4-20mA/0-5V转RS232信号转换器

模拟信号转RS-485/232，数据采集A/D转换模块 IPO A/D 数字信号输出

产品特点：
● 模拟信号采集，隔离转换 RS-485/232输出
● 采用12位AD转换器，测量精度优于0.1%
● 通过RS-485/232接口可以程控校准模块精度
● 信号输入 / 输出之间隔离耐压3000VDC
● 宽电源供电范围：8 ~ 32VDC
● 可靠性高，编程方便，易于应用
● 标准DIN35导轨安装，方便集中布线
● 用户可编程设置模块地址、波特率等
● 支持Modbus RTU 通讯协议
● 低成本、小体积模块化设计

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典型应用：
● 信号测量、监测和控制
●  RS-485远程I/O，数据采集
● 智能楼宇控制、安防工程等应用系统
●  RS-232/485总线工业自动化控制系统
● 工业现场信号隔离及长线传输
● 设备运行监测
● 传感器信号的测量                                        
● 工业现场数据的获取与记录
● 医疗、工控产品开发
●  4-20mA或0-5号采集

产品概述：
产品实现传感器和主机之间的信号采集，用来检测模拟信号。IPO A/D数字系列产品可应用在 RS-232/485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5号测量、监测和控制，0-75mV，0-100mV等小信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。
产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口zui多可接255只 IPO A/D数字系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，其指令集兼容于ADAM模块，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。

IPO A/D数字系列产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。
IPO A/D数字系列产品按工业标准设计、制造，信号输入 / 输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗*力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。

功能简介：
IPO A/D数字 信号隔离采集模块，可以用来测量一路电压或电流信号，
1、 模拟信号输入
12位采集精度，产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。
具体电流或电压输入量程请看产品选型。
2、 通讯协议
通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS  RTU通讯协议。可通过编程设定使用那种通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进行网络通讯。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）均可设定；通讯网络zui长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。      
3、 抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。

产品选型：
IPO A/D - U（A）□ – □
输入电压或电流信号值                           通讯接口
U1：0-5V           A1：0-1mA                  485： 输出为RS-485接口  
   U2：0-10V          A2：0-10mA                 232： 输出为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
   Uz：用户自定义     Az：用户自定义
         
选型举例1： 型号：IPO A/D数字 A4-485   表示4-20mA信号输入，输出为RS-485接口
选型举例2： 型号：IPO A/D数字 U1-232   表示0-5号输入，输出为RS-232接口

IPO A/D数字通用参数：
（typical @ +25℃，Vs为24VDC）
输入类型：  电流输入 / 电压输入
精    度：  0.1%
温度漂移：  ±30 ppm/℃ （±50 ppm/℃, zui大）
输入电阻：  50Ω （4-20mA/0-20mA/0-±20mA电流输入） 
            100Ω （0-10mA/0-±10mA电流输入）
            1KΩ （0-1mA/0-±1mA电流输入）
            大于1MΩ（电压输入）       
带    宽：  -3 dB 10 Hz
转换速率：  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）
输入端保护： 过压保护，过流保护
通    讯：   协议  RS-485 或 RS-232   标准字符协议 和 MODBUS RTU通讯协议
             波特率（2400、4800、9600、19200、38400bps）可软件选择
地址（0～255）可软件选择
通讯响应时间：100 ms zui大
工作电源：    +8 ~ 32VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路              
功率消耗：    小于1W
工作温度：    - 45 ~ +80℃         
工作湿度：   10 ~ 90% （无凝露）
存储温度：   - 45 ~ +80℃              
存储湿度：   10 ~ 95% （无凝露）                                    
隔离耐压：   输入 / 输出  之间：  3KVDC，1分钟，漏电流 1mA
             其中输出和电源共地。
耐冲击电压： 3KVAC， 1.2/50us（峰值）
外形尺寸：   106.7 mm  x  79 mm  x  25mm

引脚定义：                                                                                        
引脚 名 称 描   述 引脚 名 称 描   述
1 PW+ 电源正端 7 IN+ 模拟信号输入正端
2 GND 电源负端  8 IN- 模拟信号输入负端
3 INIT 初始状态设置 9 NC 空脚
4 D+ RS-485信号正端 10 NC 空脚
5 D- RS-485信号负端 11 NC 空脚
6 GND 电源负端，数字信号输出地 12 NC 空脚
表1  引脚定义

图3  IPO A/D数字 模块接线图

初始化IPO A/D数字模块：
所有的IPO A/D数字模块，如果使用 RS-485网络，必须分配一个*的地址代码，地址代码取值为16进制数在00和FF之间。但是，所有全新的IPO A/D数字模块都使用一个工厂的初始设置，如下所示：
地址代码为01
波特率9600 bps
禁止校验和
由于新模块的地址代码都是一样的，他们的地址将会和其他模块矛盾，所以当你组建系统时，你必须重新配置每一个IPO A/D数字模块地址。可以在接好IPO A/D数字模块电源线和RS485通讯线后，通过配置命令来修改IPO A/D数字模块的地址。波特率，校验和状态，通讯协议也需要根据用户的要求而调整。而在修改波特率，校验和状态，通讯协议之前，必须让模块*入缺省状态，否则无法修改。
让模块进入缺省状态的方法：
IPO A/D数字模块都有一个特殊的标为INIT的管脚。将INIT管脚短路接到地线（GND管脚）后，再接通电源，此时模块进入缺省状态。在这个状态时，模块的配置如下：
地址代码为00
波特率9600 bps
禁止校验和
这时，可以通过配置命令来修改IPO A/D数字模块的波特率，校验和状态等参数，通过设置模块的通讯协议命令来选择通讯协议。在不确定某个模块的具体配置时，也可以通过安装配置跳线，使模块进入缺省状态，再对模块进行重新配置。如果用户需要将模块设置为MODBUS RTU通讯协议，请看MODBUS通讯协议章节的有关说明。
IPO A/D数字字符协议命令集：
    命令由一系列字符组成，如首码、地址ID，变量、可选校验和字节和一个用以显示命令结束符（cr）。主机除了带通配符地址“**”的同步的命令之外，一次只指挥一个IPO A/D数字模块。
命令格式：（Leading Code）（Addr）（Command）[data][checksum]（cr）
（Leading code） 首码是命令中的*个字母。所有命令都需要一个命令首码，如%,$,#,@,...等。        1- 字符
（Addr）      模块的地址代码, 如果下面没有，取值范围从 00～FF （十六进制）。                2- 字符
（Command） 显示的是命令代码或变量值。                                                    变量长度
[data]      一些输出命令需要的数据。                                                      变量长度
[checksum] 括号中的Checksum（校验和）显示的是可选参数，只有在启用校验和时，才需要此选项。 2- 字符
（cr）        识别用的一个控制代码符，（cr）作为回车结束符，它的值为0x0D。                      1- 字符

当启用校验和（checksum）时，就需要[Checksum]。它占2-字符。命令和应答都必须附加校验和特性。校验和用来检查所有输入命令，来帮助你发现主机到模块命令错误和模块到主机响应的错误。校验和字符放置在命令或响应字符之后，回车符之前。
计算方法：两个字符，十六进制数，为之前所发所有字符的ASCII码数值之和，然后与十六进制数0xFF相与所得。

应用举例：禁止校验和（checksum）
       用户命令    $002（cr）
       模块应答    !00020600 （cr）
 启用校验和（checksum）
用户命令    $002B6 （cr）
       模块应答    !00020600 A9 （cr）
       ‘$’ = 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
命令的应答 ：
应答信息取决于各种各样的命令。应答也由几个字符组成，包括首代码，变量和结束标识符。应答信号的首代码有两种， ‘!’或 ‘>’表示有效的命令而‘?’ 则代表无效。通过检查应答信息，可以监测命令是否有效
注意：1、在一些情况下，许多命令用相同的命令格式。要确保你用的地址在一个命令中是正确的，假如你用错误的地址，而这个地址代表着另一个模块，那么命令会在另一个模块生效，因此产生错误。
2、必须用大写字母输入命令。
     
1、读测量数据命令
说    明：以当前配置的数据格式，从模块中读回模拟输入端的测量数据。
命令格式：#AA（cr）
参数说明：#     分界符。十六进制为23H
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。出厂地址为01，转换成十六进制为每个字符的ASCII码。如地址01换成十六进制为30H和31H。
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：>（data）（cr）     命令有效。
          ?AA（cr）       命令无效或非法操作。
参数说明：>     分界符。十六进制为3EH
          （data） 代表读回的数据。数据格式可以是工程单位，FSR的百分比，16进制补码。详细说明见命令集第2条。十六进制为每个字符的ASCII码。
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。如果你使用的串口通讯软件输入不了回车键字符，请切换到十六进制格式进行通讯。
应用举例：  用户命令（字符格式）      #01（cr）
                    （十六进制格式）  2330310D
            模块应答（字符格式）      >+16.000 （cr）
（十六进制格式） 3E2B31362E3030300D
说    明：在地址01H模块上输入是（数据格式是工程单位）：+16.000mA

2、配置IPO A/D数字模块命令
说    明：对一个IPO A/D数字模块设置地址，输入范围，波特率，数据格式，校验和状态。配置信息储存在非易失性存储器EEPROM里。
命令格式：%AANNTTCCFF（cr）
参数说明：%    分界符。
AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
          NN   代表新的模块16进制地址，数值NN的范围从00到FF。
          TT   用16进制代表类型编码。 IPO A/D数字产品必须设置为00。
CC   用16进制代表波特率编码。 
波特率代码 波特率
04 2400 baud
05 4800 baud
06 9600 baud
07 19200 baud
08 38400 baud

                                     
             表2  波特率代码

         FF    用16进制的8位代表数据格式，校验和。注意从bits2 到bits5不用必须设置为零。
Bit7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit2 Bit 1 Bit 0

         
          表3   数据格式，校验和代码
                  Bit7：保留位，必须设置为零                                  
                  Bit6：校验和状态，为0：禁止； 为1：允许
                  Bit5-bit2：不用，必须设置为零。
                  Bit1-bit0：数据格式位。 00：工程单位（Engineering Units）
                                         01：满刻度的百分比（% of FSR）
                                         10：16进制的补码（Twos complement）
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：!AA（cr）  命令有效。
          ?AA（cr）  命令无效或非法操作，或在改变波特率或校验和前，没有安装配置跳线。
参数说明：!     分界符，表示命令有效。
          ?     分界符，表示命令无效。
          AA   代表输入模块地址
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：假如你*次配置模块，AA=00、 NN等于新的地址。假如重新配置模块改变地址、输入范围、数据格式，AA等于当前已配置的地址，NN等于当前的或新的地址。假如要重新配置模块改变波特率或校验和状态，则必须安装配置跳线，使模块进入缺省状态，此时模块地址为00H，即 AA=00H，NN等于当前的或新的地址。
假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。                            
应用举例：  用户命令    %0011000600（cr）
            模块应答    !11（cr）
说    明：%    分界符。
          00    表示你想配置的IPO A/D数字模块原始地址为00H。
          11    表示新的模块16进制地址为11H。
          00    类型代码，IPO A/D数字产品必须设置为00。
          06    表示波特率9600 baud。
00    表示数据格式为工程单位，禁止校验和。
3、读配置状态命令
说    明： 对一个IPO A/D数字模块读配置。
命令格式：$AA2（cr）          
参数说明：$     分界符。  
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
          2     表示读配置状态命令  
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：!AATTCCFF（cr）    命令有效。
          ?AA（cr）            命令无效或非法操作。
参数说明：!     分界符。
          AA   代表输入模块地址。
          TT   代表类型编码。
          CC   代表波特率编码。见表2
          FF    见表3
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。
应用举例：  用户命令    $302（cr）
            模块应答    !300F0600（cr）
说    明：!     分界符。
          30    表示IPO A/D数字模块地址为30H 。       
          00    表示输入类型代码。
          06    表示波特率9600 baud。
00    表示数据格式为工程单位，禁止校验和。
 4、偏移校准命令
说    明：校准一个输入模块的偏移。
命令格式：$AA1（cr）
参数说明：$     分界符。
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
1 表示偏移校准命令。
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：! AA （cr）    命令有效。
          ?AA（cr）    命令无效或非法操作。
参数说明：!     分界符，表示命令有效。
          ?     分界符，表示命令无效。
          AA   代表输入模块地址
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。
当对一个IPO A/D数字模块校准时，先校准偏移命令后，再校准增益。         
在校准时，IPO A/D数字模块需在要输入端连上合适的输入信号。不同的输入范围需要不同的输入电压或电流。具体校准方法请看校准模块章节。
假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。
应用举例：  用户命令    $231（cr）
            模块应答    !23（cr）
说    明：对地址23H模块进行偏移校准。
5、增益校准命令
说明：校准一个输入模块的增益。
命令格式：$AA0（cr）
参数说明：$     分界符。
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
0 表示增益校准命令。
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：!AA（cr）    命令有效。
          ?AA（cr）    命令无效或非法操作。
参数说明：!     分界符，表示命令有效。
          ?     分界符，表示命令无效。
          AA   代表输入模块地址
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。
当对一个IPO A/D数字模块校准时，先校准偏移后，再校准增益。
在校准时，IPO A/D数字模块需在输入端连上合适的输入信号。不同的输入范围需要不同的输入电压或电流。具体校准方法请看校准模块章节。
假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。
应用举例：  用户命令    $230（cr）
            模块应答    !23（cr）
说    明：对地址23H模块进行增益校准。
6、读模块名称命令
说明：对一个IPO A/D数字模块读模块名称。
命令格式：$AAM（cr）
参数说明：$     分界符。
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
          M    表示读模块名称命令  
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：!AA（ModuleName）（cr）     命令有效。
?AA（cr）   命令无效或非法操作
参数说明：!     分界符，表示命令有效。
          ?     分界符，表示命令无效。
          AA   代表输入模块地址。
          （ModuleName） 模块名称IPO A/D数字
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。
应用举例：  用户命令    $08M（cr）
            模块应答    !08IPO A/D数字 （cr）
说    明：在地址08H模块为IPO A/D数字。
7、设置通讯协议命令
说明：设置模块的通讯协议为命令集定义的字符协议或者Modbus RTU协议。
命令格式：$AAPV（cr）
参数说明：$     分界符。
          AA   模块地址，取值范围 00～FF（十六进制）。
          P    表示设置通讯协议命令   
          V    协议代号，可为0或1
                0：命令集定义的字符协议
                1：Modbus RTU协议               
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
应答格式：!AA（cr）   命令有效。
?AA（cr）   命令无效或非法操作
参数说明：!     分界符，表示命令有效。
          ?     分界符，表示命令无效。
          AA   代表输入模块地址。                
          （cr）   结束符，上位机回车键，十六进制为0DH。
其他说明：假如格式错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。
          设置通讯协议命令必须在缺省状态下才会有效。
应用举例1： 用户命令    $00P1（cr）
            模块应答    !00 （cr）
说    明： 设置通讯协议为Modbus RTU协议。
应用举例2： 用户命令    $00P0（cr）
            模块应答    !00 （cr）
说    明： 设置通讯协议为命令集定义的字符协议。

输入范围和数据格式：
IPO A/D数字模块使用了3种数据格式： 00：工程单位（Engineering Units）
                               01：满刻度的百分比（% of FSR）
                               10：16进制的补码（Twos complement）

输入范围 数据格式 正满量程 零 负满量程 显示的分辨率
A1：0-1mA
A5：0-±1mA 工程单位 +1.0000 ±0.0000 -1.0000 0.1uA
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

A2：0-10mA
A6：0-±10mA 工程单位 +10.000 ±00.000 -10.000 1uA
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

A3：0-20mA
A4：4-20mA
A7：0-±20mA 工程单位 +20.000 ±00.000 -20.000 1uA
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

U1：0-5V
U5：0-±5V 工程单位 +5.0000 ±0.0000 -5.0000 100uV
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

U2：0-10V
U6：0-±10V 工程单位 +10.000 ±00.000 -10.000 1mV
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

U3：0-75mV 工程单位 +75.000 ±00.000 -75.000 1uV
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

U4：0-2.5V 工程单位 +2.5000 ±0.0000 -2.5000 100uV
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

U7：0-100mV 工程单位 +100.00 ±000.00 -100.00 10uV
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB

A8：用户自定义
U8：用户自定义 工程单位 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 满刻度的百分比 +100.00 ±000.00 -100.00 0.01%
 16进制的补码 7FFFFF 000000 800000 1LSB
表4   输入范围和数据格式

应用举例：
1、输入范围为A4: 4~20mA，输入为4 mA时：
用户命令    #01（cr）
工程单位           模块应答    >+04.000（cr）
满刻度的百分比     模块应答    >+020.00（cr）
16进制的补码       模块应答    >199999（cr）

2、输入范围为U1: 0~5V，输入为3V时：
用户命令    #01（cr）
工程单位           模块应答    >+3.0000（cr）
满刻度的百分比     模块应答    >+060.00（cr）
16进制的补码       模块应答    >4CCCCC（cr）
校准模块：
产品出厂时已经校准，用户无需校准即可直接使用。
使用过程中，你也可以运用产品的校准功能来重新校准模块。在校准时，模块需要输入合适的信号，不同的输入范围需要不同的输入信号。

为了提高校准精度，建议使用以下设备来校准：
1、一个输出稳定，噪声很低的直流电压/电流信号源
2、一个5位半或更高精度的电压/电流测量仪表监测输入信号的准确性
校准过程
 1. 按照模块的输入范围接上对应的输入信号。
    其中IPO A/D数字模块零点在输入0时校准，满度在输入满度的120%时校准。例如4-20mA输入时，校准零点时         输入0mA，校准满度时输入24mA.。0-5V输入时，校准零点时输入0V，校准满度时输入6V。
 2. 给IPO A/D数字模块输入零点信号，通常为0mA或0V。
 3. 待信号稳定后，向IPO A/D数字模块发送 偏移校准 $AA1命令。
 4. 给IPO A/D数字模块输入满度的120%的电流或电压信号。
 5. 待信号稳定后，向IPO A/D数字模块发送增益校准 $AA0命令。
6. 校准完成

Modbus RTU 通讯协议：
模块出厂默认协议为字符通讯协议，如果需要将模块设置为Modbus RTU通讯协议，请按以下步骤设置：
1、 将INIT引脚（第8脚）和GND引脚（第7脚）短接。
2、 正确连接电源线和通讯接口线。
3、 接通电源，模块自动进入缺省状态，通讯地址为00，波特率为9600。
4、 等待1分钟，模块初始化。
5、 发送命令$00P1（cr），检查应答，如果为!00 （cr）则设置成功。
6、 关闭电源，断开INIT引脚和GND引脚之间的连接。
7、 模块已经成功设置为Modbus RTU通讯协议方式。

寄存器说明：
地址4X（PLC） 地址（PC，DCS） 数据内容 属性 数据说明
40001 0001 输入的模拟量 只读 测量到的数据
40211 0211 模块名称 只读 高位：0x00  低位：0x21
表5   Modbus Rtu寄存器说明        
外形尺寸：（单位：mm）

                        可以安装在标准DIN35导轨上

保修：
本产品自售出之日起两年内，凡用户遵守贮存、运输及使用要求，而产品质量低于技术指标的，可以返厂免费维修。因违反操作规定和要求而造成损坏的，需交纳器件费用和维修费。

版权：
版权 ? 2012深圳市埃索雷森电子技术有限公司

                                                                        版本号：V1.1
                                                                        日期：2012年7月