烦，实现了智能化的数据传输，工作模式的配置参数保存在微处理器中，掉电不丢失，便于批量化管理，提高了工作效率。

RS232和RS422两个接口均属于全双工通信协议，不需要特殊的传输方向控制，两种接口信号分别通过RS232接口单元、RS485/422双接口单元转换成TTL电平信号，然后通过磁耦合隔离电路连接实现信号传输并保证电气隔离。

由于RS232的全双工特性及RS485的半双工特性，两个接口信号转换时，RS232接口只能工作在半双工模式，需要一种合理的RS485方向控制机制，以匹配RS232进行数据传输。

RTS（即请求发送）信号是RS232协议里的一个标准信号。RTS方向控制工作模式是由RS232端口输入的RTS方向信号控制RS485接口信号的传输方向，其取决于连入RS232单元的主机是否有RTS方向控制功能。

本实用新型的另一核心技术是RS232与RS485接口数据传输方向的自适应控制。在自适应方向控制工作模式中，微处理器分析RS232接口单元输出的电平信号的协议帧，并侦测协议帧的结束位，控制RS485接口信号的传输方向，实时处理RS232与RS485的通讯方向，增强转换器的智能化程度。当检测到RS232电平信号的协议帧结束位时，RS485由接收数据转为发送数据，待RS485向RS232发送完一帧完整的数据后，RS485又转为接收数据，等待微处理器检测到RS232电平信号的协议帧，再转换RS485数据收发方向。为了保证微处理器监测帧数据的正确性和实时性，此模式下需要配置通信的波特率和传输位数两个参数，其中波特率的范围为300～115200，传输位数范围为9～12位。

本实用新型支持固件升级功能，方便后期功能升级和修复存在的问题。微处理器外接两个输入端口，分别为工作模式配置端口（CFG）和固件升级端口（PRO），完成接口转换、固件升级等功能。微处理器还设有辅助配置的接地端口（GND）。工作模式配置端口（CFG）和固件升级端口（PRO）内部分别连接于微处理器的I/O口上。当工作模式配置端口和固件升级端口悬空（即处于高电平状态）时，转换器不进行工作模式的转换或固件升级，以默认的工作模式进行信号转换，RS232端口作为RS232信号输入端，与RS485/422复用端口的信号进行通讯。当需要转换工作模式时，将工作模式配置端口与接地端口连接，工作模式低电平信号通过I/O口传输到微处理器，使微处理器进行工作模式配置，RS232端口连接计算机，由计算机输入工作模式配置参数信号给微处理器。当需要固件升级时，将固件升级端口与接地端口连接，固件升级低电平信号通过I/O口传输到微处理器，使微处理器进行固件升级，RS232接口把固件信号以固定波特率及协议格式经由RS232接口单元发送到微处理器中，对系统进行固件升级。

为了适应复杂的工业应用场合，供电单元内置了宽电压输入电路，输入范围可达7.5V～36V。具体的，供电单元包括连接7.5V～36V直流电源的极性变换电路、连接极性变换电路的过压保护电路、将过压保护电路输出的7.5V～36V直流电压转换为稳定的5V直流电压的BUCK电路以及将5V直流电压隔离分为两部分的第一隔离电源和第二隔离电源。BUCK电路可提高供电效率、减轻内部电路发热。BUCK电路输出的5V直流电压经由第一隔离电源和第二隔离电源输出两路隔离的5V电压，第一隔离电源分别连接RS232接口单元、微处理器和逻辑控制单元并为其供电，第二隔离电源连接RS485/422双接口单元并为其供电。

供电单元外设有DC005适配器接口和接线端子，分别接入供电单元，使用时只需要接通一个即可，电源输入无极性要求，极性变换电路会对极性进行调整，避免电源极性接错导致模块烧坏，现场使用方便。

RS232接口单元设有第一保护电路，RS232端口经第一保护电路与其内部的第一电平转换电路连接，该第一电平转换电路连接微处理器的检测端口，负责把RS232端口输入的标准信号转换成TTL电平以便做接口转换、逻辑处理，第一电平转换电路通过逻辑控制单元及磁耦合隔离电路与RS485/422双接口单元连接进行信号传输。接口保护电路用于保护RS232接口不受静电等因素破坏，提高接口转换器的容错性。

RS485/422双接口单元设有第二保护电路以及对电平信号进行电气隔离的磁耦合隔离电路。第二保护电路具有抗静电、浪涌和雷击等性能。RS485/422双接口单元的复用端口经第二保护电路与其内部的第二电平转换电路连接，该第二电平转换电路将RS485或RS422标准信号转换为RS485或RS422电平信号，并通过磁耦合隔离电路分别与逻辑控制单元和微处理器连接，实现RS232与RS485接口双向通讯或RS232与RS422接口双向通讯的电气隔离。该第二电平转换电路是RS485/422双接口兼容设计，方便切换不同的工作模式。

本实用新型采用双电源隔离模式和磁耦合隔离电路，第一隔离电源为RS232接口单元、微处理器和逻辑控制单元供电，第二隔离电源为RS485/422双接口单元供电，同时，磁耦合隔离电路实现了RS232接口单元与RS485/422双接口单元之间的电气隔离，既保证了通信的可靠性，又隔离了RS232接口单元与RS485/422接口单元之间的电气连接，增强了现场适应能力，提高了信号传输和接口性能的安全性。

RS485/422双接口单元外设有RS485/422复用端口，包括四个信号接线端，分别为A.T+、A.T-、R+、R-，当作为RS485接口时，A.T+、A.T-分别是RS485的正差分信号和负差分信号端，当作为RS422接口时，A.T+、A.T-、R+、R-分别是RS422的正发送信号、负发送信号、正接收信号、负接收信号端。

除了以上描述外,本实用新型还可以广泛地用在其他实施例中，并且本实用新型的保护范围并不受实施例的限定，以权利要求的保护范围为准。任何熟悉本专业的技术人员，依据本实用新型的技术实质对以上实施例的简单修改，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，包括RS232接口单元、RS485/422双接口单元、逻辑控制单元、微处理器和供电单元，所述RS232接口单元通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接，在RS232接口单元和RS485/422双接口单元中分别设有用于将接口信号转换成TTL电平信号的第一电平转换电路和第二电平转换电路，在微处理器上设有用于侦测RS232接口单元输出电平信号协议帧的检测端口和用于控制RS485传输方向的控制端口，所述微处理器分别与RS232接口单元和逻辑控制单元连接，并根据配置参数通过其控制端口及逻辑控制单元切换RS232转RS485或RS422的工作模式。

2.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述微处理器外接工作模式配置端口和固件升级端口。

3.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述供电单元包括连接7.5V～36V直流电源的极性变换电路、连接极性变换电路的过压保护电路、将过压保护电路输出的7.5V～36V直流电压转换为5V直流电压的BUCK电路，以及将5V直流电压隔离为两部分的第一隔离电源和第二隔离电源，第一隔离电源分别连接RS232接口单元、微处理器和逻辑控制单元，第二隔离电源连接RS485/422双接口单元。

4.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述供电单元外设有DC005适配器接口和接线端子，分别接入供电单元。

5.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述RS232接口单元设有第一保护电路，RS232端口经第一保护电路与其内部的第一电平转换电路连接，第一电平转换电路将RS232标准信号转换为TTL电平信号，并通过逻辑控制单元与RS485/422双接口单元连接进行信号传输。

6.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述RS485/422双接口单元设有第二保护电路，RS485/422双接口单元的复用端口经第二保护电路与其内部的第二电平转换电路连接，第二电平转换电路将RS485或RS422标准信号转换为TTL电平信号，并通过逻辑控制单元与RS232接口单元连接进行信号传输。

7.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述RS485/422双接口单元的第二电平转换电路通过磁耦合隔离电路分别与逻辑控制单元和微处理器连接。

8.如权利要求1所述的基于微处理器的RS232与RS485/422接口转换器，其特征在于，所述RS485/422双接口单元的复用端口包括四个信号接线端，分别为A.T+、A.T-、R+、R-，当作为RS485接口时，A.T+、A.T-分别是RS485的正差分信号和负差分信号端，当作为RS422接口时，A.T+、A.T-、R+、R-分别是RS422的正发送信号、负发送信号、正接收信号、负接收信号端。