一种232与485总线隔离转换模块的制作方法

本实用新型涉及工业通讯领域，具体涉及一种可隔离完成232总线数据与485总线数据信号的相互转换模块。

背景技术：

在现代工业领域，大多数工业控制设备已不再是“孤军奋战”，都可实现数据传输，以便及时将设备的运行状态上传后台监控室，值班人员可随时了解设备的运行状态，且根据实际情况进行设备的控制或日常维护。

目前工业通讯网络中较常用的RS485通讯接口，由于其具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等优点，使其成为网络数据传输最常用的形式之一。然后还有很多厂家生产的设备内部所带通讯接口是最早的串行通讯接口RS232，因此设备在数据上传后台之前或者在接收后台数据之后，必须完成两种通讯总线之间的转换，以成功完成设备与后台监控的数据传输。

综上所述，需要在RS232与RS485两种接口之间增加一种总线转换器。目前市场上的RS232与RS485转换器，总线信号、电源信号并未隔离，数据传输不稳定，若RS485总线在长距离传输过程中受外部干扰较强时，易发生误码、丢码甚至通讯不上的情况，信号转化不理想。因此如何稳定可靠的完成传输过程中的RS485信号与RS232信号之间的相互转换，是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种232与485总线隔离转换模块，包括电源供电单元、232接口单元、485接口单元、隔离传输单元，其中电源供电单元分别和232接口单元、485接口单元、隔离传输单元连接，给后三者供电，隔离传输单元分别和232接口单元和485接口单元连接，在232接口单元处于发送状态时，外部输入的232电平信号通过232接口单元转换成TTL电平信号，然后经过隔离传输单元到485接口单元，通过485接口单元将隔离后的TTL电平信号转换为485差分信号电平，并对外进行输出，实现232总线到485总线的转换；485接口单元处于发送状态时，485的差分信号通过485接口单元转换为TTL电平信号，经过隔离传输单元传送给232接口单元，并转化为232电平输出，实现485总线到232总线的转换。

进一步地，电源供电单元包括第一接线端子、第一保险丝、供电第一二极管、供电第一电解电容、供电第二电解电容、供电第三电解电容、供电第一瓷片电容、供电第二瓷片电容、供电第三瓷片电容、供电第四瓷片电容、第一电源芯片、第二电源芯片，其中，第一接线端子的一端依次和第一保险丝、供电第一二极管的阳极顺序相连，供电第一二极管的阴极分别与供电第一电解电容的阳极、供电第一瓷片电容的一端、第一电源芯片的输入端相连，第一电源芯片的输出端分别与供电第二电解电容的阳极、供电第二瓷片电容的一端、供电第三瓷片电容的一端和第二电源芯片的输入端相连，形成第一路电源；第二电源芯片的输出端分别与供电第三电解电容的阳极、供电第四瓷片电容的一端相连，形成第二路电源；

第一接线端子的另一端、供电第一电解电容的阴极、供电第一瓷片电容的另一端、第一电源芯片地脚、供电第二电解电容的阴极、供电第二瓷片电容的另一端、供电第三瓷片电容的另一端、第二电源芯片的输入地相连，形成第一路电源地；第二电源芯片的输出地分别与供电第三电解电容的阴极、供电第四瓷片电容的另一端相连，形成第二路电源地。

进一步地，隔离传输单元包括第一电阻，第一三极管，第二电阻，第一隔离光耦，第三电阻，第一瓷片电容，第二瓷片电容；第四电阻，第五电阻，第二三极管，第六电阻，第一发光二极管，第二隔离光耦，第七电阻，第三瓷片电容，第四瓷片电容；第八电阻，第九电阻，第三三极管，第十电阻，第二发光二极管，第三隔离光耦，第十一电阻，第五瓷片电容，第六瓷片电容；其中，第一隔离光耦用于隔离数据传输的控制信号，第二隔离光耦用于隔离数据传输的发送信号，第三隔离光耦用于隔离数据传输的接收信号；

控制信号依次和第一电阻、第一三极管的基极顺序相连，第一三极管的发射极与第一路电源相连，其集电极依次与第二电阻、第一隔离光耦原边的阳极顺序相连，第一隔离光耦原边的阴极与第一路电源地相连，构成第一隔离光耦的驱动电路；第一隔离光耦副边的输出脚分别和第三电阻的一端、第二瓷片电容的一端相连，构成第一隔离光耦的输出电路，同时第一隔离光耦副边的输出脚输出信号到485接口单元；第一隔离光耦副边的电源供电脚、第三电阻的另一端、第一瓷片电容的一端分别与第二路电源相连，第一瓷片电容的另一端与第二路电源地相连；第一隔离光耦副边的电源地脚、第二瓷片电容的另一端分别与第二路电源地相连；

发送信号分别和第四电阻的一端、第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端和第二三极管的基极顺序相连，第二三极管的集电极依次连接第六电阻、第二隔离光耦原边的阳极，其发射极和第四电阻的另一端分别和第一路电源相连，第二隔离光耦原边的阴极与第一路电源地相连，构成第二隔离光耦的驱动电路；第二隔离光耦副边的输出脚分别和第七电阻的一端、第四瓷片电容的一端相连，构成第二隔离光耦的输出电路，同时第二隔离光耦副边的输出脚输出信号到485接口单元；第二隔离光耦副边的电源供电脚、第七电阻的另一端、第三瓷片电容的一端分别和第二路电源相连，第三瓷片电容的另一端与第二路电源地相连；第二隔离光耦副边的电源地脚、第四瓷片电容的另一端分别与第二路电源地相连；

接收信号分别和第八电阻的一端、第九电阻的一端相连，第九电阻的另一端连接第三三极管的基极，第三三极管的发射极、第八电阻的另一端分别和第二路电源相连，第三三极管的集电极依次连接第十电阻和第三隔离光耦原边的阳极，第三隔离光耦原边的阴极与第二路电源地相连，构成第三隔离光耦的驱动电路；第三隔离光耦副边的输出脚分别和第六瓷片电容的一端、第十一电阻的一端相连，构成第三隔离光耦的输出电路，同时第三隔离光耦副边的输出脚输出信号到232接口单元；第三隔离光耦副边的电源供电脚、第十一电阻的另一端、第五瓷片的一端电容分别和第一路电源相连，第五瓷片电容的另一端与第一路电源地相连，第三隔离光耦副边的电源地脚、第六瓷片电容的另一端分别与第一路电源地相连。

进一步地，隔离传输单元还包括第一LED发光二极管和第二LED发光二极管，其中，第一LED发光二极管的阳极和第六电阻的另一端相连，阴极和第二隔离光耦原边的阳极相连，第二LED发光二极管的阳极和第十电阻的另一端相连，阴极和第三隔离光耦原边的阳极相连。

进一步地，485接口单元包括第二接线端子、485瓷片电容、485通讯芯片、485第一电阻、485第二电阻、第一TVS管、第二TVS管、第三TVS管、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第一陶瓷气体放电管，其中，485通讯芯片的一脚分别与485第二电阻、第二TVS管、第三TVS管和第二自恢复保险丝相连，第二自恢复保险丝的另一端分别与第二接线端子、陶瓷气体放电管的一端相连，485通讯芯片的另一脚分别与485第一电阻、第一TVS管、第三TVS管的另一端和第一自恢复保险丝相连，第一自恢复保险丝分别与第二接线端子、陶瓷气体放电管的另一端相连，形成多级总线保护电路。

进一步地，电源供电单元采用外供DC电源作为输入，其输入是宽范围DC6-15V。

进一步地，232接口单元选用单电源电平转换芯片MAX232ESE+为核心芯片。

进一步地，485接口单元选用半双工差分收发芯片MAX3082作为核心芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、采用专用芯片进行232电平与TTL电平转换、485差分信号与TTL电平转换，数据传输速度快、稳定性高、传输距离长。

2、采用宽范围弱电源作为输入，安全性强，灵活性高，可调整性强。

3、采用隔离电源给232接口部分与485接口部分单独供电，实现总线供电部分的隔离；采用高速隔离光耦完成TTL电平信号的传输，实现总线信号的隔离转换。

4、采用LED发光二极管作为发送或接收的指示信号，可视性强，了解传输过程，便于分析后续转换失败原因。

5、采用TVS管、自恢复保险丝、气体放电管等多级保护电路，可有效抑制通讯总线上的浪涌电压、瞬态过压等情形，增加其抗干扰能力，提高其使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型总体结构示意图；

图2是本实用新型电源供电单元原理图；

图3是本实用新型232接口单元原理图；

图4是本实用新型485接口单元原理图；

图5是本实用新型隔离传输单元原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的工作原理做出进一步说明。

如图1所示，一种232与485总线隔离转换模块，包括电源供电单元、232接口单元、485接口单元、隔离传输单元，其中电源供电单元将输入的DC电源信号转换为两路相互隔离的电源VCC/GND、VDD/GDD，VCC/GND主要给232接口单元及与之相连的隔离传输单元部分供电，VDD/GDD主要给485接口单元及与之相连的隔离传输单元部分供电。隔离传输单元分别和232接口单元和485接口单元连接，在232接口单元处于发送状态时，外部输入的232电平信号通过232接口单元转换成TTL电平信号，然后经过隔离传输单元到485接口单元，通过485接口单元将隔离后的TTL电平信号转换为485差分信号电平，并对外进行输出，实现232总线到485总线的转换；485接口单元处于发送状态时，485的差分信号通过485接口单元转换为TTL电平信号，经过隔离传输单元传送给232接口单元，并转化为232电平输出，实现485总线到232总线的转换。

如图2所示，电源供电单元电路包括接线端子J2，保险丝F1，二极管D1,电解电容EC1，电解电容EC2，电解电容EC3,瓷片电容C15，瓷片电容C16，瓷片电容C7，瓷片电容C8，电源芯片U6，电源芯片U7。

外供宽范围(DC6-15V)供电电压电源信号Vin，通过接线端子J2进入模块，接线端子J2的1脚与保险丝F1的1脚相连，保险丝F1的2脚与二极管D1的阳极相连，然后二极管D1的阴极分别与电解电容EC1的阳极、瓷片电容C15的1脚、电源芯片U6的输入脚(1脚)相连；电源芯片U6的输出脚(3脚)分别与电解电容EC2的阳极、瓷片电容C16的1脚、瓷片电容C7的1脚、电源芯片U7的输入脚(1脚)相连，且形成第一路电源VCC；电源芯片U7的输出脚(4脚)分别与电解电容EC3的阳极、瓷片电容C8的1脚相连，且形成第二路电源VDD。接线端子J2的2脚、电解电容EC1的阴极、瓷片电容C15的2脚、电源芯片U6的“地”脚(2脚)、电解电容EC2的阴极、瓷片电容C16的2脚、瓷片电容C7的2脚、电源芯片U7的输入地(2脚)相连，形成第一路电源地GND；电源芯片U7的输出地(3脚)分别与电解电容EC3的阴极、瓷片电容C8的2脚相连，形成第二路电源地GDD。两路电源相互隔离，分别供给232接口单元与485接口单元，确保总线转换模块电源供电部分的隔离。

如图3所示，本实用新型所述的232接口单元电路包括接线端子J3，电解电容C1，电解电容C2，电解电容C4,电解电容C5，瓷片电容C3，电平转换芯片U1，电阻R1，三极管Q1,电阻R11。

232总线信号RXD/TXD/GND通过接线端子J3接入模块，电平转换芯片型号为MAX232ESE+。RXD信号(232电平)通过接线端子J3的1脚与电平转换芯片U1的14脚相连，经过电平转换芯片U1转换后从11脚形成RX信号(TTL电平)；TXD信号(232电平)通过接线端子J3的2脚与电平转换芯片U1的8脚、13脚相连，经过电平转换芯片U1转换后从12脚形成TX信号(TTL电平)；接线端子J3的3脚，电平转换芯片U1的10脚、15脚，电解电容C2的阳极，瓷片电容C3的2脚，三极管Q1的发射脚相连，且都连接至第一路电源地GND。电平转换芯片U1的1脚与电解电容C4的阳极相连，电平转换芯片U1的3脚与电解电容C4的阴极相连；电平转换芯片U1的4脚与电解电容C5的阳极相连，电平转换芯片U1的5脚与电解电容C5的阴极相连；电平转换芯片U1的2脚与电解电容C1的阳极相连；电平转换芯片U1的6脚与电解电容C2的阴极相连；电解电容C1、C2、C4、C5构成电荷泵电路，产生RS232所需要的电平。电平转换芯片U1的9脚与电阻R1的1脚相连，电阻R1的2脚与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电阻R11的2脚相连，并形成信号RE/TE(TTL电平)，作为接收信号RXD、发送信号TXD的方向控制信号；电阻R11的1脚、电解电容C1的阴极、电平转换芯片U1的16脚、瓷片电容C3的1脚相连至第一路电源VCC，其中瓷片电容C3为供电滤波电容。

如图4所示，本实用新型所述的485接口单元电路包括接线端子J1，瓷片电容C6，485通讯芯片U2，电阻R2，电阻R3，TVS管V1，TVS管V2，TVS管V0，自恢复保险丝PPTC1，自恢复保险丝PPTC2，陶瓷气体放电管FD0。

485总线信号485A/485B通过接线端子J1接入模块。485通讯芯片U2采用的是专用差分信号收发芯片MAX3082，来完成485差分电平与TTL电平的转换，485通讯芯片U2的1脚与RX1信号(RX1为485总线数据转换后的接收端，此TTL电平信号经过隔离传输单元，便转换成上述232接口单元中RX信号)连接，485通讯芯片U2的2脚、3脚与RE/DE1信号(RE/DE1为485总线数据接收/发送方向控制端,上述232接口单元中RE/TE经过隔离传输后便会形成此TTL电平信号)连接，485通讯芯片U2的4脚与TX1信号(TX1为485总线数据转换前的发送端，上述232接口单元中TX经过隔离传输后便会形成此TTL电平信号)连接。485通讯芯片U2的6脚分别与电阻R3的1脚、TVS管V2的1脚、TVS管V0的2脚、自恢复保险丝PPTC2的1脚相连，自恢复保险丝PPTC2的2脚分别与接线端子J1的2脚、陶瓷气体放电管FD0的2脚相连,连接至485A信号；485通讯芯片U2的7脚分别与电阻R2的2脚、TVS管V1的2脚、TVS管V0的1脚、自恢复保险丝PPTC1的1脚相连，自恢复保险丝PPTC1的2脚分别与接线端子J1的1脚、陶瓷气体放电管FD0的1脚相连，连接至485B信号；从而构成多级总线保护电路，其中1级保护电路包含陶瓷气体放电管FD0，用于485总线长距离通讯的防雷保护；2级保护电路包含自恢复保险丝PPTC1、自恢复保险丝PPTC2，当总线遭遇大电流冲击时，其可快速熔断而保护后级电路；3级保护电路包含TVS管V1、TVS管V2、TVS管V0，当其两端经受瞬间高能量冲击时，其两端阻抗迅速降低且电压钳制在固定值，直接保护后级元件。485通讯芯片U2的8脚与瓷片电容C6的1脚相连，连接至第二路电源VDD；485通讯芯片U2的5脚、瓷片电容C6的2脚连接至第二路电源地GDD，瓷片电容C6为供电滤波电容。

如图5所示，本实用新型所述的隔离传输单元电路包括电阻R20，三极管Q3，电阻R9，隔离光耦U3，电阻R10，瓷片电容C13，瓷片电容C14；电阻R19，电阻R13，三极管Q5，电阻R5，发光二极管LED1，隔离光耦U5，电阻R6，瓷片电容C9，瓷片电容C10；电阻R18，电阻R15，三极管Q4，电阻R7，发光二极管LED2，隔离光耦U4，电阻R8，瓷片电容C11，瓷片电容C12。

控制信号RE/DE(上述232接口单元中RE/DE控制信号)接入电阻R20的1脚，电阻R20的2脚与三极管Q3的基极相连，三极管Q3的发射极与第一路电源VCC相连，三极管Q3的集电极与电阻R9的1脚相连，电阻R9的2脚与隔离光耦U3原边的阳极(2脚)相连，隔离光耦U3原边的阴极(3脚)与第一路电源地GND相连，以上构成隔离光耦U3的驱动电路；隔离光耦U3副边的输出脚(6脚)、电阻R10的2脚、瓷片电容C14的1脚，输出信号RE/DE1(上述485接口单元中RE/DE1信号)，构成隔离光耦U3的输出电路；隔离光耦U3副边的电源供电脚(8脚)、电阻R10的1脚、瓷片电容C13的1脚与第二路电源VDD相连，瓷片电容C13的2脚与第二路电源地相连，瓷片电容C13为供电滤波电容；隔离光耦U3副边的电源地脚(5脚)、瓷片电容C14的2脚与第二路电源地GDD相连。

信号TX(上述232接口单元中TX发送信号)接入电阻R19的2脚、电阻R13的1脚，电阻R13的2脚与三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极、电阻R19的1脚分别与第一路电源VCC相连；三极管Q5的集电极与电阻R5的1脚相连，电阻R5的2脚与发光二极管LED1的阳极相连，发光二极管LED1的阴极与隔离光耦U5原边的阳极(2脚)相连，隔离光耦U5原边的阴极(3脚)与第一路电源地GND相连，以上构成隔离光耦U5的驱动电路，其中发光二极管LED1作为发送信号指示灯，如传输中有信号经过，发光二极管闪烁，闪烁频率与传输速率成正比，因此可根据发光状态反应数据的传输状态，可视性强。隔离光耦U5副边的输出脚(6脚)、电阻R6的2脚，瓷片电容C10的1脚，输出信号TX1(上述485接口单元中TX1发送信号)，构成隔离光耦U5的输出电路；隔离光耦U5副边的电源供电脚(8脚)、电阻R6的1脚、瓷片电容C9的1脚与第二路电源VDD相连；隔离光耦U5的副边电源地脚(5脚)、瓷片电容C10的2脚与第二路电源地GDD相连，瓷片电容C9为供电滤波电容。

信号RX1(上述485接口单元中RX1接收信号)接入电阻R18的2脚、电阻R15的1脚，电阻R15的2脚与三极管Q4的基极相连，三极管Q4的发射极、电阻R18的1脚分别与第二路电源VDD相连；三极管Q4的集电极与电阻R7的1脚相连，电阻R7的2脚与发光二极管LED2的阳极相连，发光二极管LED2的阴极与隔离光耦U4原边的阳极(2脚)相连，隔离光耦U4原边的阴极(3脚)与第二路电源地GDD相连，以上构成隔离光耦U4的驱动电路，其中发光二极管LED2作为接收信号指示灯，如传输中有信号经过，发光二极管闪烁，闪烁频率与传输速率成正比，因此可根据发光状态反应数据的传输状态，可视性强。隔离光耦U4副边的输出脚(6脚)、电阻R8的2脚，瓷片电容C12的1脚，输出信号RX(上述232接口单元中RX发送信号)，构成隔离光耦U4的输出电路；隔离光耦U4副边的电源供电脚(8脚)、电阻R8的1脚、瓷片电容C11的1脚与第一路电源VCC相连；隔离光耦U4副边的电源地脚(5脚)、瓷片电容C12的2脚与第一路电源地GND相连，瓷片电容C11为供电滤波电容。

以上实施例的描述较为具体、详细，但并不能因此而理解为对本专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。