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Electronique > Réalisations > Interfaces / DMX > Interface RS485 (DMX) isolateur 002

Dernière mise à jour : 13/06/2021

Présentation

Cette interface a été conçue pour garantir une isolation électrique totale entre un ordinateur et une liaison différentielle RS485 (par exemple liaison DMX, qui s'appuie sur ce protocole).

    

Le but de ce circuit d'isolation est double :

• limiter les risques de parasites / interférences
• protéger l'ordinateur en cas de surtension sur la ligne RS485

Il s'agit d'un circuit exclusivement utilisé pour des tests sur le terrain durant la phase de développement d'interfaces RS485. Dans un produit commercial, ce type de protection fait normalement partie intégrante du système. 

Voir aussi Interface RS485 isolateur 001, qui propose un schéma basé sur des composants moins courants mais permettant d'obtenir un circuit de dimensions plus réduites (1 seul circuit intégré au lieu de 5).

Schéma

Les composants utilisés dans ce système sont faciles à trouver.

Des composants courants ou qui peuvent facilement trouver un remplaçant

Interfaçage RS485

Le circuit intégré MAX487 (U4) est un composant dédié à l'interfaçage d'équipements sur un bus RS485. Ce circuit à lui seul peut supporter quelques secousses (surtensions et autres perturbations) survenant sur la ligne RS485, mais des protections supplémentaires ont tout de même été ajoutées pour renforcer la fiabilité à long terme de l'ensemble.

Le fonctionnement du MAX487 est décrit sur ma page Bases - MAX487, laquelle je vous à lire si vous êtes curieux. Pour résumer, le MAX487 peut fonctionner en émission (driver) ou en réception, selon l'état logique des lignes de commande \RE (Receiver Enable) et DE (Driver Enable), broches 2 et 3, respectivement. Les lignes A et B (broches 6 et 7) permettent la connection (le noeud) au bus RS485.

Emission uniquement ou réception uniquement ?

Il est possible d'utiliser cette interface pour un fonctionnement unidirectionnel. Dans ce cas, certains composants peuvent être omis :

• Utilisation pour émission uniquement : vous pouvez supprimer U1, U2, R1, R2, R3, R4, C5, C6. Les broches 2 et 3 de U4 doivent dans ce cas être reliées au rail d'alimentation DMX_V+ (+5 V isolé). 
• Utilisation pour réception uniquement : vous pouvez supprimer U2, U3, R3, R4, R5, R6, C6, C7. Les broches 2 et 3 de U4 doivent dans ce cas être reliées au rail d'alimentation DMX_GND (0 V isolé). 
• Utilisation pour émission et réception uniquement : hum... très drôle !

Isolation galvanique (électrique)

Trois optocoupleurs 6N137 assurent l'isolation entre le circuit sensible "intelligent" (ordinateur, microprocesseur ou microcontrôleur) et le MAX487 qui est directement relié (sans isolation) à la ligne RS485. 

• L'optocoupleur U1 reçoit les données venant du bus RS485, par le biais de la sortie RO (Receiver Output) du MAX487. Les données véhiculées sur le bus RS485 ne peuvent être réceptionnées que si l'entrée de commande \RE est à l'état logique bas.
• L'optocoupleur U2 permet de choisir la direction des données en activant l'entrée de commande \RE (active à l'état bas) ou DE (active à l'état haut) du MAX487. Les deux entrées de commandes étant reliées ensemble, une seule peut être active à un instant donné.
• L'optocoupleur U3 envoie les données sur le bus RS485, par le biais de l'entrée DI (Driver Input). Les données ne peuvent être transmises sur le bus RS485 que si l'entrée de commande DE est à l'état logique haut.

Tout cela est très bien, car les trois optocoupleurs assurent une bonne isolation entre le bus RS485 et le circuit sensible. Mais un problème se pose du côté de l'alimentation de l'ensemble. Les optocoupleurs et le MAX487 ont tout deux besoin d'une tension pour fonctionner, et si on utilise une seule et même source de tension pour tout ce beau monde, on crée un point commun électrique qui rend caduque l'isolation offerte par les optocoupleurs.

Deux solutions existent pour conserver l'isolation électrique entre les optocoupleurs et le MAX487 :

• utiliser deux alimentations totalement séparées (par exemple avec un transformateur doté de deux secondaires de 6 Vac)
• utiliser une seule alimentation à laquelle on ajoute un convertisseur de tension DC-DC avec sortie isolée.

C'est cette deuxième solution qui a été retenue ici, avec l'emploi d'un convertisseur DC-DC de type B0505 (5 V en entrée, 5 V en sortie). Notons au passage que ce choix de tensions de 5 V doit vous faire réfléchir quant à l'utilisation d'un microcontrôleur alimenté en 3V3...

Protections supplémentaires

En plus de l'isolation électrique à proprement parler, j'ai prévu des diodes d'écrêtage bidirectionnelles (diodes transil, voir nota 1), ici des SM6T39CAY de STMICROELECTRONICS dont la tension "de seuil" est de 33 V. 

Nota 1 : ce type de diode est également appelée TVS (Transient Voltage Suppressor).

Alimentation

Une seule alimentation de +5 V est requise, elle doit pouvoir débiter 100 mA au moins. Dans la pratique, il s'agira de la tension utilisée pour alimenter le microcontrôleur qui envoie ou reçoit les données DMX.

Prototype

Réalisé sur circuit imprimé double face, selon l'implantation proposée plus loin.

La troisième photo ci-devant montre en gros plan le convertisseur de tension DC/DC (B0505) dont la fonction est de délivrer au MAX487 une tension de +5 V isolée de celle utilisée côté microcontrôleur. Les composants assurant la protection contre les surtensions sont de type CMS.  

   

Les résidus de soudure n'ont pas été supprimés (PCB non nettoyé après soudage).

Circuit imprimé (PCB)

Dessiné en double face. 

 
PCB version du 26/05/2021

Typon (PCB) au format PDF

Historique

13/06/2021
- Ajout photos prototype.

30/05/2021
- Première mise à disposition.