CN2629145Y - Rs－232/rs－485半双工信号转换电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种RS－232/RS－485半双工信号转换电路，该电路由串行接口、RS－232接口芯片、光耦片、RS－485收发器、DC－DC电源隔离转换芯片、4位拨码开关、瞬间抑制二极管等组成，具有电气隔离和供电电源隔离，所有的器件都选用5V本地电源，解决RS－232接口的传输距离近和只能一对一通讯的缺点，将RS－232接口用转换电路扩展为RS－485接口，针对现场总线类型多样，既有RS－422，又有RS－485，手动设定全双工/半双工转换可以扩展使用范围，器件输出电流超出正常范围，会采取热关断的保护措施使得输出处于高阻态，减少总线冲突。电路输出信号传输距离为1500米以上。

Description

RS-232/RS-485半双工信号转换电路
技术领域
本实用新型涉及一种信号转换电路，特别是指一种RS-232/RS-485半双工信号转换电路。在工业过程自动化工程实施过程中经常需要使用一个或多个驱动器及多个接收器的总线RS-485(或RS-422)。但RS-232只有一个驱动器和一个接收器，经常需要将RS-232接口转换成RS-485接口以满足系统对总线的需求。
背景技术
目前，有些厂家生产的RS-232/RS-485转换接口由于在设计时的出发点不同，不能完全满足一些对该种产品的特殊需求；有些公司的产品追求低成本，适合民品使用；而有些电路设计虽然功能较多(有些场合并不需要)，但其使用温度范围窄，价格高。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提出的一种RS-232/RS-485半双工信号转换电路。本设计是为了解决RS-232接口的传输距离近和只能一对一通讯的缺点，将RS-232接口用转换电路扩展为RS-485接口，达到1500米的传输距离和多点通讯的目的。电源电压为+5V；RS-232/RS-485电路两侧接口之间数据线采用光耦隔离；电源用隔离变压器隔离；手工拨码设定全双工/半双工转换及端接电阻和偏置电阻；RS-485信号波特率小于20Kb/S时的传输距离1500米以上。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：
一种RS-232/RS-485半双工信号转换电路，该电路由串行接口、RS-232接口芯片、光耦片、RS-485收发器、DC-DC电源隔离转换芯片、4位拨码开关、瞬间抑制二极管组成，该电路构成如下：RS-232串行接口COM DB9数据发送端2 TXD与U1 MAX202EPE管腿14 T1OUT相连，COM数据接收端3 RXD接入U1管腿8 R2IN，COM 5端接信号地，7端RTS与8端CTS短接后一并接入U1的管腿13 R1IN，COM9端接入+5V电源。在U1的1、3两端，4、5两端，2、16两端，6、15两端分别接入一个电容，U1管腿12 R1OUT通过电阻R5接入光耦U2 6N137的管腿2 IN+，U1管腿9R2OUT与光耦U3管腿3 IN-相连，U1管腿11 T1IN接入光耦U4管腿6VO，同时通过上拉电阻R9接入+5V；三个光耦U2、U3、U4管腿8 VCC均接入+5V，管腿5 GND接信号地，管腿6 VO通过上拉电阻接入VCC，U2管腿6同时接入RS-485收发器的2、3端，U3管腿6接入U7的4端DI，U4管腿3接入U7的1端RO，U7的6、7端(A、B)为正负数据输出端，U7的A端通过自恢复保险R23接入P2的1端DATA+，通过上拉电阻R11接入VCC，U7的B端通过自恢复保险R24接入P2的2端DATA-，通过下拉电阻R12接入电源地，在正负数据输出端之间接入拨码开关3与电阻R19，同时正负数据输出端分别通过瞬间抑制二极管Z1、Z2接电源地，在电源地与机壳地之间接入拨码开关4与电阻R22，P2的3端通过下拉电阻R21接电源地，4端接机壳地。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
本实用新型除了实现RS-232与RS-485的功能相互转换外，还做好了接口上的电气隔离和供电电源隔离。由于从RS-232转换到RS-485并且能够驱动挂在RS-485总线上的多个接收器时，就必须要有外加电源。所有的器件都选用5V本地电源。针对现场总线类型多样，既有RS-422，又有RS-485，手动设定全双工/半双工转换可以扩展使用范围。用232的RTS控制485输出的高阻态，减少总线冲突。如果形成冲突，器件输出电流超出正常范围，器件会采取热关断的保护措施使得输出处于高阻态。由于安装现场设备相距较远，要求转换电路输出信号传输距离为1500米以上。(RS-485标准传输距离为1200米，这个距离是在信号码元畸变限制很严下得出的)在此距离上按一定的信号畸变百分比限制来测量可以传输的最高波特率。由于本实用新型采用的都是工业级元器件，可适应的温度范围为-40℃～80℃，环境相对湿度15％～80％，能够在较恶劣的环境下工作。
附图说明
图1.RS-232/RS-485半双工信号转换电路的电路图；
图2.RS-232/RS-485半双工信号转换电路的原理方块图。
具体实施方式
请参考图1.RS-232/RS-485半双工信号转换电路的电路图，该电路由串行接口、RS-232接口芯片、光耦片、RS-485收发器、DC-DC电源隔离转换芯片、4位拨码开关、瞬间抑制二极管等构成。
现将该电路按其实现的功能分成几部分进行说明。
RS-232串行接口COM DB9数据发送端2 TXD与U1 MAX202EPE管腿14 T1OUT相连，COM数据接收端3 RXD接入U1管腿8 R2IN，COM 5端接信号地，7端RTS与8端CTS短接后一并接入U1的管腿13 R1IN，同时控制数据流的传送方向，COM9端接入+5V电源。在U1的1、3两端，4、5两端，2、16两端，6、15两端分别接入一个电容，同该芯片一起组成了信号转换电路，经过232接口驱动芯片U1及4个电容组成的转换电路将标准的RS-232信号转换成TTL电平信号。U1管腿12 R1OUT通过电阻R5接入光耦U2 6N137的管腿2 IN+，U1管腿9 R2OUT与光耦U3管腿3 IN-相连，U1管腿11 T1IN接入光耦U4管腿6 VO，同时通过上拉电阻R9接入+5V；三个光耦U2、U3、U4管腿8 VCC均接入+5V，管腿5 GND接信号地，管腿6 VO通过上拉电阻接入VCC，U2管腿6同时接入U7的2、3端RE、DE，U3管腿6接入U7的4端DI，U4管腿3接入U7的1端RO，U7的6、7端A、B为正负数据输出端，U7的6端A通过自恢复保险R23接入P2的1端DATA+，通过上拉电阻R11接入VCC，同时视其电路在总线中的位置通过调节拨码开关是否具有上拉电阻，U7的B端通过自恢复保险R24电路在总线中的位置通过调节拨码开关是否具有下拉电阻，在正负数接入P2的2端DATA-，通过下拉电阻R12接入电源地，同时视其据输出端A、B之间接入拨码开关3与电阻R19，同时正负数据输出端分别通过瞬间抑制二极管Z1、Z2接电源地，在电源地与机壳地之间接入拨码开关4与电阻R22，P2的3端通过下拉电阻R21接电源地，4端接机壳地。
全双工与半双工之间的转换
用RS-232接口电路将RS-232标准的正负逻辑电平转换为TTL逻辑电平，用三个光耦将RXD、TXD、RTS分别与RS-485侧的RO、DI、DE相连。为保证能够进行全双工工作，需选用两个可以互不影响的可收/发差分驱动器，全双工时一个用于收(称为A路)，一个用于发(称为B路)。半双工时，将两对数据线并在一起，用一对数据线收/发。DE控制发送的高阻态，确保挂在一起的多驱动器正常工作。全双工与半双工间的转换由拨码开关来进行手动设定。
最大传输距离
最大传输距离一方面受所传送数据的BAUD率限制(BAUD率越高，距离越近)，另一方面RS-485接口器件的发送与接收的电气特性也左右着传输距离。在传输距离固定的情况下，依靠选取好的RS-485接口器件来提高信号的传输距离与传输质量。
电源
RS-485侧的+5V电源通过隔离变压器向RS-232侧的电路供电，选用MAX253，它是标准的RS-232/RS-485接口隔离变压器驱动电路。RS-232侧电压稳压部分。可以选用MAX667，它是与MAX253相配套的电路。
隔离
不同的供电系统及不同的接地点间也有地电位的差异，这些将造成接口间的共模电压差异，长距离传输线上也会引入干扰电压。有必要采用隔离措施来保证设备主机相对稳定可靠的工作。光电隔离是几种隔离中比较彻底而且实用的一种。在此电路中应做好三个方面的隔离：首先用光耦对TTL信号线进行中断隔离，要选用频率特性好的光耦。其次对RS-232/RS-485两侧(元器件分布、连接走线)隔离，避免PCB板绝缘不良。最后通过隔离供电变压器线圈绕组间的绝缘隔离。
根据原理方块图对其设计原理进行说明
请参考图2 RS-232/RS-485半双工信号转换电路的原理方块图，232部分将传输线上的232电压信号转换成TTL信号。光耦隔离部分将TTL进行电气上的中断隔离。485部分将TTL电压信号转换成差分信号送到传输线上。DC-DC电源隔离转换部分将本地5V电源隔离转换成5V供给485部分工作，485部分的电源处于悬浮状态。
该用于自动化控制终端通讯的RS-232/RS-485半双工信号转换电路，已制成模块，本厂编号和名称为E 207 RS-232/RS-485半双工信号转换模块，E207模块是一种为主控制器配备的高性能的232/485半双工信号转换模块。E207模块可确保在工业级温度范围内(-40℃～+80℃)使用。电参数性能完全符合EIA/TIA-232E及EIA/TIA-485标准。为适应各种环境，232信号与485信号采用光耦隔离(耐压大于2.5KV)；采用高性能的电源隔离器件(耐压大于1KV)确保485信号的驱动能力；采用限压限流器件确保485接口稳定工作。Baud率范围为：0～38400bits/S；电源要求5V(4.75～5.25V)150mA；485信号(38.4Kbits/S)最长传输距离为1500米；功率消耗0.5W。E207模块外形尺寸为：(长)118mm×(宽)54mm×(高)44mm。采用ECHO C型模块封装壳体。E207模块安装在7.5mm×35mm的DIN导轨上。

Claims (1)

1.一种RS-232/RS-485半双工信号转换电路，其特征在于：该电路由串行接口、RS-232接口芯片、光耦片、RS-485收发器、DC-DC电源隔离转换芯片、4位拨码开关、瞬间抑制二极管组成，该电路构成如下：RS-232串行接口COM DB9数据发送端2 TXD与U1 MAX202EPE管腿14 T1OUT相连，COM数据接收端3 RXD接入U1管腿8 R2IN，COM 5端接信号地，7端RTS与8端CTS短接后一并接入U1的管腿13 R1IN，COM9端接入+5V电源，在U1的1、3两端，4、5两端，2、16两端，6、15两端分别接入一个电容，U1管腿12 R1OUT通过电阻R5接入光耦U2 6N137的管腿2IN+，U1管腿9 R2OUT与光耦U3管腿3 IN-相连，U1管腿11 T1IN接入光耦U4管腿6 VO，同时通过上拉电阻R9接入+5V；三个光耦U2、U3、U4管腿8 VCC均接入+5V，管腿5 GND接信号地，管腿6 VO通过上拉电阻接入VCC，U2管腿6同时接入RS-485收发器的2、3端，U3管腿6接入U7的4端DI，U4管腿3接入U7的1端RO，U7的6、7端(A、B)为正负数据输出端，U7的A端通过自恢复保险R23接入P2的1端DATA+，通过上拉电阻R11接入VCC，U7的B端通过自恢复保险R24接入P2的2端DATA-，通过下拉电阻R12接入电源地，在正负数据输出端之间接入拨码开关3与电阻R19，同时正负数据输出端分别通过瞬间抑制二极管Z1、Z2接电源地，在电源地与机壳地之间接入拨码开关4与电阻R22，P2的3端通过下拉电阻R21接电源地，4端接机壳地。
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