Converter model 485a схема

Обновлено: 03.07.2024

Современные периферийные устройства в своём большинстве рассчитаны на подключение к компьютеру по интерфейсу USB, который сейчас вытеснил все другие виды компьютерных интерфейсов. Если возникнет задача ввести в компьютер информацию по интерфейсу RS-485, в этом поможет предлагаемый преобразователь.

Асинхронный интерфейс передачи данных RS-485 - один из самых распространённых промышленных интерфейсов и, несмотря на постепенное вытеснение более современными технологиями, такими как, например, Ethernet, продолжает по сей день активно применяться в системах промышленной автоматизации, пожарной и охранной сигнализации, контроля доступа и пр. Он, конечно же, не может соревноваться с вездесущими Ethernet и Wi-Fi по скорости передачи данных, но зато обладает одним неоспоримым преимуществом - простотой реализации. Для связи по RS-485 требуются всего два провода и очень простое программное обеспечение, к тому же существует огромное количество готовых аппаратных и программных решений. Также следует отметить и весьма хорошую дальность связи - более километра при скорости до 62,5 кбит/с, согласно спецификации на стандарт. На практике же удавалось организовать стабильный обмен данными на расстояние более трёх километров на скорости 10 кбит/с при использовании экранированной витой пары.

Для возможности подключения какого-либо прибора, оборудованного интерфейсом RS-485, к домашнему компьютеру или ноутбуку необходим, естественно, соответствующий преобразователь интерфейсов, например USB/RS-485. Подобные устройства широко распространены и подробно описаны в технической литературе. О варианте подобного преобразователя и пойдёт речь. Схема устройства приведена на рис. 1. В основе лежит "классическая" в подобных преобразователях популярная микросхема FT232RL (DD1). Она представляет собой специализированный, полностью аппаратно реализованный двухнаправленный преобразователь-конвертер USB/UART (UART -Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - универсальный асинхронный приёмопередатчик) с полной поддержкой протокола USB. Микросхема требует минимальной внешней обвязки. Помимо этого, FT232RL имеет встроенную EEPROM объёмом 1024 байт и предоставляет весьма широкие возможности для пользовательского конфигурирования некоторых своих параметров и режимов работы. Например, можно выбрать режим работы от встроенного или от внешнего тактового генератора, переназна-чить функции выводов CBUS0-CBUS4 (на схеме показаны только задействованные CBUS0-CBUS2), включить инверсию сигналов UART и пр. Полную информацию о микросхеме можно получить из технической документации производителя [1]. Для конфигурирования можно использовать бесплатные утилиты MProg 3.5 и FT_Prog 3.0 c сайта производителя. С завода микросхема поставляется со штатной конфигурацией (прошивкой), в которой выбран режим работы от внутреннего тактового генератора, вывод СBUS0 (выв. 23) настроен на подключение светодиода, индицирующего передачу данных, CBUS1 (выв. 22) - для светодиода приёма данных, CBUS2 (выв. 13) - сигнал коммутации приём/ передача (DE - Driver Enable). В схеме на рис. 1 используется штатное включение микросхемы.

Рис. 1. Схема устройства

Микросхема ADuM5401 (DD2) представляет собой цифровой изолятор сигналов, специально разработанный для применения в промышленных интерфейсах передачи данных. Согласно технической документации производителя, изолятор способен кратковременно выдерживать между входом и выходом разность потенциалов 2,5 кВ. Подробно эта микросхема описана в [2]. Она имеет четыре одинаковых, работающих только в одном направлении (вход- выход), изолированных канала:

- первый: выв. 3 - вход, выв. 14 - выход;

- второй: выв. 4 - вход, выв. 13 - выход;

- третий (на схеме не показан): выв. 5 - вход, выв. 12 - выход;

- четвёртый: выв. 11 - вход, выв. 6 - выход.

Помимо этого, ADuM5401 имеет также встроенный изолированный источник питания, по сути - интегральный трансформатор мощностью 0,5 Вт (при напряжении 5 В) для питания вторичной, изолированной стороны: выв. 16 - плюсовой вывод и выв. 15 - минусовый.

Микросхема ADM1485ARZ (DD3) - обычный приёмопередатчик дифференциального сигнала для стандарта RS-485/RS-422. Приёмник и передатчик могут коммутироваться независимо друг от друга. Для того чтобы включить передатчик, необходимо подать высокий уровень на выв. 3 (DE - Driver Enable - передатчик разрешён). Включение приёмника - инверсное, осуществляется подачей низкого уровня на выв. 2 (RE - Receiver Enable - приёмник разрешён). На схеме (см. рис. 1), как и в большинстве подобных схемных решений, выв. 3 и выв. 2 соединены для удобства вместе. Когда на линии R/T установлен высокий уровень, DD3 работает на передачу, а когда низкий - на приём информации. Выв. 1 (RO - Receiver Output) - выход приёмника. Выв. 4 (DI - Driver Input) - вход передатчика. Подробное описание этой микросхемы приведено в [3].

Устройство можно значительно упростить, отказавшись от гальванической развязки и входного фильтра питания. Схема упрощённого варианта показана на рис. 2.

Рис. 2. Схема упрощённого варианта устройства

Рис. 3. Чертёж печатной платы преобразователя

Чертёж печатной платы преобразователя приведён на рис. 3. Печатная плата максимально минимизирована под размер обычной "флешки" и выполнена на фольгированном с двух сторон стеклотекстолите FR-4 размерами 14x41 мм. Детали расположены с обеих сторон. На условно верхней стороне - разъёмы X1 и X2, микросхемы DD1 и DD3, цепи индикации R1HL1, R2HL2 и HL3, а также защитные диоды VD1 и VD2. Остальные - на условно нижней стороне платы. Расположение элементов показано на рис. 4. Все резисторы и конденсаторы, кроме С5, а также светодиоды применены типоразмера 0603. Конденсатор С5 - танталовый типоразмера Case A (размеры 3,2x1,6x1,6 мм) на номинальное напряжение 10 В. Разъём USB (X1) - USB-AR (DS1097-B) или аналогичный. Разъём X2 - ECH381R-04P со съёмной ответной частью EC381V-04P Самовос-станавливающиеся предохранители F1 и F2 - MF-USMF010 или аналогичные на ток срабатывания от 100 мА (размеры 3,2x2,5 мм). Дроссель помехопо-давления L1 - BLM21PG331SN1D. Однонаправленные защитные диоды-супрессоры VD1 и VD2 желательно заменить на двухнаправленные SMAJ10CA-TR в корпусе SMA/DO-214AC. Фото собранного устройства приведены на рис. 5 - рис. 10.

Рис. 4. Расположение элементов на плате

Рис. 5. Устройство в сборе

Рис. 6. Устройство в сборе

Рис. 7. Устройство в сборе

Рис. 8. Устройство в сборе

Рис. 9. Устройство в сборе

Рис. 10. Устройство в сборе

Рис. 11. Диспетчер задач

Рис. 12. Подключение преобразователей интерфейсов к USB-портам компьютера

Рис. 13. Окна программы Terminal1_9_b

Программа Terminal1_9_b находится здесь.

Автор: В. Лазарев, г. Вязьма Смоленской обл.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Для того, чтобы обеспечить обмен данными между различными стандартами серийных портов компьютеров, внешним оборудованием или "умными" устройствами, сначала требуется преобразовать данные сигналы. Данный конвертер полностью совместим со стандартами RS-232C и RS-485. Он может преобразовывать сигнал RS-232 в уравновешенный дифференциальный сигнал RS-485 и увеличить максимальное расстояние передачи сигнала до 1,2 километров. Данное устройство является пассивным и не требует подключения дополнительного источника питания. В нем используется специальный генератор, увеличивающий мощность сигналов от RS-232 (RTS, DTE, TXD) без инициализации последовательного интерфейса RS-232. Внутренний приёмо-передатчик (трансивер) и контур осуществляют автоматизированный контроль направления потока данных, вместо обмена сигналами об установлении связи (таких, как RTS, DTR и т.д.).

При работе в режиме half-duplex RS232, программное обеспечение обеспечивает тот же функционал под RS-485 без каких-либо изменений. Скорость передачи данных 300 - 115200 bps может применяться между хост - компьютерами или хост - компьютером и внешним оборудованием, и образует сеть типа "точка - точка" (point to point) или "точка - мультиточки" (point to multipoints). Такие сети широко применяются в промышленной автоматизации, дверных запорах, картах "all-in-one", паркоматах, ATM, автобусных турникетах, автоматах по продаже еды, системах контроля за персоналом и пропускных шлагбаумах на автомагистралях.

Данная инструкция применима к моделям:

STM485-S (Standart, стандартный)

STM485-C (Commercial version, коммерческая версия)

STM485-I (Industrial, промышленная)

II. Особенности устройства

1. Интерфейс: Совместимый со стандартами EIA/TIA RS-232C и RS-485.

2. Сопряжение электронного оборудования. Со стороны RS -232 расположен разъём DB9 (мама). Со стороны RS-485 расположен разъём DB9 (папа), с платой подключения.

3. Режим работы: асинхронный, полудуплексный, дифференциальная передача.

4. Среда передачи данных: витая пара или витая пара с попарным экранированием (STP).

5. Скорость передачи данных: 300-115200 bps.

6. Габаритные размеры: 95x33x17 мм

7. Рабочие температуры: 0..70 С (STM485-C), -20..+85 С (STM485-I), относительная влажность от 5% до 95%.

8. Расстояние передачи данных: 1200 метров (RS-485), 5 метров (RS232).

III. Подключение и определение сигналов.

1. Подключение RS232C:

DB9

(мама)

RS-232C

(сигнал)

2. Подключение RS-485

Номер Pin

DB9 (папа)

RS-485 (клеммная колодка)

В-/B

D+/A

D-/B

GND

+5V..+12V

GND

+5V..+12V

IV. Установка аппаратных средств и программного обеспечения.

Данный конвертер использует традиционные разъёмы DB9 (мама) и DB9 (папа). Соединительная плата с клеммной колодкой имеет четыре контакта. Вы можете использовать витую пару (TP) или витую пару с попарным экранированием (STP) для легкой установки или демонтажа. D+/A - это положительный сигнал, D-/B - отрицательный сигнал, +5V/+6V - это внешнее питание, которое подключается при необходимости, GND - это провод заземления. Для передачи данных необходимо подключить, как минимум, 2 провода (D+/A и D-/B). Сигналы одинаковой полярности подключаются вместе. Если Вы используете STP (витую пару с попарным экранированием), то GND также должен быть присоединен. Данный конвертер поддерживает две модели передачи данных:

1. Point-to-point (т.н. "точка-точка"), 2 кабеля, half-duplex.

2. Point-to-multipoints (т.н. "точка-мультиточки", 2 кабеля, half-duplex.

Когда конвертер работает в самом конце цепи, необходимо устанавливать т.н. "терминатор", т.е. резистор (рекомендуется 120 Ом, 1/4W). Терминатор не позволяет сигналу отражаться и накладываться.

V. Пример сети.

1. Point-to-point (т.н. "точка-точка"), 2 кабеля, half-duplex.

2. Point-to-multipoints (т.н. "точка-мультиточки", 2 кабеля, half-duplex.

VI. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Ошибка передачи данных

a. Проверьте, правильно ли подключен интерфейс RS-232

b. Проверьте корректность выходного сигнала RS-232

c. Проверьте качество подключения проводов

2. Данные теряются или приходят с ошибками

a. Проверьте на обоих устройствах правильность установки формата и скорости передачи данных.

Для нормальной работы данной схемы нужен всего лишь трехпроводной, минимальный вариант протокола RS-232, а также источник питания с напряжением от +10 до +15В для организации двунаправленной лйнии связи, по которой можно обмениваться данными на скоростях приема/передачи до десятков килобод.

Схема работает следующим образом: когда нет связи ни по RS-232, ни по RS-485 (порт RS-232 в состоянии ТОКОВАЯ ПОСЫЛКА, все устройства на линии RS-485 неактивны), оба провода RS-485 находятся в состоянии лог. 1, которое задается резистором привязки с сопротивлением 1200 Ом. В таком состоянии верхний (по схеме) компаратор поддерживает линию RCD интерфейса RS-232 под отрицательным напряжением, то есть в состоянии ТОКОВАЯ ПОСЫЛКА. Если через порт RS-232 передается знак, то такая передача начинается с положительного импульса (состояние БЕСТОКОВАЯ ПОСЫЛКА), соответствующего стартовому биту на линии TXD. Соответственно на линию «-» интерфейса RS-485 через транзистор 2N4401 подается положительный потенциал, и напряжение на ней становится больше, чем на линии «+»; таким образом передается стартовая посылка по кабелю RS-485. Одновременно с этим нижний компаратор, включенный с верхним по схеме монтажного ИЛИ (оба компаратора в микросхеме LM393 имеют выходы с открытым коллектором), удерживает линию RCD интерфейса RS-232 на низком логическом уровне, предупреждая поступление передаваемых данных обратно в RS-232. Приемная линия порта RS-232 остается свободной. Передача остальных битов символа происходит тем же самым образом. Когда она инициируется одним из устройств на шине RS-485, то процесс начинается с активизации передатчика RS-485 и установки потенциала линии «-» выше потенциала линии «+». При этом верхний компаратор микросхемы LM393 освобождает линию RCD, а нижний компаратор не мешает появлению на ней положительного потенциала.

Биты данных поступают на приемную линию порта RS-232, причем имеют двухпо-лярные уровни напряжения, соответствующие стандарту на интерфейс RS-232. По максимально допустимому уровню синфазных и по подавлению наведенных шумов и помех эта схема вполне совместима со спецификациями стандарта RS-485. Максимальная скорость передачи через преобразователь ограничивается в основном нагрузочной способностью выхода компаратора, работающего на кабель с большой погонной емкостью.

Столкнулся я на роботе с проблемой подключения расходомеров, которые имеют интерфейс RS232, к контроллеру который собирает информацию с расходомеров и имеет интерфейс RS485. Можно конечно купить платы расширения с 485 интерфейсом, но цена на них какая то не демократическая.

Было принято решение сделать преобразователь интерфейсов RS232 в RS485, казалось бы что может быть проще, взял микросхему MAX232 подключил к ней микросхему MAX485 и все работает, а не тут то было, оказалось все не так просто, микросхема MAX232 работает в режиме полный дуплекс, то есть одновременно может и принимать и передавать данные, а вот микросхема RS485 уже работает в полу дуплексном режиме, для перевода ее на передачу ей необходимо дать команду на выводы RE и DE. Ставить для данных целей еще контроллер, который будет отслеживать пакеты, и переключать режимы приема-передачи микросхемы MAX485, очень дорого и муторно, но выход есть.
А заключается он в установке транзисторного ключа, которым управляет микросхема MAX232, как только на 232 интерфейс приходит сигнал TX, транзисторный ключ переводит микросхему MAX485 в режим прием или передача.

В схема можно использовать аналоги микросхем MAX232 и MAX485, 5 вольтовый стабилизатор 7805 я заменил на LM317, по причине ее высоковольтности, она держит по входу до 40 вольт, что позволяет запитать ее от промышленных блоков питания.
Я собрал и проверил преобразователь в железе все работает как часики. Он уместился на печатной плате размером 50 х 35 мм. хотя можно сделать гораздо меньше))))

Ну и на последок фото того что у меня получилось, кстати это первая плата на которой я применил паяльную маску)))

Решил поделиться с общественностью одной из возможных реализаций преобразователя USB<=>RS485 на базе микросхемы FT232RL:

Понадобился тут по работе преобразователь USB<=>RS485. Чтобы как можно скорее (что неудивительно), да размерами поменьше. Плюс гальваноразвязка не требуется. На местный радиорынок немедленно был заслан знающий человек – оценить обстановку и узнать что почем. Каково же было мое удивление, когда тот вернулся ни с чем. Нету, говорит, таких. Вот мобильников, говорит – гора. А преобразователей – нет.

Данная новость меня безумно обрадовала, т.к. на локальном диске Д давно (еще, наверное, с начала осени) валяется незаконченный проект именно такого преобразователя. И даже кой-какая документация собрана была. Ну а тут – такое совпадение!

Надо сказать, я даже не стал лазать по Интернету в поисках готового девайса. Ибо за два дня (в которые требовалось уложиться) все равно, наверное, ничего не успели бы привезти. Поэтому я сразу открыл свой незаконченный проект и сделал «Выделить всё => Удалить». Потому что плата там закладывалась односторонняя, да плюс одна из микросхем была в корпусе DIP-8, что, согласитесь, целям миниатюризации преобразователя ну никак не соответствует. Благополучно удалив результаты прошлых трудов, я начал проектировать преобразователь заново.

Поскольку девайс надо было сделать побыстрее, то вполне логичное решение – использовать давно любимую мной микросхему FT232RL. Тем более, что в документации на нее есть страница 27 (в другой редакции – 28), на которой приведена практически готовая схема проектируемого преобразователя:

И я эту страницу из даташита даже перевел ранее (вернее, пересказал своими словами). Чтобы не раздувать объем заметки о таком проекте-малыше, здесь я решил только вкратце описать принцип действия данной схемы.

Итак, с учетом всего вышеперечисленного итоговая схема разрабатываемого преобразователя стала выглядеть следующим образом:

Перемычка «TERM» (Terminator) служит для подключения/отключения согласующих резисторов (терминаторов) с номинальным значением сопротивления равным 120 Ом. Терминатор должен быть подключен, если преобразователь физически находится на одном из концов шины RS485 (см. пересказ). В противном случае согласующий резистор необходимо отключить.

Можно заметить, что под терминатор на схеме заложено аж два резистора в параллель. Сделал так потому, что внезапно обнаружил исчезновение в моей кассе резисторов номиналом 120 Ом. Зато номинал 240 Ом присутствует в достаточном количестве. Ну и вот – поэтому на схеме два резистора вместо одного:).

Резисторы R3 и R4 я обычно в схемы на SP481 (вернее, ее аналогах) не закладываю. Честно говоря, это вообще первый проект, где предусмотрена их установка. Однако, люди бывалые говорят, что при достаточно протяженной линии RS485 часто бывает необходима установка данных резисторов, ибо в противном случае с шины в USB-порт начинает валиться всевозможная абракадабра.

Естественно, под вышеприведенную схему незамедлительно была разведена

печатная плата. Корпуса элементов для поверхностного монтажа, под которые разрабатывалась плата:

— резисторы: 1206;
— конденсаторы: 1206 либо 0805;
— светодиод: 1206 либо 0805;
— микросхема преобразователя TTL/RS485: SOIC-8.

Габаритные размеры печатной платы и собранного преобразователя:

После изготовления печатной платы можно приступать к установке и монтажу деталей. Собранный преобразователь не нуждается в настройке. Необходимо лишь установить драйвера для микросхемы FT232 после того, как девайс будет воткнут в разъем USB компьютера. Ну и снять или надеть перемычку «TERM» в зависимости от расположения преобразователя на шине RS485.

На сегодня всё. Желаю удачи при работе с шиной RS485!

Содержание архивов (также прилеплены к заметке):

PI-5_Hardware.zip:
ПИ-5.pdf – схема преобразователя;
ПИ-5_ЛУТ.lay – печатная плата преобразователя (вариант для «утюжников»);
ПИ-5_ФР.lay – печатная плата преобразователя (вариант для «шаблонщиков»).

Платы нарисованы в «САПР» «Sprint Layout 5.0» (бесплатная гляделка).

Читайте также: