RS485總線光電隔離中繼器的設(shè)計(jì)

1、商業(yè)科技總線光電隔離中繼器的沒(méi)汁張卡河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司汪定軍上海交通大學(xué)摘要介紹了總線光電隔離中繼器的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。與傳統(tǒng)中繼器相比，電路融合了光電耦合隔離技術(shù)和自動(dòng)切換技術(shù)，極大地提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。關(guān)鍵詞一光電耦合隔離中繼器一、引言一總線是測(cè)控領(lǐng)域廣泛采用的一種現(xiàn)場(chǎng)總線形式，由于采用了平衡發(fā)送和差分接收的方式?？梢杂行У乜朔材８蓴_，并具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離。一總線傳輸?shù)淖畲缶嚯x為米，使用中繼器可以突破這個(gè)距離限制，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。本文通過(guò)對(duì)常用一總線接器件工作原理深入分析的基礎(chǔ)上采用光電耦合隔離和自動(dòng)雙向切換技術(shù)。設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的一總線光耦隔離中繼器。與傳統(tǒng)一

2、中繼器相比，本文設(shè)計(jì)的中繼器傳輸信號(hào)穩(wěn)定可靠，具有防雷擊、電氣隔離傳輸信號(hào)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種大型測(cè)控系統(tǒng)。二、總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上采用雙信號(hào)端對(duì)稱設(shè)計(jì)。分別稱為信號(hào)端和信號(hào)端，它們都可以作為發(fā)送端和接收端使用。由于一采用半雙工方式。同一時(shí)刻只允許一個(gè)作為發(fā)送端，另一個(gè)作為接收端。光耦隔離芯片是信號(hào)端之間的傳輸媒介，隔離前后的信號(hào)擺脫了電氣連接，對(duì)系統(tǒng)安全起到了防護(hù)作用。外部電源采用或直流電源。由于通信網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)地相位差異較大，采用隔離電源分別給信號(hào)端供電，使得信號(hào)端、信號(hào)端和電源端者之間相互隔離，這樣即使在某一端短路的情況下也不會(huì)危及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)及其設(shè)備起到了很好的保護(hù)作用。三、工作原理

3、與分析隔離電源與信號(hào)隔離系統(tǒng)采用直流電源直接供電或的直流電源供電。采用一直流電源供電時(shí)。需要將輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電。是五端穩(wěn)壓器，五個(gè)端：分別是輸入端、輸出端，使能端（低電平有效）。反饋端和地端。按典型電路輸入直流電，將從輸出端將得到直流電。直流電通過(guò)隔離電源芯片和后得到兩個(gè)與輸入相隔離的電源和，分別給兩個(gè)光耦供電。隔離電源芯片采用了耀華電子生產(chǎn)的二次集成芯片，該產(chǎn)品具有體積小、效率高、高隔離電壓、高可靠性和低價(jià)格等顯著優(yōu)點(diǎn)，適用于數(shù)字信號(hào)處理電路和對(duì)電壓穩(wěn)定度要求不高的模擬電路。特別適用于分布式電源供電系統(tǒng)及使用小功率電源供電。信號(hào)隔離采用了光耦隔離方式。光耦隔離器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和

4、光敏管封裝在一起，發(fā)光二極管將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管，再由光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。由于沒(méi)有直接的電氣連接，既耦合傳輸了信號(hào)，又具有隔離作用。中繼器工作原理中繼器的核心為中繼器收發(fā)芯片。這里選用了。它采用管腳封裝。其中為接收控制端，低電平有效；為發(fā)送控制萬(wàn)方數(shù)據(jù)商場(chǎng)現(xiàn)代化年中旬刊）總第期端，高電平有效。將和連接在一起可以保證芯片任一時(shí)刻只工作于一種模式。和分別為數(shù)據(jù)接收端和數(shù)據(jù)發(fā)送端。信號(hào)端和信號(hào)端在結(jié)構(gòu)上互為對(duì)稱，因此僅就信號(hào)端輸入數(shù)據(jù)，信號(hào)端輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。中繼器分為空閑和數(shù)據(jù)傳輸兩種狀態(tài)，下面分別就這兩種情況分析：（）系統(tǒng)空閑：系統(tǒng)上電后如果沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，、分另通過(guò)和將一和一

5、上拉至高電平。兩個(gè)光耦都處于關(guān)閉狀態(tài)，一和一都處于高電平的狀態(tài)。為了避免信號(hào)干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，采用施密特觸發(fā)器對(duì)波形進(jìn)行整形處理。為四通道雙輸入施密特觸發(fā)器，一高電平信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器的整形和反向后得到一個(gè)低電平信號(hào)，將該信號(hào)接至的和端表示允許接收。因此總線上若為空閑。受上拉和下拉電路的影響，差分信號(hào)為高電平，數(shù)據(jù)接收端也始終為高電平。（）數(shù)據(jù)傳輸：一或串口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)。數(shù)據(jù)格式通常是起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。空閑時(shí)發(fā)送為高電平，當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)總線由高電平跳至低電平，這個(gè)低電平就作為起始位。當(dāng)差分信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑ㄆ鹗嘉唬r(shí)，一變?yōu)榈碗娖?，一?jīng)過(guò)光耦隔離后同相輸出為一?？梢钥吹叫盘?hào)除了作為數(shù)

6、據(jù)外又經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器的整形、反向后作為的發(fā)送控制端。由于控制信號(hào)此時(shí)為高電平，表示發(fā)送允許，故將的低電平信號(hào)通過(guò)，差分輸出。四、系統(tǒng)測(cè)試采用語(yǔ)言編寫(xiě)中繼器收發(fā)測(cè)試軟件。將一總線光電隔離中繼器通過(guò)雙絞線將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)相連，距離約，傳輸速率設(shè)置為，分別在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行測(cè)試軟件。通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，設(shè)置。發(fā)送文本”為，“發(fā)送次數(shù)”為次，點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕發(fā)送數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)的“接受文本”框里顯示了計(jì)算機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的內(nèi)容，點(diǎn)擊。顯示測(cè)試結(jié)果”，誤碼率為，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。五、結(jié)束語(yǔ)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控領(lǐng)域經(jīng)常采用中繼器擴(kuò)展一網(wǎng)絡(luò)，但擴(kuò)展的支路不能因?yàn)樽陨矶搪范鴮?dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)受到破壞。采用光耦隔離設(shè)計(jì)的中繼器能夠?qū)⑷魏喂收现幌拗圃跀U(kuò)展的支路內(nèi)，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)也便于在故障時(shí)及時(shí)確定故障地點(diǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該中繼器傳輸信號(hào)穩(wěn)定可靠，傳輸距離和傳輸速度得到很大地提高，因而具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。RS-485總線光電隔離中繼器的設(shè)計(jì)作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次數(shù)：張卡， 汪定軍張卡(河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司)， 汪定軍(上海交通大學(xué))商場(chǎng)現(xiàn)代化MARKET MODER