Блок гальванической развязки интерфейса RS-232. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

Между корпусами связанных по интерфейсу RS-232 приборов, например, компьютера и периферийного устройства, иногда имеется довольно большая разность потенциалов. Так бывает не только при работе с высоковольтными установками, но и при неправильном или ненадежном заземлении обычных приборов. Текущий в подобных случаях по линиям связи уравнивающий ток искажает передаваемые сигналы, он же нередко выводит из строя интерфейсные микросхемы, в том числе расположенные на материнской плате компьютера. Замена последней - дело не дешевое. Избежать неприятностей поможет предлагаемый блок оптической развязки, передающий все необходимые сигналы без электрического контакта соединяемых устройств.

В описываемом блоке электрическая изоляция цепей приема и передачи сигналов интерфейса RS-232 достигнута с помощью быстродействующих диодных оптронов и усилителей-формирователей сигналов на ОУ. Питают взаимно изолированные части блока от раздельных сетевых источников. Применять транзисторные оптроны с питанием непосредственно от линий интерфейса сочтено нецелесообразным. Во-первых, недостаточное быстродействие большинства таких оптронов не позволяет достичь скорости передачи более 9600 Бод. Во-вторых, возрастает вероятность отказа интерфейсных микросхем в результате ложащейся на них дополнительной нагрузки.

Схема узла оптической развязки для одной интерфейсной линии приведена на рис. 1. Входной сигнал стандартных для RS-232 уровней через защитную цепь R1VD1VD2 поступает на ОУ DA1, включенный по схеме повторителя.

Излучающий диод оптрона U1 подключен к выходу DA1 катодом и защищен от обратного напряжения диодом VD3. Резистор R2 ограничивает ток через диоды. Если напряжение на входе узла отрицательное (что соответствует передаче лог. 1), через излучающий диод течет ток и фотодиод оптрона U1 под действием ИК излучения находится в проводящем состоянии. В результате напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 больше, чем на неинвертирующем, а на выходе узла - отрицательное, как и на входе. При положительном входном напряжении (лог. 0) излучающий диод оптрона U1 погашен, фотодиод закрыт. Поэтому напряжение на выходе узла тоже положительное. Благодаря обратной связи через резистор R7 пороги переключения узла развязки из 1 в 0 и из 0 в 1 неодинаковы, что улучшает помехоустойчивость.

Уровни выходного напряжения при использовании указанного на схеме ОУ и напряжении питания ±12 В составляют ±10,5 В, что вполне соответствует требованиям стандарта RS-232. Резистор R8 - ограничительный для установленного вне рассматриваемого узла светодиода, сигнализирующего о передаваемом логическом уровне.

Питающие напряжения на входную и выходную части узла развязки (соответственно +12 ВI, -12 ВI и +12 ВII, -12 В II) должны быть поданы от попарно изолированных источников. Их общие цепи Общ. I и Общ. II также изолированы друг от друга. Печатная плата узла развязки и расположение элементов на ней показаны на рис. 2.

ОУ КР544УД2А можно заменить на КР140УД11, КР140УД18 и другие, но при этом необходимо убедиться, что временные искажения передаваемых сигналов не превысят допустимых для нужной скорости передачи данных. Замену оптрону АОД130А следует подбирать по минимальной длительности нарастания и спада выходного импульса и требуемому для решаемой задачи напряжению изоляции.

В одном из вариантов узла развязки был применен диодный оптрон, находящийся внутри микросхемы К293ЛП1. Имеющиеся у нее выводы позволяют подключить к оптрону внешние цепи, как показано на рис. 3. Выводы 7 и 8 оставляют свободными. Чтобы избежать пробоя между выводами 2 и 4, отверстие и контактную площадку для вывода 3 микросхемы К293ЛП1 на печатной плате делать не следует. Сам вывод перед монтажом удаляют.

Для связи устройств по интерфейсу RS-232 зачастую достаточно всего двух цепей: RXD (данные от периферийного устройства к компьютеру) и TXD (данные в обратном направлении). Схема блока развязки для такого случая показана на рис. 4. Блок состоит из двух описанных выше узлов развязки А1 и А2, совершенно одинаковых, но включенных в указанные выше цепи в противоположных направлениях. Розетку XS1 соединяют непосредственно или "модемным" (без перекрестных связей) кабелем с вилкой СОМ-порта компьютера, а к вилке ХР1 подключают периферийное устройство совершенно так же, как если бы его подключали к компьютеру без изоляции.

Учтите, что корпусы разъемов интерфейсных кабелей нередко оказываются соединенными через экранирующую оплетку последних с корпусами компьютера и периферийного устройства. По этой причине корпусы разъемов XS1 и ХР1 необходимо тщательно изолировать друг от друга и от корпуса блока развязки (если он металлический). Следует помнить, что прикоснувшись одновременно к двум разъемам, можно получить электрический удар.

Перемычки между контактами розетки XS1 нужны, чтобы "обмануть" компьютер, имитируя сигналы периферии, поступающие в ответ на его запросы. Если реальный обмен управляющими сигналами все-таки необходим, перемычки удаляют и добавляют в блок еще по одному узлу развязки для каждой из линий интерфейса. В линии DCD, RI, CTS, DSR (входные для компьютера) эти узлы включают аналогично А1. В линии RTS и DTR (выходные) - аналогично А2. Так как линии DCD и RI на практике используют сравнительно редко, обычно достаточно иметь шесть узлов развязки.

Четыре напряжения питания для узлов развязки получают от изолированных обмоток II и III трансформатора Т1 с помощью выпрямителей на диодных мостах VD1 и VD2. Их значения не стабилизированы и могут находиться в интервале 11,5...13,5 В (по абсолютному значению).

Трансформатору питания Т1 необходимо уделить особое внимание. Изоляция между его обмотками должна выдерживать напряжение, не меньшее того, на которое рассчитаны установленные в узлах развязки оптроны, - 1500 В и более. Обмотки II и III должны быть экранированы друг от друга и от обмотки I, иначе через паразитную емкость возможно проникновение в линию связи импульсных помех.

Нужное напряжение способна выдержать изоляция только тех малогабаритных трансформаторов, обмотки которых размещены на разных кернах магнитопровода или в отдельных секциях каркаса на одном керне. Однако готовый трансформатор такой конструкции с нужными обмотками, да еще с экраном между ними, приобрести вряд ли удастся. Остается подобрать подходящий по габаритной мощности и перемотать его вторичные обмотки. Предпочтение следует отдать трансформатору со сравнительно свободным окном магнитопровода. Это позволит без хлопот разместить обмотки с усиленной изоляцией и экраном.

Расчет новых вторичных обмоток сложности не представляет При первичном напряжении 220 В и токе нагрузки не менее 30 мА каждая вторичная обмотка должна давать 20 В (с отводом от середины). Измерив вторичное напряжение до переделки трансформатора и подсчитав в процессе разборки число витков удаляемой обмотки, легко определить нужное число витков новой. Оно изменится пропорционально напряжению. Обмоточный провод берут диаметром 0,1...0,15 мм. Он с запасом выдержит нужную нагрузку, а более тонкий в намотке очень неудобен.

Трансформатор заводского изготовления почти всегда залит лаком, но при некотором навыке его все-таки можно разобрать, не повредив обмотку и пластины магнитопровода Я делаю это так Ножом с тонким лезвием отделяю верхнюю пластину от набора, стараясь не повредить обмотки. Чтобы лезвие входило внутрь центрального стержня магнитопровода, оно должно быть достаточно узким. Чем большую часть пластины удалось отделить, тем выше вероятность успешной разборки. Далее не сильно, но прочно зажимаю магнитопровод в тисках (через картонные прокладки) и с помощью подходящей по размеру вспомогательной пластины из закаленной стали выбиваю из каркаса оставленную не зажатой отделенную от набора пластину.

Дальнейшая разборка обычно затруднений не представляет. Закончив ее, я удаляю из соответствующей секции каркаса имеющуюся вторичную обмотку и наматываю новые, не забыв предусмотреть между ними экран - незамкнутый виток из медной фольги или слой обмоточного провода виток к витку. В качестве изоляции между обмотками или обмоткой и экраном укладываю по несколько слоев промасленной конденсаторной бумаги. Ее можно "добыть", разобрав бумажный конденсатор большой емкости например, используемый в пускорегулирующих устройствах люминесцентных ламп. Закончив перемотку, возвращаю пластины магнитопровода на место.

Не стоит расстраиваться, если несколько пластин остались "лишними". На качество работы трансформатора это не повлияет. Если две вторичные обмотки на каркасе разместить не удалось, можно изготовить два одинаковых трансформатора, каждый с одной хорошо изолированной вторичной обмоткой. Их первичные обмотки включают в сеть параллельно.

Собрав блок, следует прежде всего проверить изоляцию между цепями разъемов XS1 и ХР1. Омметр, включенный между любым контактом или корпусом первого и любым контактом или корпусом второго разъема, должен показать бесконечно большое сопротивление. В ответственных случаях изоляцию проверяют мегомметром, развивающим соответствующее испытательное напряжение. Один его вывод подключают к надежно соединенным вместе контактам и корпусу розетки XS1, второй - аналогичным образом к вилке ХР1. Следует проверить изоляцию интерфейсных цепей и от питающей сети, а также от магнитопровода и экрана трансформатора Т1.

Первое включение собранного блока производят, не соединяя его с компьютером и периферийным устройством. Измеряют напряжение на контактах 1, 2, 6, 8, 9 розетки XS1 и на контактах 3, 4, 7 вилки ХР1 относительно контакта 5 соответствующего разъема. Оно должно превышать +10 В, а при подаче на контакт с тем же номером противоположного разъема напряжение ниже -5 В (относительно вывода 5 этого разъема) смениться отрицательным -10 В или менее. Одновременно должен загораться соответствующий светодиод. Естественно, проверке подлежат только те цепи, которые в собранной конструкции снабжены узлами развязки. Например, в блоке по схеме, изображенной на рис. 4, достаточно проверить напряжение между контактами 2 и 5 розетки XS1 и между контактами 3 и 5 вилки ХР1

Убедившись в работоспособности блока, подключают его между компьютером и периферийным устройством и, включив питание (первым - компьютера), с помощью тестовой или рабочей программы убеждаются в правильной передаче данных.

Описанный блок в шестиканальном варианте успешно работает более полутора лет, обеспечивая связь компьютера с осциллографом TDS-340, находящимся под потенциалом 2000 В. Блок проверен и при связи компьютера с установленным в другом помещении промышленным контроллером на базе микропроцессора 18031.

Максимальная скорость передачи информации - 19200 Бод. В работе с более высокой скоростью необходимости не возникало, хотя теоретически такая возможность имеется.

Автор: Н. Марамыгин, г. Москва

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Нанопокрытие может помочь сохранить воду в озерах и водохранилищах 04.09.2026

Испарение представляет собой одну из наиболее заметных причин потери запасов пресной воды, особенно в регионах с жарким и сухим климатом. По мере повышения температуры эта проблема становится еще более актуальной: вода из озер, дамб и искусственных водохранилищ быстрее переходит в атмосферу, сокращая объем ресурсов, доступных для населения, сельского хозяйства и промышленности. Один из возможных способов замедлить этот процесс предложил физик Даниэль Кваси Кпегло, недавно получивший степень PhD по физике. Разработанная им концепция предполагает использование очень тонкого плавучего покрытия из наноматериала. Предполагается, что такой слой будет располагаться непосредственно на поверхности воды и выполнять роль своеобразного защитного "одеяла". Его задача заключается в ограничении количества инфракрасного теплового излучения Солнца, достигающего поверхности водоема, благодаря чему вода должна нагреваться медленнее и испаряться в меньшем объеме. Проблема, которую пытается решить ис ...>>

Линейная оптика Vossloh-Schwabe с равномерным освещением без бликов 04.09.2026

Плоские светильники должны одновременно обеспечивать высокую яркость, равномерное освещение и компактные размеры. При этом одна из главных технических проблем заключается в необходимости распределить свет от множества светодиодов так, чтобы на поверхности не появлялись яркие пятна и участки с недостаточной освещенностью. Компания Vossloh-Schwabe предлагает решить эту задачу с помощью специальной линейной оптики, предназначенной для светодиодов SMD W2. Оптика 1R разработана таким образом, чтобы формировать однородную яркость без бликов и одновременно уменьшать необходимую высоту светильника. Ее конструкция позволяет эффективнее использовать световой поток светодиодов, что особенно важно при создании тонких плоских осветительных систем. Оптическая эффективность достигает 96%, поэтому большая часть излучения направляется на рабочую поверхность, а потери света остаются минимальными. Главная особенность 1R - широкая фотометрическая диаграмма в форме так называемого "крыла летучей мыши ...>>

Теплицы будущего: ранняя диагностика растений и роботизация производства 03.09.2026

Современная теплица постепенно превращается из обычного сооружения для выращивания растений в высокотехнологичную производственную систему. Камеры, сенсоры и роботизированные платформы позволяют получать значительно больше информации о состоянии культуры и использовать ее для принятия решений. Однако само наличие большого количества датчиков еще не гарантирует практической пользы: важно понимать, насколько точны их показания, удобно ли устанавливать оборудование и действительно ли собранные данные помогают производителю. Именно эти вопросы специалисты Harvestis в Хоогстратене, Бельгия, ранее известного как Proefcentrum Hoogstraten, изучали в ходе испытаний современных сенсорных технологий и роботизированных решений. Особое внимание исследователи уделили автоматическому сбору информации о растениях. На демонстрациях в теплицах были представлены системы IUNU и Hortiworld, причем IUNU Luna предназначена для постоянного мониторинга культуры, прогнозирования урожая и оценки качества выпо ...>>

Случайная новость из Архива Имплантируемый чип от MicroCHIPS успешно испытан на людях 23.02.2012 Компания MicroCHIPS объявила о первых успешных клинических испытаниях на человеке имплантируемого программируемого устройства с беспроводным управлением, предназначенного для доставки лекарств. Компания MicroCHIPS специализируется на разработке таких устройств и имплантируемых биосенсоров. В качестве испытуемых выступили пожилые женщины, у которых был диагностирован остеопороз. С помощью микрочипа они регулярно получали суточную дозу необходимого лекарственного препарата. При этом в крови больных поддерживался безопасный, необходимый по терапевтическим показаниям уровень препарата - такой же, как в результате обычно применяемых в этом случае многократных подкожных инъекций. Имплантация, выполняемая под местной анестезией, занимала менее получаса. Основной целью исследования было клиническое испытание разработки с точки зрения фармакокинетики. Меры безопасности включали постоянный контроль состояния имплантированного прибора и уровня препарата в крови. Вторичной целью исследователи назвали анализ биологической активности лекарственного средства, оценку надежности устройства и повторяемости операций доставки. Сейчас специалисты MicroCHIPS разрабатывают устройство, вмещающее 400 доз лекарственного средства, чего может быть достаточно для работы в течение года или даже больше. Наличие беспроводного управления позволяет врачам изменять дозу и интервал доставки удаленно. Первоначальную разработку микрорезервуаров и открывающего механизма, впоследствии лицензированную MicroCHIPS, выполнили специалисты Массачусетского технологического института. Подать заявку на использование разработки в первом серийном устройстве компания рассчитывает в 2014 году.

Другие интересные новости:

▪ Биосовместимая электродная ткань для одежды

▪ 75-дюймовый 4K телевизор на базе технологии MicroLED

▪ Автомобильный проектор понимает жесты и человеческую речь

▪ Инновационные источники питания TDK-Lambda DRF

▪ Портативный накопитель Toshiba Canvio Alu

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Конфликт цивилизаций. Крылатое выражение

▪ статья Что такое налоговая декларация? Подробный ответ

▪ статья Продавец по продаже пива (кваса) из изотермических емкостей. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Сигнализатор разрядки автомобильного аккумулятора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зажигалка для газа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026