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串口泵-----一种将RS232通讯距离延长2公里的产品
作者: 来源:中国机电工程网    发布于:2019-06-07 15:58:59    文字:【】【】【
[摘要]将RS232接口转换成双端平衡传送和差分接收方法,并对信号进行光电隔离,无需外接电源,实现延长RS232通讯距离和抗干扰保护接口之目。
[关键词]平衡传送 差分接收 串口窃电 瞬态电压抑制

 

一、引言
        串口泵也称为RS232隔离长线驱动器,是德阳四星电子技术开发中心研制RS232/RS422/RS485系列产品之一,外形采用DB25转接盒,外插RS232串口,即插即用,使用极为方便。独特串口窃电技术使该 系列产品不需要外接电源,需靠初始化设置串口来供电,使用本系列产品后均不会对软件作任何修改,确保适合一切软件!该产品全部采用工业级元器件,并设有抗雷击等瞬态电压抑制电路。特别适用于工业现场,野外等恶劣环境.

 

二、工作原理
        采用RS232接口单端信号传送方式,通讯距离只能达到15米,很大程度上限制了计算机应用范围。影响计算机正常通讯因素主要有电磁辐射干扰(噪声干扰)和电源干扰(串扰)。电磁辐射干扰主要来自于工业现场各种用电器,它通讯电缆线上产生感应电势等噪声干扰使系统不能正常工作。电源干扰主要原因是设备电源电路不够理想,如两台设备所用电源不同相;设备接不好;两台设备处不同电力分布网,电位不同等原因两台设备之间产生电位差而形成串扰。

        可见:Er=Et+En+Eg,Et为十几伏,Eg一般为几十伏至几百伏,En若是来自用电器一般不超过几十伏,若是来自雷电则可达几千伏。 RS232接口所能承受最大电压是25伏,由此可见,几十伏以上干扰信号会影响正常通讯足可将接口烧毁。

        SC-232系列光隔离长线收发器是将RS232接口数据传送方式转换成双端平衡信号传输,并用高速光隔离器件将两台设备隔离开,差分接收器接收到双端平衡信号后再还原成RS232信号送至RS232接口。

        Et为发送端电压,Er为接收端电压,En为干扰电压,Eg为电位差。
        Er=Et+En-En=Et

        采用双端平衡传输和差分接收,使加两根导线上干扰信号可以相互抵消而不影响正常信号传输,有效克服了噪声干扰。同时光隔离器作用,使两台通讯设备之间电位差Eg不会对信号有任何影响。彻底解决了通讯中串扰和噪声干扰。

        经实测,使用串口泵后波特率为9600bps时通讯距离可达2公里,若降低通讯速率,则可相应延长通讯距离。

三、工作电源窃取
        本装置不需外接电源,其工作电源从RS232接口上窃取。如图4所示:图中TXD、RTS、DTR是RS232输出信号,每根信号线可提供约9mA输出电源,通讯时其电压+10V和-10V之间跳变,通讯停止后其电压极性不定,但开机上电时全部为-10V。该三个信号经D1~D6全波整流和C1、C2滤波后到+9V和-9V直流电压,若是开机上电状态则-9V电压。IC1和IC2分别是负电压到正电压转换器和正电压到负电压转换器,将输入电压转换极性并升压,这样TXD、RTS、DTR是什么极性都能DW1和DW2端到+9V和-9V稳定电压。亦即不需靠软件设置来到工作电压,确保适合所有软件!其实只需以上任意一根信号线即可满足要求。

 四、瞬态电压干扰接口保护
        本装置采用平衡差分传输方式,具有良好抗电磁干扰能力,光电隔离电路能有效抑制电位差干扰。采用屏幕电缆对抑制射频干扰很有效,但屏蔽电缆线电容较大,会相应降低通讯速率。除上述常见干扰因素外,瞬态电压干扰是威胁通讯接口安全元凶之一。

        瞬态电压抑制器TVS是一种高效能电路保护器件,外形及符号同普通稳压管,所不同是,它是一种特制齐纳二级管,能经受高达数千伏脉冲电压和数十乃至数百安培浪涌电流,能承受功率高达数千瓦。同时TVS具有极小极间电容,并不会影响信号正常传输。

        给出了本采用TVS保护电路。发送端和接受端各采用3个TVS单元,分别对线路之间、线路对之间瞬态电压干扰进行抑制,消强电进入而产生通讯口被烧毁现象,有效保证了整个通讯系统安全运行。
       
五、结束语
        串口泵可广泛用于各种工业控制系统、计算机通讯系统等一切采用RS232通讯设备,对延长通讯距离、抗干扰和保护接口等方面不失为一种经济可靠装置。以上原理,还可设计出RS232到RS422/RS485等各种通讯规程转换器,不需要外接电源。
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