4-20mA转RS-485，Modbus数据采集模块 YL121

产品特点：

● 模拟信号采集，隔离转换 RS-485输出

● 采用12位AD转换器，测量精度优于0.1%

● 通过RS-485接口可以程控校准模块精度

● 信号输入 / 输出之间隔离耐压1000VDC

● 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，自动识别协议

● 工业阻燃外壳，RS485端口浪涌防护

●  AD转换速率可以编程设定

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-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0-5V信号采集

产品概述：

YL121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。YL121系列产品可应用在 RS-485总线工业自动化控制系统，4-20mA / 0-5V信号测量、监测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。每个串口多可接255只 YL121系列模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，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。

YL121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。

YL121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1000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。

功能简介：

YL121 信号隔离采集模块，可以用来测量电压或电流信号。

模拟信号输入

12位采集精度，一路模拟信号输入。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。

通讯协议

通讯接口： 1路标准的RS-485通讯接口。

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。模块自动识别通讯协议，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、38400、57600 、115200bps）均可设定；通讯网络长距离可达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。       

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：

YL121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：  ±50 ppm/℃ (±100 ppm/℃, 大)

输入电阻：  150Ω (4-20mA/0-20mA/0-±20mA电流输入)  

            300Ω (0-10mA/0-±10mA电流输入)

            1.5KΩ (0-1mA/0-±1mA电流输入)

            大于200K(5V/10V电压输入)

            大于1MΩ(2.5V以下电压输入)

带    宽：  -3 dB 10 Hz

转换速率：  10 Sps（出厂默认值，用户可发命令修改转换速率。）

               可以通过发送命令设置AD转换速率为2.5 SPS，5 SPS，10 SPS，20 SPS。（通道转换速率=AD转换速率/开启的通道数量）

              注：修改转换速率后请重新校准模块，否则测量的数据会有偏差。也可以在订货的时候注明转换速率，我们在产品出厂时按您要求的转换速率重新校准。

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 标准字符协议 和 MODBUS RTU通讯协议

             波特率（2400、4800、9600、19200、38400、57600 、115200bps）可软件选择

地址（0～255）可软件选择

通讯响应时间：100 ms 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：  1KVDC，1分钟，漏电流 1mA

             其中RS-485输出和电源共地。

耐冲击电压： 1KVAC， 1.2/50us(峰值)

外形尺寸：   79 mm  x  69.5mm  x  25mm

引脚定义：

YL121字符协议命令集：

模块的出厂初始设置，如下所示：

地址代码为01

波特率9600 bps

禁止校验和

如果使用 RS-485网络，必须分配一个**无二的地址代码，地址代码取值为16进制数在00和FF之间，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YL121模块地址。可以在接好YL121模块电源线和RS485通讯线后，通过配置命令来修改YL121模块的地址。波特率，校验和状态也需要根据用户的要求而调整。而在修改波特率，校验和状态之前，必须让模块先进入缺省状态，否则无法修改。

让模块进入缺省状态的方法：

YL121模块都有一个特殊的标为INIT的管脚。将INIT管脚短路接到GND1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YL121模块的波特率，校验和状态等参数。在不确定某个模块的具体配置时，也可以将INIT管脚短路接到GND1管脚，再接通电源，使模块进入缺省状态，再对模块进行重新配置。

字符协议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。

命令格式：(Leading Code)(Addr)(Command)[data][checksum]

(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, 如果下面没有指定，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

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

       模块应答    !00020600 (cr)

 启用校验和(checksum)

用户命令    $002B6

       模块应答    !00020600 A9 (cr)

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、读模拟输入模块数据命令

说    明：从模块中读回模拟输入数据。

命令格式：#01

参数说明：#     分界符。

          01   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。         

应答格式：>(data)(cr)     命令有效。

          ?AA(cr)       命令无效或非法操作或通道被关闭。

参数说明：>     分界符。

          (data) 代表读回的通道N的数据。数据格式可以是工程单位，FSR的百分比，16进制补码，或者ohms。详细说明见命令集第3条。

          (cr)   结束符，上位机回车键（0DH）。

其他说明：假如语法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（字符格式）      #01

                    （十六进制格式）  23303130

            模块应答（字符格式）      >+18.000 (cr)

（十六进制格式）：3E2B31382E3030300D

说    明：在地址01H模块上通道0的输入是（数据格式是工程单位）：+18.000mA

 

2、配置YL121模块命令

说    明：对一个YL121模块设置地址，输入范围，波特率，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

参数说明：%    分界符。

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。

          NN   代表新的模块16进制地址，数值NN的范围从00到FF。转换成十六进制为每个字符的ASCII码。如地址18换成十六进制为31H和38H。

          TT   用16进制代表类型编码。 YL121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
09	57600 baud
0A	115200 baud

 

 

 

 

 

表2  波特率代码

           FF    用16进制的8位代表校验和。注意从bits0 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   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-bit0：不用，必须设置为零。            

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，没有将INIT开关拨到INIT位置。

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=01H，NN等于新的地址。假如重新配置模块改变地址、输入范围。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，则必须将INIT开关拨到INIT位置，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    %0111000600

            模块应答    !11(cr)

说    明：%    分界符。

          01    表示你想配置的YL121模块原始地址为01H。

          11    表示新的模块16进制地址为11H。

          00    类型代码，YL121产品必须设置为00。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示禁止校验和。

3、读配置状态命令

说    明： 对指定一个YL121模块读配置。

命令格式：$012           

参数说明：$     分界符。   

          01   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    $012

            模块应答    !300F0600(cr)

说    明：!     分界符。

          301    表示YL121模块地址为01H 。        

          00    表示输入类型代码。

          06    表示波特率9600 baud。

00    表示禁止校验和。

4、修改模块量程命令

说    明： 修改模块显示的量程和数据格式。

命令格式：$AA0D (span)

参数说明：$   分界符。

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。 

0    设置量程命令

D    设置数据格式，数据有几个小数，取值范围0～4。例如3表示00.000，有3个小数。      

(span)   表示通道的满度，一个符号加5个数，没有小数点。比如100可以设置为+00100

应答格式：!AA(cr)  命令有效。

          ?AA(cr)  命令无效或非法操作。                            

应用举例1：  设置模块按实际的0-5000.0显示输出

用户命令    $0101+05000

            模块应答    !01(cr)

说    明：$    分界符。

          01   模块地址

0    设置量程命令  

1    表示有1个小数。

          +05000   表示量程为5000

         设置完成后数据显示的格式：+1234.5

5、读模块量程命令

说    明：读模块的量程。

命令格式：$AA1         

应答格式：! AA1D (span) (cr)    命令有效。参数说明参考上一条命令

          ?AA(cr)            命令无效或非法操作。

应用举例：  用户命令    $011

            模块应答    !0113+00100 (cr)

说    明：!    分界符。

          01   模块地址

1    读取量程命令

3    表示有3个小数。

          +00100    表示满度为100。   

6、设置模块AD转换速率

说明：设置模块的AD转换速率。其中，通道转换速率=AD转换速率/开启的通道数量。采样速率越慢，采集的数据就越准确。用户可根据需要自行调节。出厂默认的转换速率是10SPS。

      注：修改转换速率后请重新校准模块，否则测量的数据会有偏差。也可以在订货的时候注明转换速率，我们在产品出厂时按您要求的转换速率重新校准。

命令格式：$AA3R

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          3    表示设置转换速率命令    

          R    转换速率代号，可为0~3

代号R	0	1	2	3
转换速率	2.5 SPS	5 SPS	10 SPS	20 SPS

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。         

应用举例1： 用户命令    $0032

            模块应答    !00 (cr)

说    明： 设置AD转换速率为10SPS。

应用举例2： 用户命令    $0033

            模块应答    !00 (cr)

说    明：设置AD转换速率为20SPS。

7、读模块AD转换速率

说明：读模块的AD转换速率。其中，通道转换速率=AD转换速率/开启的通道数量。采样速率越慢，采集的数据就越准确。

命令格式：$AA4

参数说明：$     分界符。

          AA   模块地址，取值范围 00～FF(十六进制)。

          4    表示读转换速率命令         

响应语法：!AAR(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。

R    转换速率代号，可为0~3

代号R	0	1	2	3
转换速率	2.5 SPS	5 SPS	10 SPS	20 SPS

          (cr)   结束符，上位机回车键（0DH）。

其他说明：假如语法错误或通讯错误或地址不存在，模块不响应。         

应用举例1： 用户命令    $004

            模块应答    !002 (cr)

说    明：当前AD转换速率为10SPS。

应用举例2： 用户命令    $004

            模块应答    !003 (cr)

说    明：当前AD转换速率为20SPS。

8、设置以上字符命令设置的所有参数恢复出厂设置。

说    明：设置模块用以上字符命令设置的参数恢复为出厂设置。

命令格式：$AA900   设置参数恢复出厂设置。

参数说明：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。

应答格式：! AA(cr)     表示设置成功，模块会自动重启。

应用举例：  用户命令（字符格式）      $01900   

            模块应答（字符格式）      ! 01(cr)

说    明：参数恢复出厂设置。

Modbus RTU 通讯协议：

模块的出厂初始设置，如下所示：

Modbus地址为01

波特率9600 bps

让模块进入缺省状态的方法：

YL121模块都有一个特殊的标为INIT的管脚。将INIT管脚短路接到GND1管脚后，再接通电源，此时模块进入缺省状态。在这个状态时，模块暂时恢复为默认的状态：地址为01，波特率为9600。在不确定某个模块的具体配置时，用户可以查询地址和波特率的寄存器40201-40202，得到模块的实际地址和波特率，也可以跟据需要修改地址和波特率。

支持Modbus RTU通讯协议功能码03（读保持寄存器）和功能码06（写单个寄存器），命令格式按照标准Modbus RTU通讯协议。

Modbus软件测试示例：

支持功能码03和06的寄存器如下：

地址4X（PLC）	地址（PC，DCS）	数据内容	属性	数据说明
40001	0000	输入的模拟量	只读	有符号整数，数据为2的补码方式 0x0000-0x7FFF表示正数 0x8000-0xFFFF表示负数 比如量程为0-10V，0为0x0000，10V为0x7FFF 如果用不到负数，读取到大于0x7FFF的数据都换算成0即可。
40021	0020	4-20mA**	只读	无符号整数，4-20mA信号输入时读取。 4mA=0x0000，20mA=0x7FFF
40061	0060	用户量程换算后的数据	只读	有符号整数， 量程由40161寄存器定义 可以用于模拟量和实际数据的换算
40081	0080	4-20mA用户量程换算后的数据	只读	无符号整数， 量程由40181寄存器定义。 数据小于4mA时显示为0，数据为20mA时显示为设定值。中间按比例显示。 可以用于模拟量和实际数据的换算
40161	0160	通道0量程	读/写	整数，0x0001-0x7FFF，修改后40061寄存器的数据按这个量程换算
40181	0180	自定义4-20mA 量程	读/写	整数，0x0001-0x7FFF，修改后40081寄存器的数据按这个量程换算
40200	0199	参数恢复出厂设置	读/写	设置为FF00，则模块所有寄存器的参数恢复为出厂设置，完成后模块自动重启
40201	0200	模块地址	读/写	整数，重启后生效，范围0x0000-0x00FF
40202	0201	波特率	读/写	整数，重启后生效，范围0x0004-0x000A 0x0004 = 2400 bps，0x0005 = 4800 bps 0x0006 = 9600 bps，0x0007 = 19200 bps 0x0008 = 38400 bps，0x0009 = 57600 bps 0x000A = 115200bps
40204	0203	转换速率	读/写	整数，范围0x0000-0x0003， 出厂默认为2，修改后请重新校准模块。 0x0000 = 2.5 SPS，0x0001 = 5 SPS， 0x0002 = 10 SPS， 0x0003 = 20 SPS

 

 

通讯举例1：假如模块地址为01，以16进制发送：010300000001840A ，即可取得寄存器40001的数据。

01	03	00	00	00	01	84	0A
模块地址	读保持寄存器	寄存器地址高位	寄存器地址低位	寄存器数量高位	寄存器数量低位	CRC校验低位	CRC校验高位

 

假如模块回复：010302199973BE即读到的数据为0x1999，假如量程为A4:4-20mA或者A3：0-20mA，

换算0x1999*20mA/0x7FFF= 4mA。即表明现在输入的电流为4mA。

01	03	02	19	99	73	BE
模块地址	读保持寄存器	数据的字节数	数据高位	数据低位	CRC校验低位	CRC校验高位

 

通讯举例2：量程为A4: 4-20mA时，也可以读取4-20mA**寄存器的数据，寄存器地址40021，4mA对应0x0000，20mA对应0x7FFF。举例如下

假如模块地址为01，以16进制发送：010300140001C401 ，即可取得寄存器40021的数据。

01	03	00	14	00	01	C4	01
模块地址	读保持寄存器	寄存器地址高位	寄存器地址低位	寄存器数量高位	寄存器数量低位	CRC校验低位	CRC校验高位

 

假如模块回复：010302199973BE即读到的数据为0x1999，量程为4-20mA，换算0x1999*16mA/0x7FFF= 3.2mA，再加上零点的4mA，即表明现在输入的电流为7.2mA。

01	03	02	19	99	73	BE
模块地址	读保持寄存器	数据的字节数	数据高位	数据低位	CRC校验低位	CRC校验高位

 

 

 

 

 

 

MODBUS协议 量程与数据高16位的对应关系

输入范围	正满量程	零	负满量程
A1：0-1mA A2：0-10mA A3：0-20mA A4：4-20mA A5：0-±1mA A6：0-±10mA A7：0-±20mA A8：用户自定义 U1：0-5V U2：0-10V U3：0-75mV U4：0-2.5V U5：0-±5V U6：0-±10V U7：0-100mV U8：用户自定义	0x7FFF	0x0000	0x8000
A4：4-20mA 寄存器40021~40028 4-20mA**寄存器的量程对应关系	0x7FFF （20mA）	0x0000 （4mA）	0x0000

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在需要校准的通道接上对应的输入信号。

•  YL121模块零点在输入0时校准，满度在输入满度的100%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20mA.。0-5V输入时，校准零点时输入0V，校准满度时输入5V。

 2. 给YL121模块输入零点信号，通常为0mA或0V。

 3. 待信号稳定后，发送$01C0，模块就会进行零点校准。

 4. 给YL121模块输入满度的100%的电流或电压信号。

 5. 待信号稳定后，发送$01C1，模块就会进行满度校准。

 6. 校准完成

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。

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                                                                        版本号：V1.0

                                                                         日期：2021年2月

 

 

 

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