电子产品世界

对于数字量输入，可在输入端加入适当的滤波电容、自恢复保险丝、压敏电阻、整流二极管和电阻等元件组成的电路，然后和光耦隔离器PS2801串联。值得注意的是，和光耦隔离器串联的电阻R3、并联的电阻R4选取要恰当，通过调整其电阻值，可以得到合适的输入电压阈值。数字量输入电压通过光耦隔离之后，转换为合适的电压信号至MCU。考虑到数字量输入可为开关量输入和脉冲信号输入，应选用MCU的外部中断功能引脚作为数字量输入管脚，这样MCU才能及时响应数字量输入。
对于数字量输出(电压输出)，MCU通过光耦隔离器PS2801控制固态继电器VN3401SP的输出。数字量输出可分为开关量输出和脉冲输出。对于开关量输出，可以通过MCU的普通GPIO引脚来实现控制；对于脉冲输出，可以使用MCU的PWM引脚来实现控制。
1．3 模拟量输入模块
当MCU内部集成的ADC不能满足系统设计要求时，需要外加一个满足系统设计要求的ADC，外部ADC采集的数据可以通过多种总线传输到MCU(如IIC、SPI等)。

该RTU具有8路模拟量输入，模拟量输入原理图如图3所示。模拟量输入范围为直流4～20 mA或0～5 V，采用TI公司的ADS7952(采样频率为1 MHz，12位分辨率，20 MHz的SPI串行接口)，在模拟量输入前端加入适当的调理电路(由滤波电容、自恢复保险丝、TVS管、精密电阻、高速运放、稳压管等元件组成的电路)，ADS7952的数据传输采用SPI总线传输，在ADC和MCU的SPI总线上加上一个磁耦隔离器ADuM1401，注意磁耦隔离器的数据转换速率要大于SPI的传输波特率。
1．4 通信模块
新型RTU具有强大的通信组网能力，并且兼容多种通信方式，如TCP／IP、RS232、RS485通信等等。该RTU有1个RS232通信接口、1个RS4 85通信接口和1个以太网接口。其中，RS232通信接口还可以外接一个ZigBee模块，实现无线数据传输。
MCU的UART端口通过磁耦隔离器ADuM1402分别与RS232收发器MAX3232E和RS485收发器SN65HVD-1176D相连。由于RS232／RS485通信均为有线通信，在恶劣的环境下，例如通信电缆受到雷击干扰，收发器可能由于过压而烧坏，甚至会影响MCU的正常工作，所以应该在收发器接线端子上加上合适的防雷保护电路。防雷保护电路可以分为三层保护：第一层用三个玻璃放电管组成一个三角形电路作为一级保护，可以把雷击电压降到数百伏；第二层用耐高压的TVS管，可以把传输线上的电压降到数十伏；第三层加上适当的电感或保险丝，用于进一步保护收发器。RS232／RS485通信模块的结构原理图如图4所示。

MCU通过数据总线、地址总线、若干控制信号线与以太网控制器DM9000相连，以太网控制器的两对差分信号线接到合适的网络变压器上，同时为了保护以太网控制器，在网络变压器跟RJ45网口之间加入一个合适的ESD保护电路，可以消除外部环境的影响。以太网通信模块图工作原理如图5所示。

关键词： 设计 RTU ARM9 基于