專利名稱：具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率can-rs485總線轉換模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及CAN-RS485總線轉換模塊。
背景技術：
隨著自動控制技術的應用和發展，控制系統越來越復雜。許多單機控制系統已逐漸向多機聯網的方向發展，如數據采集、消防、門禁、消費等控制系統。這就需要將各單機控制系統進行組網以進行相互通信。為此，EIA在RS422標準的基礎上，制定了一種多節點、遠距離和接受高靈敏度的RS485總線標準。 RS-485總線標準是為彌補RS-232通訊間隔短、速率低等缺點而產生的。RS-485總線標準只規定了平衡驅動器和接收器的電特性，而沒有規定接插件、傳輸電纜和應用層通訊協議，是ー種相對經濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸間隔遠和寬共模范圍的通訊平臺，這使得RS485總線的通信方式得到了廣泛的應用。隨著科技的發展，自動控制系統對節點間通信提出更高的要求。RS485的總線效率低、系統實時性差、可靠性低、后期維護成本高、傳輸距離不理想、單總線可掛載節點少等缺點逐漸暴露出來。由于RS485的先天缺陷，雖然許多工程師、生產廠商等提出了改進的方法和建議，但都不能從根本上解決問題。于是應用RS485的廠商開始尋求更好的解決方案。CAN總線是一種基于多主方式的串行通信總線，其在通信能力、可靠性、實時性、靈活性、易用性、傳輸距離遠、成本低等方面有著明顯的優勢，成為業界最有前途的現場總線之一。據CIA統計，2001年僅在歐洲就銷售了超過I億個CAN總線節點，幾乎淘汰了所有的RS485系統。然而在國內RS485網絡仍然在廣泛應用，短期內完全放棄RS485網絡系統是不現實的。因此可以考慮ー種折衷的、暫時的方法，就是在保留現有RS485系統硬件結構的基礎上，添加ー個CAN總線接ロ。使得原有的RS485網絡可以整合到CAN網絡中。CAN-RS485總線轉換模塊的設計就具有了現實意義。王雯雯等于2007年在《蘭州交通大學學報》發表的《基于ATmegal28的CAN-RS485轉換器》提出了一種基于AVR的轉換器的設計，但是，它是基于傳統單片機，存在處理速度慢，緩存不足等問題，因此轉換效率較低，通常只有6kbps左右，極大地限制了 RS485網絡和CAN網絡的性能，不能滿足需求。陳嘯吶等于2006年在《嵌入式網絡技術應用》上發表的《RS485-CAN總線轉化器設計》提出了一種基于ARM7轉換器的設計，它的轉換效率也有待提高。并且，由于CAN總線及RS485總線大都應用于環境惡劣的エ控領域，總線長度可達到數千米，而且其傳輸線通常暴露于戶外，因此極易因為雷擊等原因引入過電壓。而RS485和CAN的收發器工作電壓均較低(5V左右)，其本身耐壓非常低，一旦過壓引入，就會擊穿損壞芯片。還有強烈的浪涌能量出現時，甚至會出現收發器爆裂，線路板焦糊的現象。上述兩種設計都在控制器和驅動器之間增加光耦，雖然實現了電氣隔離，卻難以起到防雷和防浪涌的作用。而且引入光耦會增加電路的復雜程度、系統延遲及功耗，系統性能被降低。
實用新型內容本實用 新型是為了解決現有的CAN-RS485總線轉換模塊的轉換效率低，以及防雷和防浪涌的性能差的問題，從而提供ー種具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊。具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，它包括控制電路、485隔尚電路、485驅動電路、一號防雷及防浪涌電路、CAN隔尚電路、CAN驅動電路和_.號防雷及防浪涌電路；控制電路的485隔離信號輸出或輸入端與485隔離電路的485隔離信號輸入或輸出端連接；485隔離電路的485驅動信號輸入或輸出端與485驅動電路的485驅動信號輸出或輸入端連接；485驅動電路的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與一號防雷及防浪涌電路的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述一號防雷及防浪涌電路接入485總線；控制電路的CAN隔離信號輸出或輸入端與CAN隔離電路的隔離信號輸入或輸出端連接；CAN隔離電路的CAN驅動信號輸出或輸入端與CAN驅動電路的CAN驅動信號輸入或輸出端連接；CAN驅動電路的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與二號防雷及防浪涌電路的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述二號防雷及防浪涌電路接入CAN總線。它還包括一號供電電路和二號供電電路，所述一號供電電路的電源信號輸出端同時與控制電路的電源信號輸入端、485隔離電路的一號電源輸入端和CAN隔離電路的一號電源輸入端連接；二號供電電路的一號電源信號輸出端同時與485隔離電路的二號電源信號輸入端和485驅動電路的電源信號輸入端連接；二號供電電路的二號電源信號輸出端與CAN隔離電路的電源信號輸入端和CAN驅動電路的電源信號輸入端連接。控制電路為STM32處理器。本實用新型的CAN-RS485總線的轉換效率高；并且，本實用新型在電路中加入了防雷和防浪涌電路作為保護，防雷和防浪涌性能大幅度提高。
圖I是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型與RS485網絡與CAN網絡互聯示意圖；圖3本實用新型的工作流程示意圖；圖4是具體實施方式
五所述緩沖區示意圖；圖5是具體實施方式
五中的RS485緩沖區結構示意圖；圖6是具體實施方式
五中的CAN初始流程示意圖；圖7是具體實施方式
五中DMA初始化流程示意圖；圖8是具體實施方式
五中CAN中斷服務流程意圖；圖9是具體實施方式
五中DMA中斷流程不意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一、結合圖I說明本具體實施方式
，具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，它包括控制電路I、485隔離電路2、485驅動電路11、一號防雷及防浪涌電路3、CAN隔離電路5、CAN驅動電路6和二號防雷及防浪涌電路7 ；控制電路I的485隔離信號輸出或輸入端與485隔離電路2的485隔離信號輸入或輸出端連接；485隔離電路2的485驅動信號輸入或輸出端與485驅動電路11的485驅動信號輸出或輸入端連接；485驅動電路11的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與一號防雷及防浪涌電路3的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述一號防雷及防浪涌電路3接入485總線4 ；控制電路I的CAN隔離信號輸出或輸入端與CAN隔離電路5的隔離信號輸入或輸出端連接；CAN隔離電路5的CAN驅動信號輸出或輸入端與CAN驅動電路6的CAN驅動信號輸入或輸出端連接；CAN驅動電路6的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與二號防雷及防浪涌電路7的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述二號防雷及防浪涌電路7接入CAN總線8。
具體實施方式
ニ、本具體實 施方式與具體實施方式
一所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊的區別在干，它還包括一號供電電路9和二號供電電路10,所述一號供電電路9的電源信號輸出端同時與控制電路I的電源信號輸入端、485隔離電路2的一號電源輸入端和CAN隔離電路5的一號電源輸入端連接；二號供電電路10的一號電源信號輸出端同時與485隔離電路2的二號電源信號輸入端和485驅動電路11的電源信號輸入端連接；二號供電電路10的二號電源信號輸出端與CAN隔離電路5的電源信號輸入端和CAN驅動電路6的電源信號輸入端連接。
具體實施方式
三、本具體實施方式
與具體實施方式
一或ニ所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊的區別在于，控制電路為STM32處理器。本實施方式采用ST公司的STM32作為處理器，STM32內部集成了 CAN的控制器，簡化了電路設計并提高了可靠性。STM32為ARM Cortex_M3內核的32位處理器，主頻72M，SRAM可達到64K，完全能滿足轉換器所需高處理速度和大容量緩存的需求。
具體實施方式
四、本具體實施方式
與具體實施方式
三所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊的區別在干，485隔離電路2中RS485總線驅動器為ADM2483芯片。本實施方式中，RS485總線驅動器采用ADM2483芯片，ADM2483是ADI公司推出的基于磁隔離技術的RS485收發芯片，內部集成了三通道的數字隔離器、帶三態輸出的差分驅動器和一個帶三態輸入的RS485差分接收器。由于采用磁隔離技術，相比于光耦加驅動芯片的解決方案，不僅簡化了電路設計、提高了可靠性，還減小了傳輸延遲和功耗，從而提高系統性能。ADM2483芯片實現了總線驅動及電器隔離的功能。
具體實施方式
五、本具體實施方式
與具體實施方式
三所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊的區別在于，CAN驅動電路6為PCA82C250芯片。本實施方式中，CAN總線驅動芯片采用PCA82C250芯片，RS引腳接470K電阻后接地。為實現電氣隔離，采用ADUM1201芯片，該芯片同樣基于磁隔離技術，在性能、功耗、體積、可靠性等方面都具有光耦無可比擬的優勢。本實施方式的工作流程如下所示軟件部分通過Keil_uViSion3開發工具使用C語言編寫，程序包括CAN接收中斷服務程序和DMA中斷服務程序、主程序和應用層轉換程序。主程序主要包括初始化程序和掃描發送程序，即系統初始化后，掃描程序掃描到緩沖區非空時，根據應用層轉換程序對數據進行分析和處理，再發送數據。主程序流程圖3所示；在SRAM中，開辟ー塊環形緩沖區作為CAN的接收緩存，這樣可以有效防止CAN總線擁堵造成的數據丟失。開辟CAN的環形緩沖區，定義全局變量s_can、t_can、c_can、f_can，其中s_can代表緩沖區存儲接收數據的位置，t_can代表前一次緩沖區讀出(發送)數據的位置，如圖4所示。s_can、t_can值為N后，回行到I位置，構成環形緩存。c_can為s_can相對位置標志位，當s_can回行后置I, t_can回行后清O, c_can可以反映出s_can和t_can的位置關系。f_can為緩沖區是否為空的標志位，對應關系表如表I所不。表I標志位與緩沖區狀態對應關系
權利要求1.具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，其特征是它包括控制電路(1)、485隔離電路(2)、485驅動電路(11)、一號防雷及防浪涌電路(3)、CAN隔離電路(5 )、CAN驅動電路(6 )和二號防雷及防浪涌電路(7 ); 控制電路(I)的485隔離信號輸出或輸入端與485隔離電路(2)的485隔離信號輸入或輸出端連接；485隔離電路(2)的485驅動信號輸入或輸出端與485驅動電路(11)的485驅動信號輸出或輸入端連接；485驅動電路(11)的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與一號防雷及防浪涌電路(3)的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述一號防雷及防浪涌電路(3)接入485總線(4)； 控制電路(I)的CAN隔離信號輸出或輸入端與CAN隔離電路(5)的隔離信號輸入或輸出端連接；CAN隔離電路(5)的CAN驅動信號輸出或輸入端與CAN驅動電路(6)的CAN驅動信號輸入或輸出端連接；CAN驅動電路(6)的防雷及防浪涌信號輸出或輸入端與二號防雷及防浪涌電路(7)的防雷及防浪涌信號輸入或輸出端連接；所述二號防雷及防浪涌電路(7)接入CAN總線(8)。
2.根據權利要求I所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，其特征在于它還包括一號供電電路(9)和二號供電電路(10),所述一號供電電路(9)的電源信號輸出端同時與控制電路(I)的電源信號輸入端、485隔離電路(2)的一號電源輸入端和CAN隔離電路(5)的一號電源輸入端連接；二號供電電路(10)的一號電源信號輸出端同時與485隔離電路(2)的二號電源信號輸入端和485驅動電路(11)的電源信號輸入端連接；二號供電電路(10)的二號電源信號輸出端與CAN隔離電路(5)的電源信號輸入端和CAN驅動電路(6)的電源信號輸入端連接。
3.根據權利要求I或2所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，其特征在于控制電路(I)為STM32處理器。
4.根據權利要求3所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，其特征在于485隔離電路(2)中RS485總線驅動器為ADM2483芯片。
5.根據權利要求3所述的具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，其特征在于CAN驅動電路(6)為PCA82C250芯片。
專利摘要具有防雷和防浪涌性能的高轉換效率CAN-RS485總線轉換模塊，涉及CAN-RS485總線轉換模塊，它解決了現有的CAN-RS485總線轉換模塊的轉換效率低，以及防雷和防浪涌的性能差的問題。本實用新型的CAN-RS485總線的轉換效率高；并且，本實用新型在電路中加入了防雷和防浪涌電路作為保護，防雷和防浪涌性能大幅度提高。本實用新型基于CAN-485轉換模塊，實現了CAN網絡和RS485網絡的通信。通過開辟環形緩沖區，有效防止由于網絡繁忙等原因產生的數據丟失。經測試，系統能滿足CAN網絡和RS485網絡融合的功能需求和總線防護需求。本實用新型適用于CAN-RS485總線轉換。
文檔編號G05B19/418GK202472352SQ201120449070
公開日2012年10月3日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者于永柱, 劉海明, 廖飛, 楊文君, 許宏文, 趙寶江 申請人:牡丹江師范學院