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Isolamento USB-RS232. 


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) 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 incappato nel problema e pu aver partecipato alla fine di una scheda di interfaccia o peggio.

L'uso di un isolatore sulla linea seriale la soluzione che elimina rischi e problemi.

Realizzare un tale isolatore non 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 pi 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 possibile derivare una piccola corrente dai segnali ausiliari della RS232, ma questo non 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. Per 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, perch, in genere, l'isolamento che stiamo cercando non ritenuto, in campo hobbistico, una cosa di interesse. Ma lo in campo professionale e industriale, il che mette sul mercato vari isolatori di comunicazione seriale, ma a costi proibitivi.

Avendo la necessit di isolare strumenti di collaudo dal PC (carchi elettronici, alimentatori, ecc) senza sbancare il conto corrente del laboratorio, stato necessario studiare una soluzione.


Soluzione semplice, rapida, funzionale ed economica.

La quale consiste semplicemente nella composizione di un paio di moduli:

Per la prima interfaccia, le possibilit realizzative sono molteplici, ma la soluzione pi semplice stata quella di acquistare dei cavi gi 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 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 affogato nella presa USB, che leggermente pi lunga del normale. Il cavo che fuoriesce 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 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 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 disponibile per XP/7/8/10, ma anche per Linux e contiene pure una utility che identifica quale esattamente la versione del chip contenuta nell'interfaccia.
L'operazione 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 pu 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 pi che adeguata per gli usi comuni.


 

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Aggiornato il 03/12/18.