[实用新型]一种串口GPIO扩展器

说明书

技术领域

本实用新型涉及串口扩展技术，具体运用于仓库、门禁管理、通道控制、声光警示等外设要求比较高的场合。

背景技术

在工业控制应用中，往往有很多外设，如地感线圈、指示灯、门、摄像头、声音报警等外设需要控制。这些外设的驱动能力一般要求比较强，控制端口要求比较多。一些工业电脑通常不能直接对这些外设进行控制，或是GPIO口不够，通过串口扩展的方式可以直接对这些外设进行控制，解决驱动等电气连接的问题。可以配合UHF读写器，扩展其外设控制能力。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种串口GPIO扩展器，解决驱动及控制的电气连接问题。

为实现该技术目的，本实用新型的方案是：一种串口GPIO扩展器，包括给各部件供电的电源，还包括一MCU处理器，该处理器分别控制连接有IO口输入输出驱动电路和RS232电平转换电路，电源分别与MCU处理器、IO口输入输出驱动电路和RS232电平转换电路供电连接。

作为优选，所述IO输入输出驱动电路分成两部分，一部分是光电隔离电路，一部分是IO驱动加强和保护电路；光电隔离电路采用三片光耦芯片组成，每片光耦芯片有4对光电发射接收管；光耦的一端接到MCU处理器的IO口，一端接到IO输出驱动加强电路和IO输入接口。

本方案的串口GPIO扩展器中，IO口扩展数量多；强驱动能力，单路驱动电流可达1A，能满足大多数工业控制要求；IO口输出驱动电压可控在3.3-15V；光电隔离且有IO口输出短路保护；采用大多数工控机都有的RS232通信接口。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构原理框图；

图2为本实用新型的电源电路图；

图3为本实用新型RS232电平转换电路图；

图4为本实用新型的MCU电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型具体实施例的一种串口GPIO扩展器，包括给各部件供电的电源，还包括一MCU处理器，该处理器分别控制连接有IO口输入输出驱动电路和RS232电平转换电路，电源分别与MCU处理器、IO口输入输出驱动电路和RS232电平转换电路供电连接。

其中，电源采用LT1086-5.0的线性稳压芯片给整个电路供电。图2中的D1是防止电源反接的肖特基二极管，D3是瞬态抑制二极管，起到对浪涌或是静电抑制的作用。

该设备的供电电压是12V，GPIO数量为4个输入8个输出，单路驱动电流可达1A。输出IO口的驱动电源可以选择为设备内部提供或是设备外部挺供。通过图2中的J2、J3来选择：J2、J3闭合，选择内部供电；J2、J3断开，选择外部供电。当选择内部供电的时候，IO口驱动电压为12V，而且不具备光电隔离功能，这主要用在坏境比较良好的场合。当选择为外部供电的时候，外部电源要接到VDD GPIO和GND GPIO接口，这时IO口驱动电压是根据外部电源电压变化的，从而可以满足不同驱动电压的要求，外部电源电压可以变化的范围为3.3-15V。这种方式主要用在环境复杂恶劣的场合，通过光耦和外部隔离。

如图3所示，RS232电平转换电路采用TI高性能RS232电平转换芯片SN65C3232，将串口的TTL电平和RS232电平进行转换，其速度高达1M bit/S。设备工作时的波特率为9600-115200可选。

MCU处理器采用STC工业级8位处理芯片STC11F02E，如图4所示，其作用主要是处理上位机发过来的指令，并根据指令的要求对相应的IO口状态进行设置和读取。IO口的设置和读取时间在20ms以内。该芯片通过串口和RS232电平转换芯片连接来接收上位机发过来的指令，并把结果返回给上位机。芯片IO口P3.2-P3.5连接到IO驱动电路中的U5，读取经过光耦隔离以后的IO口输入状态，芯片IO口P1.0-P1.7连接到IO驱动电路中的U2、U4光耦输入端。光耦的输入状态经过光电耦合以后反应到对应的IO输出端口。

IO输入输出驱动电路分成两部分，一部分是光电隔离电路，一部分是IO驱动加强和保护电路。光电隔离电路采用三片光耦芯片TLP281-4(U 2、U4、U5)组成，每片光耦芯片有4对光电发射接收管。光耦的一端接到MCU处理器的IO口，一端接到IO输出驱动加强电路和IO输入接口，从而通过光耦把内外部IO状态达到同步和隔离的效果。