Isolare il PC dalle periferiche seriali.
Molti apparati, nel campo della strumentazione, hanno una interfaccia RS232.
Questo collegamento ha il vantaggio di utilizzare un protocollo e un hardware
semplici e facili da gestire da un microcontroller, che spesso dispone di UART
integrato.
Per contro, ha il difetto di mettere in comune il collegamento di massa.
Nel PC, per ragioni di sicurezza, la massa elettrica (GND) è collegata alle
parti metalliche e alla terra della distribuzione elettrica. Nel caso in cui ci
siano differenze di potenziale tra la terra del PC e quella dello strumento, si
determinano loop che sono causa, al minimo, di disturbi sulla linea di
comunicazione e nei casi peggiori possono mettere fuori uso le interfacce, se
non gli interi apparecchi.
Chi ha avuto a che fare con stampati seriali o strumentazioni e interfacce
industriali sicuramente è incappato nel problema e può aver partecipato alla
fine di una scheda di interfaccia o peggio.
L'uso di un isolatore sulla linea seriale è la soluzione che elimina rischi
e problemi.
Realizzare un tale isolatore non è un problema, anche solo con semplici opto
isolatori, ma ci possono essere due intralci:
- la maggior parte dei notebook (a anche vari desktop) non dispongono più
della connessione seriale, sostituita dall'USB
- alcuni strumenti non hanno una interfaccia RS232 completa, ma solo le
linee TXD e RXD
Il secondo punto impedisce di realizzare un isolatore auto alimentato in
quanto dal lato PC è possibile derivare una piccola corrente dai segnali
ausiliari della RS232, ma questo non è possibile dal lato strumento.
Il primo punto fa si che, volendo disporre di una seriale, occorre un
convertitore da USB a RS232.
Di questi dispositivi ne esistono molteplici varianti in quanto diversi
costruttori hanno da tempo realizzato chip per questo scopo. Però non sono per
niente comuni quelli che isolano galvanicamente.
Peraltro, esistono numerosi chip che consentono di trasformare l'USB in una connessione
seriale asincrona a livello TTL e sono comodi per interfacciare microcontroller ai
sistemi di sviluppo, programmatori o come linea di comunicazione dati.
Neppure questi sono isolati, perchè, in genere, l'isolamento che stiamo
cercando non è ritenuto, in campo hobbistico, una cosa di interesse. Ma lo è
in campo professionale e industriale, il che mette sul mercato vari isolatori di
comunicazione seriale, ma a costi proibitivi.
Avendo la necessità di isolare strumenti di collaudo dal PC (carchi
elettronici, alimentatori, ecc) senza sbancare il conto corrente del
laboratorio, è stato necessario studiare una soluzione.
Soluzione semplice, rapida, funzionale ed
economica.
La quale consiste semplicemente nella composizione di un paio di moduli:
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Per la prima interfaccia, le possibilità realizzative sono
molteplici, ma la soluzione più semplice è stata quella di acquistare
dei cavi già pronti.
Questi cavi sono basati sul componente PL2303
di Prolific, che
interfaccia una presa USB2 con un UART TTL dotato dei soli segnali TXD e
RXD (il che è sufficiente per le applicazioni volute).
E' un oggetto facile da reperire sui soliti siti (Amzon, Bangood,
Aliexpress) con costi irrisori.
Il chip USB-UART con i suoi componenti è affogato nella presa USB,
che è leggermente più lunga del normale. Il cavo che fuoriesce è da
60-70cm e termina con quattro connettori DuPont. |
I colori dei cavetti identificano queste funzioni:
- Rosso : +5V dall'USB
- Nero : massa comune
- Verde : TX - segnale trasmesso dal PC
- Bianco : RX - segnale ricevuto verso il PC
I segnali sono a livello TTL, il che va benissimo per il collegamento diretto
con la schedina di isolamento TTL-RS232, che viene alimentata dal 5V dell'USB.
L'interfaccia isolata è stata modificata con una presa DB9 maschio, per
avere lo stesso connettore di uscita del PC e quindi racchiusa in una scatoletta
da 35.5x59x19mm.
Il cavo complessivo dipende dalla sola alimentazione fornita dalla presa USB.
Il consumo di corrente è di un centinaio di millampere, che una presa USB 2
dovrebbe essere in grado di fornire senza problemi.
Occorre caricare il driver che si ottiene gratuitamente dal sito di Prolific.
Il package del drive è disponibile per XP/7/8/10, ma anche per Linux e contiene
pure una utility che identifica quale è esattamente la versione del chip
contenuta nell'interfaccia.
L'operazione è semplicissima:
- scaricare il driver e decomprimerlo
- installare il driver
- inserire l'interfaccia USB e verificare dal pannello di controllo che sia
apparsa la nuova COM (solitamente COM3 o COM4).
Qualunque software di emulazione terminale, da Terminal.exe all'orrido
HyperTerminal , consente di collaudare il dispositivo.
L'interfaccia può essere inserita anche in una presa USB3 senza
problemi (anche se non sfrutta le prestazioni di questa).
L'interfaccia consente di isolare galvanicamente PC e strumenti o periferiche
fino a 1500V, cosa più che adeguata per gli usi comuni.
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