一种有源光电隔离RS232/RS485转换器设计

叶 鑫，李文魁，高敬东，钟 斌



一种有源光电隔离RS232/RS485转换器设计

叶 鑫，李文魁，高敬东，钟 斌

（海军工程大学电气工程学院，武汉430033）

为了提高转换器的抗干扰能力，根据现场应用环境，设计了一种抗干扰能力较强的有源光电隔离RS232/RS485接口转换电路。介绍了转换器的各电路原理图。测试表明，该转换器结构简单、抗干扰能力强、工作可靠，具有很强的应用价值。

RS232 RS485 有源 光电隔离 转换器

0 引言

现场控制系统越来越复杂，而由PC机与单片机组成的分布式控制系统应用日益广泛。它既利用了单片机价格低、抗干扰能力强、面向控制等优点构建适于工业现场使用方便的下位机，又结合了上位PC机丰富的软、硬件资源，可提供检测功能强大、人机界面友好的监控系统平台。该种控制系统中，稳定可靠的数据通信是实现应用系统的基础和保障。

RS232接口是PC机的通用串行接口，广泛用于计算机之间、计算机与外设间的数据通信[1]。但存在通信距离短、传输数据慢、接口处的信号易产生串扰的缺点。RS-485接口采用平衡发送和差分接收方式来实现通信，具有极强的抗共模干扰能力，传输速率高、传输距离远，支持多点互联，因此成为工业控制系统数据传输的首选。

典型分布式控制系统的通信结构如图1所示。RS232/RS485转换器作为主控计算机和下位机通信接口，直接决定整个通信系统的工作状况，起着至关重要的作用[2]。

图1 系统通信结构图

1 电路设计

由于转换器工作环境一般都十分复杂，存在许多不可预测的干扰，抗干扰问题十分突出。本文考虑现场应用环境，设计一种抗干扰能力较强的有源光电隔离RS232/RS485接口转换电路，实现了数据的自动收发。抗干扰设计方面，采用“接收/驱动——隔离——接收/驱动”工作模式；RS485接收/驱动芯片上加入DC/DC隔离用于减少下位机的上行干扰；两个端口加入具有防浪涌电压功能的保护电路，提高电磁兼容性。此外，由于RS485和RS232分别为半双工和全双工方式，因此采用单稳态触发器74HC123实现RS485数据收发的切换控制[3,4]。

1.1 电源隔离电路

如图2所示，采用TME0505S芯片实现RS232电路电源与RS485电路电源的隔离，分开供电提高了信号传输质量，同时避免了两个电路之间的相互干扰。

1.2 RS232接口电路

RS232电路原理图如图3所示，芯片选用MAXIM公司的MAX202E，它具有2路接收/驱动功能，±15KVESD保护等特点[5]。芯片对外输入输出端使用瞬态抑制二极管防止从PC端串入电路板的浪涌电压，保护该电路。

1.3 RS485接口电路

如图4所示为RS485接口电路，MAX483实现RS485电平与TTL电平转换。输入使能RE为低电平时，控制RS485数据输出有效，输出使能DE为高电平时，数据输入有效。本电路采用半双工通信，要求接收和发送不同时有效，因而将RE和DE相连，通过PC或单片机输出高低电平即可实现RS485接收和发送状态间的转换。同RS232接口电路，二极管起保护作用。

图2 电源隔离电路

图4 RS485接口电路

图5 RS232/RS485隔离转换电路

1.4 RS232/RS485隔离转换电路

如图5所示，该电路使用两片HCPL631光耦对RS232/485信号进行隔离，保证两部分电路互不干扰。同时，使用74HC123单稳态触发器实现MAX483的自动收发控制。74HC123的A脚检测RS232输出信号的起始位（下降沿触发）。起始位到来时，74HC123输出高电平脉冲，经光耦隔离，控制MAX483的RE/DE脚为低，此时RS485为发状态；当输出数据为停止位时，控制RE/DE脚为高，则RS485为收状态，从而实现RS232与RS485间的数据自动收发转换。

2 结束语

本文完成了有源光电隔离RS232/RS485接口转换器设计。跟多数RS232/RS485转换器相比，该转换器有以下优点：电路选取的元器件性价比很高；采用成熟的具有强大的防浪涌功能的端口保护方案，提高了其电磁兼容性能；加入DC/DC隔离用于减少下位机的上行干扰；数据的隔离，保证了数据传输的可靠性；考虑到RS232与RS485工作方式不同，设计了自动收发控制电路。通过现场应用环境测试，该电路成功实现了RS485与RS232之间的通信，具有很强的抗干扰能力及较高的实用性。

[1] 李朝青. PC机及单片机数据通信技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2000.

[2] 邵奎. 基于RS_485的分布式多总线通信系统设计[D]. 南京理工大学硕士论文.

[3] 华成英, 童诗白. 模拟电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[4] 阎石. 数字电子技术基础[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

叶鑫（1990-），男，研究生。研究方向：导航工程。