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)換器設計

葉 鑫，李文魁，高敬東，鐘 斌

（海軍工程大學電氣工程學院，武漢430033）

為了提高轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力，根據(jù)現(xiàn)場應用環(huán)境，設計了一種抗干擾能力較強的有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換電路。介紹了轉(zhuǎn)換器的各電路原理圖。測試表明，該轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、工作可靠，具有很強的應用價值。

RS232 RS485 有源 光電隔離 轉(zhuǎn)換器

0 引言

現(xiàn)場控制系統(tǒng)越來越復雜，而由PC機與單片機組成的分布式控制系統(tǒng)應用日益廣泛。它既利用了單片機價格低、抗干擾能力強、面向控制等優(yōu)點構(gòu)建適于工業(yè)現(xiàn)場使用方便的下位機，又結(jié)合了上位PC機豐富的軟、硬件資源，可提供檢測功能強大、人機界面友好的監(jiān)控系統(tǒng)平臺。該種控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)應用系統(tǒng)的基礎和保障。

RS232接口是PC機的通用串行接口，廣泛用于計算機之間、計算機與外設間的數(shù)據(jù)通信[1]。但存在通信距離短、傳輸數(shù)據(jù)慢、接口處的信號易產(chǎn)生串擾的缺點。RS-485接口采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)通信，具有極強的抗共模干擾能力，傳輸速率高、傳輸距離遠，支持多點互聯(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)換器作為主控計算機和下位機通信接口，直接決定整個通信系統(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 電路設計

由于轉(zhuǎn)換器工作環(huán)境一般都十分復雜，存在許多不可預測的干擾，抗干擾問題十分突出。本文考慮現(xiàn)場應用環(huán)境，設計一種抗干擾能力較強的有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換電路，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動收發(fā)?？垢蓴_設計方面，采用“接收/驅(qū)動——隔離——接收/驅(qū)動”工作模式；RS485接收/驅(qū)動芯片上加入DC/DC隔離用于減少下位機的上行干擾；兩個端口加入具有防浪涌電壓功能的保護電路，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傳輸質(zhì)量，同時避免了兩個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)動功能，±15KVESD保護等特點[5]。芯片對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，保護該電路。

1.3 RS485接口電路

如圖4所示為RS485接口電路，MAX483實現(xiàn)RS485電平與TTL電平轉(zhuǎn)換。輸入使能RE為低電平時，控制RS485數(shù)據(jù)輸出有效，輸出使能DE為高電平時，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)送不同時有效，因而將RE和DE相連，通過PC或單片機輸出高低電平即可實現(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RS232/485信號進行隔離，保證兩部分電路互不干擾。同時，使用74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實現(xiàn)MAX483的自動收發(fā)控制。74HC123的A腳檢測RS232輸出信號的起始位（下降沿觸發(fā)）。起始位到來時，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RS485為發(fā)狀態(tài)；當輸出數(shù)據(jù)為停止位時，控制RE/DE腳為高，則RS485為收狀態(tài)，從而實現(xiàn)RS232與RS485間的數(shù)據(jù)自動收發(fā)轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)束語

本文完成了有源光電隔離RS232/RS485接口轉(zhuǎn)換器設計。跟多數(shù)RS232/RS485轉(zhuǎn)換器相比，該轉(zhuǎn)換器有以下優(yōu)點：電路選取的元器件性價比很高；采用成熟的具有強大的防浪涌功能的端口保護方案，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)目煽啃裕豢紤]到RS232與RS485工作方式不同，設計了自動收發(fā)控制電路。通過現(xiàn)場應用環(huán)境測試，該電路成功實現(xiàn)了RS485與RS232之間的通信，具有很強的抗干擾能力及較高的實用性。

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

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

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

[4] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎[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：導航工程。