1 引言

RS-232串行通信是早期為促進公共電話網絡通信而制定的標準，是目前異步通信中應用最廣的標準總線，適用于數據終端設備和數據通信設備之間的接口。圖1所示為RS-232串行通信的簡單示意圖。然而，由于發送器（TXD）和接收器（RXD）之間具有公共信號地（GND），因此不能使用雙端信號，這樣可能會使共模噪聲耦合到信號系統中。因此，設計者不得不使用較高傳輸電壓進行傳輸，另外，這種傳輸方式的信號傳輸速度最高為20kB/s，最長距離僅為15m。顯然這樣的傳輸速度和距離已不能適應現代網絡通信的要求，為了使許多自身帶有RS-232通信接口的設備能夠在盡量降低硬件成本和減輕軟件工作量的情況下實現長距離串行通信，筆者開發了一種利用電流環同RS-232進行接口來實現具有光電隔離功能的長距離串行通信系統。

2 20mA電流環數據傳送信號原理

20mA電流環路串行接口也是一種應用較廣的接口電路，其串行通信接口電路如圖2所示，由于其沒有形成正式標準，因此一般計算機的數據傳送設備不具有這種接口。但其接口電路簡單，發送正、發送負、接收正、接收負四根線分別組成了輸入電流回路和輸出電流回路。在發送數據時，根據數據的邏輯1和邏輯0來有規律的使回路形成通、斷狀態（圖2中用開關示意電流的有無）。電流環串行通信接口的最大優點是低阻抗傳輸線對電氣噪聲不敏感，而且易實現光電隔離，且傳輸距離很長。

3 電路環路同RS-232串行通信電路的接口

結合電流環傳輸的上述特點，在充分利用設備自身配有的RS-232串行通信口的基礎上，筆者設計了如圖3所示的將RS-232信號轉換成電流環來進行信號傳輸的接口電路。圖3中ICL232芯片用于完成RS-232接口信號同TTL電平信號間的調整，RS-232總線的發送端（TXD）信號經ICL232芯片轉換成TTL電平信號后，經光耦（4N25），由芯片SN75452進行電流驅動。在傳輸線上，以電流有無的方式傳輸數字信號。同理，在接收端，電流信號經光耦及反向器整形，在形成TTL電平信號后，由ICL232芯片調理，然后將產生的標準RS-232電平信號送到RS-232串行通信的接收端（RXD），以完成串行通信的發送和接收。由圖3可知，電流環的傳送和接收是對地隔離的，即使傳輸線上受到強干擾，通信兩端帶有的標準RS-232通訊接口設備也不會受到影響，從而起到了通信線路同設備及設備之間的隔離，保證了設備的安全。采用這種方式傳送信號不但傳輸距離遠（在9.6kB/s的速度下，傳輸距離可達1km以上），而且抗干擾能力極強，即使在環境非常惡劣的條件下，也能保證通信的正常運行。

4 應用實例

在某五星級賓館的污水處理監視系統中，將圖3中傳輸長線兩端的電路分別做成兩塊電路板，一塊置于計算機端，將計算機串行口信號轉換成電流環信號發送出去或將電流信號轉換成RS-232電平信號進行信息接收；另一塊置于可編程控制器（PLC）端，用于將電流信號轉換成標準的RS-232信號送到PLC的串行口上或將PLC串口發出的信號轉換成電流，并通過電流回路發送出去，以實現計算機同PLC間的串行通訊，其系統工作圖如圖4所示。該方案的采用不但克服了單純使用RS-232串行通訊時的通導誤碼較多，以及在大功率電泵啟動或出現雷電天氣時通訊完全失敗等現象的發生，同時避免了PLC及計算機的串行口經常損環等問題，從而實現了隔離和長距離通訊的雙重功能。同時這種方法軟件編程簡單（同RS-232標準接口一樣），硬件成本很低（僅需要增加150元左右）。同目前解決長距離串行通信采用的RS-422總線相比，其性能價格比提高了數十倍甚至更多。目前，筆者設計此通訊接口已連續運行兩年，沒有出現任何問題。

另外，在空調電機氣參數自動檢測系統中，大部分的電氣參數測試設備均留有RS-232接口，系統的中心控制計算機同各設備之間一般都通過串行口進行信息交換和數據采集。但測試設備如功率儀、絕緣電阻測試儀、泄漏電流測試儀等均存在高壓信號，這些信號在串行通信時經常通過地線竄到計算機中，燒環計算機中的串行口。在這種情況下，采用圖3方案可實現計算機同各測試設備間公共地線的有效隔離，保證檢測設備和計算機的通信安全。

采用圖3所示方案的電路結構及實現原理比較簡單，同其它類型的串行通信總線如RS-422、RS-423、RS-449相比，該方案具有成本低（可借助設備原有的RS-232接口）、接口簡單、軟件支持性好，編程簡單，通用性及實用性強等優點，尤其在通信工程應用領域中具有很高的實用價值。