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【摘 要】本文介绍串口隔离器在自动气象站通信中的应用。首先简单介绍了RS-232接口容易损坏接口电路的芯片以及传输距离有限等不足，然后介绍了隔离器在不改变原有RS-232硬件接口和软件编程的基础上，延长RS-232传输距离，提高抗干扰能力。由于串口隔离器采用光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。最后详细介绍串口隔离器在自动气象站通信中的应用。
【关键词】RS-232接口；串口隔离器；自动气象站通信
0.引言
随着计算机技术的不断发展，在数据采集传输控制中利用计算机串口进行数据通信的应用也越来越广泛。计算机与计算机或计算机与终端设备之间的数据传输可以采用串行通讯和并行通讯两种方式。但串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛使用。RS-232是美国电子行业协会（EIA）制定的串行数据通讯的接口标准，RS-232接口是目前最常用的一种串行通讯接口。
1.RS-232的不足
RS-232接口的信号电平在±3V～±15V之间，电平值较高，容易损坏接口电路的芯片，同时RS-232接口标准传输距离有限，波特率为9600bps时，最大传输距离为15米。所以不断出现了一些新的接口标准如RS-422、RS-485、光纤等。由于RS-232的这些不足，完全放弃RS-232接口标准吗？原来已经采用RS-232接口标准的通信控制系统重新更换通信接口吗？如果重新更换接口，原有的系统又需要调试过程，成本太高。那么有没有既不更换接口标准，又不需要太高成本的解决方案呢？答案是肯定的。本文介绍一种采用串口隔离器，在不改变原有RS-232硬件接口和软件编程的基础上，延长RS-232传输距离，提高电绝缘能力和抗干扰能力的解决方案。
2.串口隔离器（例如：瑞赛特GC-25T串口隔离器）
瑞赛特GC-25T串口隔离器，可以远距离传输发、地、收三线的RS-232信号。GC-25T连接25芯的RS-232接口，成对使用。隔离器之间采用双绞线连接，最长距离可达1000米。隔离器两端分别连接RS-232接口的计算机与终端设备。瑞赛特隔离器内部采用光电转换技术使计算机RS-232接口电路与终端设备RS-232接口电路之间电气彼此隔离， 因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
GC-25T原理图如图所示。
GC-25T直接连接数据终端设备（Data Terminal Equipment，简称DTE）；与数据通讯设备（Data Communication Equipment，简称DCE）连接时，需要2-3交叉线连接。GC-25T内部采用窃电技术从RS-232接口获得电源，无需外部供电。同时从25芯孔端的RTS（4）脚或DTR（20）引脚获取辅助电源，当GC-25T与非标准的RS-232接口连接时或距离较远信号严重衰减时，从20脚接入-7V至-12V电源，可以进一步提高性能指标，保障通信稳定进行。
3.隔离器在自动气象站通信中的应用
自动气象站由硬件和软件组成，硬件包括各种信号采集传感器（气压传感器，温度传感器，湿度传感器，风向风速传感器，雨量传感器等），数据采集器（中央处理单元），通讯接口，系统电源，计算机等；软件有采集处理软件和系统软件。传感器是指能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。采集器将传感器采到的各种数据按照一定的规定和协议格式进行处理和存储，然后再将气象数据通过串口传输到计算机进行处理，显示，存储。
图3为GC-25T在自动气象站通信中的连线图。数据采集器通信接口为9条引线的RS-232
标准接口，接口定义为DCE。与计算机软件处理RS-232标准接口连接，接口定义为DTE。图中最左边接计算机9针RS-232串口，最右边接自动气象站采集器9孔RS-232串口。
由于自动气象站计算机放置于屋内，气象数据采集器放置在屋外，并且计算机与采集器通信采用串口通信，相距50米以上，超出RS-232的最大传输距离15米，所以直接连线是无法通信的。GC-25T可以将RS-232信号传输距离提高，在计算机与采集器之间加一对GC-25T如图3所示。图中左边GC-25T的25孔通过25转9接口线与计算机9针串口RS-232直接连接，右边GC-25T的25孔通过25转9接口线与数据采集器9孔RS-232 接口交叉连接（采集器通信接口为9条引线的RS-232标准接口，接口定义为DCE）。
工作流程为：计算机RS-232电平信号由GC-25T（左边串口隔离器）转换成电流信号，经过双绞线传至GC-25T（右边串口隔离器），在GC-25T（右边串口隔离器）端又恢复成RS-232电平信号，传送给数据采集器；相反采集器RS-232电平信号由GC-25T（右边串口隔离器）转换成电流信号，经过双绞线传至GC-25T（左边串口隔离器），在GC-25T（左边串口隔离器）端恢复成RS-232电平信号，传送给计算机。使最长只能传输15米远的RS-232信号传输距离提高到50米以上。GC-25T内部采用光电隔离技术，将计算机与气象采集器之间电气彼此隔离，保护了两端RS-232接口电路不会受电位差损坏，同时GC-25T无需外部供电。
本应用中计算机端与数据采集器端均为RS-232信号，计算机接口电路和采集器接口电路没有修改，软件也没有修改，所以GC-25T在原有的RS-232硬件和软件均不改动的情况下将RS-232信号传输距离提高至50米以上，同时使两端电气彼此隔离，起到防雷作用。
以上仅介绍了针对延长发、地、收三线的RS-232信号的解决方案在自动气象站通信中的应用。
4.结论
在原有采用RS-232通信的控制系统中，使用瑞赛特串口隔离器在不更改硬件接口芯片以及不修改软件的情况下，将RS-232信号延长至50米以上，使原有的RS-232系统及含有RS-232接口的仪器仪表继续得以继续应用，大大降低了因控制系统扩展、通信距离增大带来的成本以及系统调试难度。
【参考文献】
[1]胡玉峰.自动气象站原理与测量方法.北京：气象出版社，2003.
[2]李黃.自动气象站实用手册.北京：气象出版社，2007.
[3]中国气象局综合观测司.气象装备技术保障手册，2011.
【关键词】RS-232接口；串口隔离器；自动气象站通信
0.引言
随着计算机技术的不断发展，在数据采集传输控制中利用计算机串口进行数据通信的应用也越来越广泛。计算机与计算机或计算机与终端设备之间的数据传输可以采用串行通讯和并行通讯两种方式。但串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛使用。RS-232是美国电子行业协会（EIA）制定的串行数据通讯的接口标准，RS-232接口是目前最常用的一种串行通讯接口。
1.RS-232的不足
RS-232接口的信号电平在±3V～±15V之间，电平值较高，容易损坏接口电路的芯片，同时RS-232接口标准传输距离有限，波特率为9600bps时，最大传输距离为15米。所以不断出现了一些新的接口标准如RS-422、RS-485、光纤等。由于RS-232的这些不足，完全放弃RS-232接口标准吗？原来已经采用RS-232接口标准的通信控制系统重新更换通信接口吗？如果重新更换接口，原有的系统又需要调试过程，成本太高。那么有没有既不更换接口标准，又不需要太高成本的解决方案呢？答案是肯定的。本文介绍一种采用串口隔离器，在不改变原有RS-232硬件接口和软件编程的基础上，延长RS-232传输距离，提高电绝缘能力和抗干扰能力的解决方案。
2.串口隔离器（例如：瑞赛特GC-25T串口隔离器）
瑞赛特GC-25T串口隔离器，可以远距离传输发、地、收三线的RS-232信号。GC-25T连接25芯的RS-232接口，成对使用。隔离器之间采用双绞线连接，最长距离可达1000米。隔离器两端分别连接RS-232接口的计算机与终端设备。瑞赛特隔离器内部采用光电转换技术使计算机RS-232接口电路与终端设备RS-232接口电路之间电气彼此隔离， 因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
GC-25T原理图如图所示。
GC-25T直接连接数据终端设备（Data Terminal Equipment，简称DTE）；与数据通讯设备（Data Communication Equipment，简称DCE）连接时，需要2-3交叉线连接。GC-25T内部采用窃电技术从RS-232接口获得电源，无需外部供电。同时从25芯孔端的RTS（4）脚或DTR（20）引脚获取辅助电源，当GC-25T与非标准的RS-232接口连接时或距离较远信号严重衰减时，从20脚接入-7V至-12V电源，可以进一步提高性能指标，保障通信稳定进行。
3.隔离器在自动气象站通信中的应用
自动气象站由硬件和软件组成，硬件包括各种信号采集传感器（气压传感器，温度传感器，湿度传感器，风向风速传感器，雨量传感器等），数据采集器（中央处理单元），通讯接口，系统电源，计算机等；软件有采集处理软件和系统软件。传感器是指能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。采集器将传感器采到的各种数据按照一定的规定和协议格式进行处理和存储，然后再将气象数据通过串口传输到计算机进行处理，显示，存储。
图3为GC-25T在自动气象站通信中的连线图。数据采集器通信接口为9条引线的RS-232
标准接口，接口定义为DCE。与计算机软件处理RS-232标准接口连接，接口定义为DTE。图中最左边接计算机9针RS-232串口，最右边接自动气象站采集器9孔RS-232串口。
由于自动气象站计算机放置于屋内，气象数据采集器放置在屋外，并且计算机与采集器通信采用串口通信，相距50米以上，超出RS-232的最大传输距离15米，所以直接连线是无法通信的。GC-25T可以将RS-232信号传输距离提高，在计算机与采集器之间加一对GC-25T如图3所示。图中左边GC-25T的25孔通过25转9接口线与计算机9针串口RS-232直接连接，右边GC-25T的25孔通过25转9接口线与数据采集器9孔RS-232 接口交叉连接（采集器通信接口为9条引线的RS-232标准接口，接口定义为DCE）。
工作流程为：计算机RS-232电平信号由GC-25T（左边串口隔离器）转换成电流信号，经过双绞线传至GC-25T（右边串口隔离器），在GC-25T（右边串口隔离器）端又恢复成RS-232电平信号，传送给数据采集器；相反采集器RS-232电平信号由GC-25T（右边串口隔离器）转换成电流信号，经过双绞线传至GC-25T（左边串口隔离器），在GC-25T（左边串口隔离器）端恢复成RS-232电平信号，传送给计算机。使最长只能传输15米远的RS-232信号传输距离提高到50米以上。GC-25T内部采用光电隔离技术，将计算机与气象采集器之间电气彼此隔离，保护了两端RS-232接口电路不会受电位差损坏，同时GC-25T无需外部供电。
本应用中计算机端与数据采集器端均为RS-232信号，计算机接口电路和采集器接口电路没有修改，软件也没有修改，所以GC-25T在原有的RS-232硬件和软件均不改动的情况下将RS-232信号传输距离提高至50米以上，同时使两端电气彼此隔离，起到防雷作用。
以上仅介绍了针对延长发、地、收三线的RS-232信号的解决方案在自动气象站通信中的应用。
4.结论
在原有采用RS-232通信的控制系统中，使用瑞赛特串口隔离器在不更改硬件接口芯片以及不修改软件的情况下，将RS-232信号延长至50米以上，使原有的RS-232系统及含有RS-232接口的仪器仪表继续得以继续应用，大大降低了因控制系统扩展、通信距离增大带来的成本以及系统调试难度。
【参考文献】
[1]胡玉峰.自动气象站原理与测量方法.北京：气象出版社，2003.
[2]李黃.自动气象站实用手册.北京：气象出版社，2007.
[3]中国气象局综合观测司.气象装备技术保障手册，2011.