模擬信號4-20mA轉RS-485/232，數(shù)據(jù)采集A/D轉換模塊

產(chǎn)品特點：

● 模擬信號采集，隔離轉換 RS-485/232輸出

● 采用12位AD轉換器，測量優(yōu)于0.1%

● 通過RS-485/232接口可以程控校準模塊

● 信號輸入 / 輸出之間隔離耐壓3000VDC

● 寬電源供電范圍：8 ~ 32VDC

● 可靠性高，編程方便，易于應用

● 標準DIN35導軌安裝，方便集中布線

● 用戶可編程設置模塊地址、波特率等

● 支持Modbus RTU 通訊協(xié)議

● 低成本、小體積模塊化設計

典型應用：

● 信號測量、監(jiān)測和控制

●  RS-485遠程I/O，數(shù)據(jù)采集

● 智能樓宇控制、安防工程等應用系統(tǒng)

●  RS-232/485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)

● 工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸

● 設備運行監(jiān)測

● 傳感器信號的測量                                         圖1   模塊外觀圖

● 工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲取與記錄

● 醫(yī)療、工控產(chǎn)品開發(fā)

●  4-20mA或0-5V信號采集

產(chǎn)品概述：

產(chǎn)品實現(xiàn)傳感器和主機之間的信號采集，用來檢測模擬信號。IBF系列產(chǎn)品可應用在 RS-232/485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，4-20mA / 0-5V信號測量、監(jiān)測和控制，0-75mV，0-100mV等小信號的測量以及工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸?shù)鹊取?/span>

產(chǎn)品包括電源隔離，信號隔離、線性化，A/D轉換和RS-485串行通信。每個串口多可接255只模塊，通訊方式采用ASCII碼通訊協(xié)議或MODBUS RTU通訊協(xié)議，其指令集兼容于ADAM模塊，波特率可由代碼設置，能與其他廠家的控制模塊掛在同一RS-485總線上，便于計算機編程。

圖2  模塊內(nèi)部框圖

IBF系列產(chǎn)品是基于單片機的智能監(jiān)測和控制系統(tǒng)，所有的用戶設定的校準值，地址，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗和狀態(tài)等配置信息都儲存在非易失性存儲器EEPROM里。

產(chǎn)品按工業(yè)標準設計、制造，信號輸入 / 輸出之間隔離，可承受3000VDC隔離電壓，抗干擾能力強，可靠性高。工作溫度范圍- 45℃～+85℃。

功能簡介：

信號隔離采集模塊，可以用來測量一路電壓或電流信號，

1、  模擬信號輸入

12位采集，產(chǎn)品出廠前所有信號輸入范圍已全部校準。在使用時，用戶也可以很方便的自行編程校準。

具體電流或電壓輸入量程請看產(chǎn)品選型。

2、  通訊協(xié)議

通訊接口： 1路標準的RS-485通訊接口或1路標準的RS-232通訊接口，訂貨選型時注明。

通訊協(xié)議：支持兩種協(xié)議，命令集定義的字符協(xié)議和MODBUS  RTU通訊協(xié)議?？赏ㄟ^編程設定使用那種通訊協(xié)議，能實現(xiàn)與多種品牌的PLC、RTU或計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行網(wǎng)絡通訊。

數(shù)據(jù)格式：10位。1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。

通訊地址（0～255）和波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）均可設定；通訊網(wǎng)絡長距離可達1200米，通過雙絞屏蔽電纜連接。

通訊接口高抗干擾設計，±15KV ESD保護，通信響應時間小于100mS。       

3、  抗干擾

可根據(jù)需要設置校驗和。模塊內(nèi)部有瞬態(tài)抑制二極管，可以有效抑制各種浪涌脈沖，保護模塊，內(nèi)部的數(shù)字濾波，也可以很好的抑制來自電網(wǎng)的工頻干擾。

產(chǎn)品選型：

IBF - U(A)□ – □

輸入電壓或電流信號值                           通訊接口

U1：0-5V           A1：0-1mA                  485： 輸出為RS-485接口  

   U2：0-10V          A2：0-10mA                 232： 輸出為RS-232接口

U3：0-75mV         A3：0-20mA            

  U4：0-2.5V          A4：4-20mA                         

   U5：0-±5V          A5：0-±1mA                         

   U6：0-±10V         A6：0-±10mA                          

   U7：0-±100mV       A7：0-±20mA

   U8：用戶自定義     A8：用戶自定義

選型舉例1： 型號：IBF A4-485   表示4-20mA信號輸入，輸出為RS-485接口

選型舉例2： 型號：IBF U1-232   表示0-5V信號輸入，輸出為RS-232接口

通用參數(shù)：

(typical @ +25℃，Vs為24VDC)

輸入類型：  電流輸入 / 電壓輸入

精    度：  0.1%

溫度漂移：  ±30 ppm/℃ (±50 ppm/℃, )

輸入電阻：  50Ω (4-20mA/0-20mA/0-±20mA電流輸入) 

            100Ω (0-10mA/0-±10mA電流輸入)

            1KΩ (0-1mA/0-±1mA電流輸入)

            大于1MΩ(電壓輸入)       

帶    寬：  -3 dB 10 Hz

轉換速率：  10 Sps

共模抑制(CMR)： 120 dB（1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

常模抑制(NMR)： 60 dB （1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）

輸入端保護： 過壓保護，過流保護

通    訊：   協(xié)議  RS-485 或 RS-232   標準字符協(xié)議 和 MODBUS RTU通訊協(xié)議

             波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）可軟件選擇

地址（0～255）可軟件選擇

通訊響應時間：100 ms

工作電源：    +8 ~ 32VDC寬供電范圍，內(nèi)部有防反接和過壓保護電路               

功率消耗：    小于1W

工作溫度：    - 45 ~ +80℃         

工作濕度：   10 ~ 90% (無凝露)

存儲溫度：   - 45 ~ +80℃              

存儲濕度：   10 ~ 95% (無凝露)                                    

隔離耐壓：   輸入 / 輸出  之間：  3KVDC，1分鐘，漏電流 1mA

             其中輸出和電源共地。

耐沖擊電壓： 3KVAC， 1.2/50us(峰值)

外形尺寸：   106.7 mm  x  79 mm  x  25mm

引腳定義：                                                                                        

表1  引腳定義

圖3  模塊接線圖

初始化模塊：

所有的模塊，如果使用 RS-485網(wǎng)絡，必須分配一個的地址代碼，地址代碼取值為16進制數(shù)在00和FF之間。但是，所有全新的模塊都使用一個工廠的初始設置，如下所示：

地址代碼為01

波特率9600 bps

禁止校驗和

由于新模塊的地址代碼都是一樣的，他們的地址將會和其他模塊矛盾，所以當你組建系統(tǒng)時，你必須重新配置每一個模塊地址?？梢栽诮雍媚K電源線和RS485通訊線后，通過配置命令來修改模塊的地址。波特率，校驗和狀態(tài)，通訊協(xié)議也需要根據(jù)用戶的要求而調(diào)整。而在修改波特率，校驗和狀態(tài)，通訊協(xié)議之前，必須讓模塊先進入缺省狀態(tài)，否則無法修改。

讓模塊進入缺省狀態(tài)的方法：

模塊都有一個特殊的標為INIT的管腳。將INIT管腳短路接到地線(GND管腳)后，再接通電源，此時模塊進入缺省狀態(tài)。在這個狀態(tài)時，模塊的配置如下：

地址代碼為00

波特率9600 bps

禁止校驗和

這時，可以通過配置命令來修改模塊的波特率，校驗和狀態(tài)等參數(shù)，通過設置模塊的通訊協(xié)議命令來選擇通訊協(xié)議。在不確定某個模塊的具體配置時，也可以通過安裝配置跳線，使模塊進入缺省狀態(tài)，再對模塊進行重新配置。如果用戶需要將模塊設置為MODBUS RTU通訊協(xié)議，請看MODBUS通訊協(xié)議章節(jié)的有關說明。

字符協(xié)議命令集：

    命令由一系列字符組成，如首碼、地址ID，變量、可選校驗和字節(jié)和一個用以顯示命令結束符(cr)。主機除了帶通配符地址“**”的同步的命令之外，只指揮一個模塊。

命令格式：(Leading Code)(Addr)(Command)[data][checksum](cr)

(Leading code) 首碼是命令中的個字母。所有命令都需要一個命令首碼，如%,$,#,@,...等。        1- 字符

(Addr)      模塊的地址代碼, 如果下面沒有指定，取值范圍從 00～FF (十六進制)。                2- 字符

(Command) 顯示的是命令代碼或變量值。                                                    變量長度

[data]      一些輸出命令需要的數(shù)據(jù)。                                                      變量長度

[checksum] 括號中的Checksum（校驗和）顯示的是可選參數(shù)，只有在啟用校驗和時，才需要此選項。 2- 字符

(cr)        識別用的一個控制代碼符，(cr)作為回車結束符，它的值為0x0D。                      1- 字符

當啟用校驗和(checksum)時，就需要[Checksum]。它占2-字符。命令和應答都必須附加校驗和特性。校驗和用來檢查所有輸入命令，來幫助你發(fā)現(xiàn)主機到模塊命令錯誤和模塊到主機響應的錯誤。校驗和字符放置在命令或響應字符之后，回車符之前。

計算方法：兩個字符，十六進制數(shù)，為之前所發(fā)所有字符的ASCII碼數(shù)值之和，然后與十六進制數(shù)0xFF相與所得。

應用舉例：禁止校驗和(checksum)

       用戶命令    $002(cr)

       模塊應答    ! (cr)

 啟用校驗和(checksum)

用戶命令    $002B6 (cr)

       模塊應答    ! A9 (cr)

       ‘$’ = 0x24   ‘0’ = 0x30   ‘2’ = 0x32

  B6=(0x24+0x30+0x30+0x32) AND 0xFF

       ‘!’ = 0x21   ‘0’ = 0x30   ‘2’ = 0x32   ‘6’ = 0x36

  A9=(0x21+0x30+0x30+0x30+0x32+0x30+0x36+0x30+0x30) AND 0xFF

命令的應答 ：

應答信息取決于各種各樣的命令。應答也由幾個字符組成，包括首代碼，變量和結束標識符。應答信號的首代碼有兩種， ‘!’或 ‘>’表示有效的命令而‘?’ 則代表無效。通過檢查應答信息，可以監(jiān)測命令是否有效

注意：1、在一些情況下，許多命令用相同的命令格式。要確保你用的地址在一個命令中是正確的，假如你用錯誤的地址，而這個地址代表著另一個模塊，那么命令會在另一個模塊生效，因此產(chǎn)生錯誤。

2、必須用大寫字母輸入命令。

1、讀測量數(shù)據(jù)命令

說    明：以當前配置的數(shù)據(jù)格式，從模塊中讀回模擬輸入端的測量數(shù)據(jù)。

命令格式：#AA(cr)

參數(shù)說明：#     分界符。十六進制為23H

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。出廠地址為01，轉換成十六進制為每個字符的ASCII碼。如地址01換成十六進制為30H和31H。

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：>(data)(cr)     命令有效。

          ?AA(cr)       命令無效或非法操作。

參數(shù)說明：>     分界符。十六進制為3EH

          (data) 代表讀回的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式可以是工程單位，F(xiàn)SR的百分比，16進制補碼。詳細說明見命令集第2條。十六進制為每個字符的ASCII碼。

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。如果你使用的串口通訊軟件輸入不了回車鍵字符，請切換到十六進制格式進行通訊。

應用舉例：  用戶命令（字符格式）      #01(cr)

                    （十六進制格式）  2330310D

            模塊應答（字符格式）      >+16.000 (cr)

（十六進制格式） 3E2B31362ED

說    明：在地址01H模塊上輸入是（數(shù)據(jù)格式是工程單位）：+16.000mA

2、配置模塊命令

說    明：對一個模塊設置地址，輸入范圍，波特率，數(shù)據(jù)格式，校驗和狀態(tài)。配置信息儲存在非易失性存儲器EEPROM里。

命令格式：%AANNTTCCFF(cr)

參數(shù)說明：%    分界符。

AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

          NN   代表新的模塊16進制地址，數(shù)值NN的范圍從00到FF。

          TT   用16進制代表類型編碼。 產(chǎn)品必須設置為00。

CC   用16進制代表波特率編碼。 

             表2  波特率代碼

         FF    用16進制的8位代表數(shù)據(jù)格式，校驗和。注意從bits2 到bits5不用必須設置為零。

          表3   數(shù)據(jù)格式，校驗和代碼

                  Bit7：保留位，必須設置為零                                  

                  Bit6：校驗和狀態(tài)，為0：禁止； 為1：允許

                  Bit5-bit2：不用，必須設置為零。

                  Bit1-bit0：數(shù)據(jù)格式位。 00：工程單位(Engineering Units)

                                         01：滿刻度的百分比(% of FSR)

                                         10：16進制的補碼(Twos complement)

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：!AA(cr)  命令有效。

          ?AA(cr)  命令無效或非法操作，或在改變波特率或校驗和前，沒有安裝配置跳線。

參數(shù)說明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令無效。

          AA   代表輸入模塊地址

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：假如你次配置模塊，AA=00、 NN等于新的地址。假如重新配置模塊改變地址、輸入范圍、數(shù)據(jù)格式，AA等于當前已配置的地址，NN等于當前的或新的地址。假如要重新配置模塊改變波特率或校驗和狀態(tài)，則必須安裝配置跳線，使模塊進入缺省狀態(tài)，此時模塊地址為00H，即 AA=00H，NN等于當前的或新的地址。

假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。                            

應用舉例：  用戶命令    %(cr)

            模塊應答    !11(cr)

說    明：%    分界符。

          00    表示你想配置的模塊原始地址為00H。

          11    表示新的模塊16進制地址為11H。

          00    類型代碼，產(chǎn)品必須設置為00。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示數(shù)據(jù)格式為工程單位，禁止校驗和。

3、讀配置狀態(tài)命令

說    明： 對指定一個模塊讀配置。

命令格式：$AA2(cr)          

參數(shù)說明：$     分界符。  

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

          2     表示讀配置狀態(tài)命令   

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：!AATTCCFF(cr)    命令有效。

          ?AA(cr)            命令無效或非法操作。

參數(shù)說明：!     分界符。

          AA   代表輸入模塊地址。

          TT   代表類型編碼。

          CC   代表波特率編碼。見表2

          FF    見表3

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。

應用舉例：  用戶命令    $302(cr)

            模塊應答    !300F0600(cr)

說    明：!     分界符。

          30    表示模塊地址為30H 。       

          00    表示輸入類型代碼。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示數(shù)據(jù)格式為工程單位，禁止校驗和。

 4、偏移校準命令

說    明：校準一個輸入模塊的偏移。

命令格式：$AA1(cr)

參數(shù)說明：$     分界符。

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

1                  表示偏移校準命令。

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：! AA (cr)    命令有效。

          ?AA(cr)    命令無效或非法操作。

參數(shù)說明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令無效。

          AA   代表輸入模塊地址

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：產(chǎn)品出廠時已經(jīng)校準，用戶無需校準即可直接使用。

當對一個模塊校準時，先校準偏移命令后，再校準增益。         

在校準時，模塊需在要輸入端連上合適的輸入信號。不同的輸入范圍需要不同的輸入電壓或電流。具體校準方法請看校準模塊章節(jié)。

假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。

應用舉例：  用戶命令    $231(cr)

            模塊應答    !23(cr)

說    明：對地址23H模塊進行偏移校準。

5、增益校準命令

說明：校準一個輸入模塊的增益。

命令格式：$AA0(cr)

參數(shù)說明：$     分界符。

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

0                  表示增益校準命令。

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：!AA(cr)    命令有效。

          ?AA(cr)    命令無效或非法操作。

參數(shù)說明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令無效。

          AA   代表輸入模塊地址

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：產(chǎn)品出廠時已經(jīng)校準，用戶無需校準即可直接使用。

當對一個模塊校準時，先校準偏移后，再校準增益。

在校準時，模塊需在輸入端連上合適的輸入信號。不同的輸入范圍需要不同的輸入電壓或電流。具體校準方法請看校準模塊章節(jié)。

假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。

應用舉例：  用戶命令    $230(cr)

            模塊應答    !23(cr)

說    明：對地址23H模塊進行增益校準。

6、讀模塊名稱命令

說明：對指定一個模塊讀模塊名稱。

命令格式：$AAM(cr)

參數(shù)說明：$     分界符。

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

          M    表示讀模塊名稱命令  

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：!AA(ModuleName)(cr)     命令有效。

?AA(cr)   命令無效或非法操作

參數(shù)說明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令無效。

          AA   代表輸入模塊地址。

          (ModuleName) 模塊名稱WJ21

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。

應用舉例：  用戶命令    $08M(cr)

            模塊應答    !08WJ21 (cr)

說    明：在地址08H模塊為WJ21。

7、設置通訊協(xié)議命令

說明：設置模塊的通訊協(xié)議為命令集定義的字符協(xié)議或者Modbus RTU協(xié)議。

命令格式：$AAPV(cr)

參數(shù)說明：$     分界符。

          AA   模塊地址，取值范圍 00～FF(十六進制)。

          P    表示設置通訊協(xié)議命令   

          V    協(xié)議代號，可為0或1

                0：命令集定義的字符協(xié)議

                1：Modbus RTU協(xié)議               

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

應答格式：!AA(cr)   命令有效。

?AA(cr)   命令無效或非法操作

參數(shù)說明：!     分界符，表示命令有效。

          ?     分界符，表示命令無效。

          AA   代表輸入模塊地址。                

          (cr)   結束符，上位機回車鍵，十六進制為0DH。

其他說明：假如格式錯誤或通訊錯誤或地址不存在，模塊不響應。

          設置通訊協(xié)議命令必須在缺省狀態(tài)下才會有效。

應用舉例1： 用戶命令    $00P1(cr)

            模塊應答    !00 (cr)

說    明： 設置通訊協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。

應用舉例2： 用戶命令    $00P0(cr)

            模塊應答    !00 (cr)

說    明： 設置通訊協(xié)議為命令集定義的字符協(xié)議。

輸入范圍和數(shù)據(jù)格式：

模塊使用了3種數(shù)據(jù)格式： 00：工程單位(Engineering Units)

                               01：滿刻度的百分比(% of FSR)

                               10：16進制的補碼(Twos complement)

表4   輸入范圍和數(shù)據(jù)格式

應用舉例：

1、輸入范圍為A4: 4~20mA，輸入為4 mA時：

用戶命令    #01(cr)

工程單位           模塊應答    >+04.000(cr)

滿刻度的百分比     模塊應答    >+020.00(cr)

16進制的補碼       模塊應答    >199999(cr)

2、輸入范圍為U1: 0~5V，輸入為3V時：

用戶命令    #01(cr)

工程單位           模塊應答    >+3.0000(cr)

滿刻度的百分比     模塊應答    >+060.00(cr)

16進制的補碼       模塊應答    >4CCCCC(cr)

校準模塊：

產(chǎn)品出廠時已經(jīng)校準，用戶無需校準即可直接使用。

使用過程中，你也可以運用產(chǎn)品的校準功能來重新校準模塊。在校準時，模塊需要輸入合適的信號，不同的輸入范圍需要不同的輸入信號。

為了提高校準，建議使用以下設備來校準：

1、一個輸出穩(wěn)定，噪聲很低的直流電壓/電流信號源

2、一個5位半或更高的電壓/電流測量儀表監(jiān)測輸入信號的準確性

校準過程

              1. 按照模塊的輸入范圍接上對應的輸入信號。

       其中模塊零點在輸入0時校準，滿度在輸入滿度的120%時校準。例如4-20mA輸入時，校準零點時         輸入0mA，校準滿度時輸入24mA.。0-5V輸入時，校準零點時輸入0V，校準滿度時輸入6V。

              2. 給模塊輸入零點信號，通常為0mA或0V。

              3. 待信號穩(wěn)定后，向模塊發(fā)送 偏移校準 $AA1命令。

              4. 給模塊輸入滿度的120%的電流或電壓信號。

              5. 待信號穩(wěn)定后，向模塊發(fā)送增益校準 $AA0命令。

6. 校準完成

Modbus RTU 通訊協(xié)議：

模塊出廠默認協(xié)議為字符通訊協(xié)議，如果需要將模塊設置為Modbus RTU通訊協(xié)議，請按以下步驟設置：

1、  將INIT引腳（第8腳）和GND引腳（第7腳）短接。

2、  正確連接電源線和通訊接口線。

3、  接通電源，模塊自動進入缺省狀態(tài)，通訊地址為00，波特率為9600。

4、  等待1分鐘，模塊初始化。

5、  發(fā)送命令$00P1(cr)，檢查應答，如果為!00 (cr)則設置成功。

6、  關閉電源，斷開INIT引腳和GND引腳之間的連接。

7、  模塊已經(jīng)成功設置為Modbus RTU通訊協(xié)議方式。

寄存器說明：

表5   Modbus Rtu寄存器說明        

外形尺寸：(單位：mm)

                        可以安裝在標準DIN35導軌上

保修：

本產(chǎn)品自售出之日起兩年內(nèi)，凡用戶遵守貯存、運輸及使用要求，而產(chǎn)品質量低于技術指標的，可以返廠維修。因違反操作規(guī)定和要求而造成損壞的，需交納器件費用和維修費。

版權：

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商標：

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                                                                        版本號：V1.1

                                                                        日期：2011年10月