专利名称：具有防雷和防浪涌性能的高转换效率can-rs485总线转换模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及CAN-RS485总线转换模块。
背景技术：
随着自动控制技术的应用和发展，控制系统越来越复杂。许多单机控制系统已逐渐向多机联网的方向发展，如数据采集、消防、门禁、消费等控制系统。这就需要将各单机控制系统进行组网以进行相互通信。为此，EIA在RS422标准的基础上，制定了一种多节点、远距离和接受高灵敏度的RS485总线标准。 RS-485总线标准是为弥补RS-232通讯间隔短、速率低等缺点而产生的。RS-485总线标准只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通讯协议，是ー种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输间隔远和宽共模范围的通讯平台，这使得RS485总线的通信方式得到了广泛的应用。随着科技的发展，自动控制系统对节点间通信提出更高的要求。RS485的总线效率低、系统实时性差、可靠性低、后期维护成本高、传输距离不理想、单总线可挂载节点少等缺点逐渐暴露出来。由于RS485的先天缺陷，虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决问题。于是应用RS485的厂商开始寻求更好的解决方案。CAN总线是一种基于多主方式的串行通信总线，其在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，成为业界最有前途的现场总线之一。据CIA统计，2001年仅在欧洲就销售了超过I亿个CAN总线节点，几乎淘汰了所有的RS485系统。然而在国内RS485网络仍然在广泛应用，短期内完全放弃RS485网络系统是不现实的。因此可以考虑ー种折衷的、暂时的方法，就是在保留现有RS485系统硬件结构的基础上，添加ー个CAN总线接ロ。使得原有的RS485网络可以整合到CAN网络中。CAN-RS485总线转换模块的设计就具有了现实意义。王雯雯等于2007年在《兰州交通大学学报》发表的《基于ATmegal28的CAN-RS485转换器》提出了一种基于AVR的转换器的设计，但是，它是基于传统单片机，存在处理速度慢，缓存不足等问题，因此转换效率较低，通常只有6kbps左右，极大地限制了 RS485网络和CAN网络的性能，不能满足需求。陈嘯呐等于2006年在《嵌入式网络技术应用》上发表的《RS485-CAN总线转化器设计》提出了一种基于ARM7转换器的设计，它的转换效率也有待提高。并且，由于CAN总线及RS485总线大都应用于环境恶劣的エ控领域，总线长度可达到数千米，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。而RS485和CAN的收发器工作电压均较低(5V左右)，其本身耐压非常低，一旦过压引入，就会击穿损坏芯片。还有强烈的浪涌能量出现时，甚至会出现收发器爆裂，线路板焦糊的现象。上述两种设计都在控制器和驱动器之间增加光耦，虽然实现了电气隔离，却难以起到防雷和防浪涌的作用。而且引入光耦会增加电路的复杂程度、系统延迟及功耗，系统性能被降低。
实用新型内容本实用 新型是为了解决现有的CAN-RS485总线转换模块的转换效率低，以及防雷和防浪涌的性能差的问题，从而提供ー种具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块。具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，它包括控制电路、485隔尚电路、485驱动电路、一号防雷及防浪涌电路、CAN隔尚电路、CAN驱动电路和_.号防雷及防浪涌电路；控制电路的485隔离信号输出或输入端与485隔离电路的485隔离信号输入或输出端连接；485隔离电路的485驱动信号输入或输出端与485驱动电路的485驱动信号输出或输入端连接；485驱动电路的防雷及防浪涌信号输出或输入端与一号防雷及防浪涌电路的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述一号防雷及防浪涌电路接入485总线；控制电路的CAN隔离信号输出或输入端与CAN隔离电路的隔离信号输入或输出端连接；CAN隔离电路的CAN驱动信号输出或输入端与CAN驱动电路的CAN驱动信号输入或输出端连接；CAN驱动电路的防雷及防浪涌信号输出或输入端与二号防雷及防浪涌电路的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述二号防雷及防浪涌电路接入CAN总线。它还包括一号供电电路和二号供电电路，所述一号供电电路的电源信号输出端同时与控制电路的电源信号输入端、485隔离电路的一号电源输入端和CAN隔离电路的一号电源输入端连接；二号供电电路的一号电源信号输出端同时与485隔离电路的二号电源信号输入端和485驱动电路的电源信号输入端连接；二号供电电路的二号电源信号输出端与CAN隔离电路的电源信号输入端和CAN驱动电路的电源信号输入端连接。控制电路为STM32处理器。本实用新型的CAN-RS485总线的转换效率高；并且，本实用新型在电路中加入了防雷和防浪涌电路作为保护，防雷和防浪涌性能大幅度提高。
图I是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型与RS485网络与CAN网络互联示意图；图3本实用新型的工作流程示意图；图4是具体实施方式
五所述缓冲区示意图；图5是具体实施方式
五中的RS485缓冲区结构示意图；图6是具体实施方式
五中的CAN初始流程示意图；图7是具体实施方式
五中DMA初始化流程示意图；图8是具体实施方式
五中CAN中断服务流程意图；图9是具体实施方式
五中DMA中断流程不意图。
具体实施方式
具体实施方式
一、结合图I说明本具体实施方式
，具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，它包括控制电路I、485隔离电路2、485驱动电路11、一号防雷及防浪涌电路3、CAN隔离电路5、CAN驱动电路6和二号防雷及防浪涌电路7 ；控制电路I的485隔离信号输出或输入端与485隔离电路2的485隔离信号输入或输出端连接；485隔离电路2的485驱动信号输入或输出端与485驱动电路11的485驱动信号输出或输入端连接；485驱动电路11的防雷及防浪涌信号输出或输入端与一号防雷及防浪涌电路3的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述一号防雷及防浪涌电路3接入485总线4 ；控制电路I的CAN隔离信号输出或输入端与CAN隔离电路5的隔离信号输入或输出端连接；CAN隔离电路5的CAN驱动信号输出或输入端与CAN驱动电路6的CAN驱动信号输入或输出端连接；CAN驱动电路6的防雷及防浪涌信号输出或输入端与二号防雷及防浪涌电路7的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述二号防雷及防浪涌电路7接入CAN总线8。
具体实施方式
ニ、本具体实 施方式与具体实施方式
一所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块的区别在干，它还包括一号供电电路9和二号供电电路10,所述一号供电电路9的电源信号输出端同时与控制电路I的电源信号输入端、485隔离电路2的一号电源输入端和CAN隔离电路5的一号电源输入端连接；二号供电电路10的一号电源信号输出端同时与485隔离电路2的二号电源信号输入端和485驱动电路11的电源信号输入端连接；二号供电电路10的二号电源信号输出端与CAN隔离电路5的电源信号输入端和CAN驱动电路6的电源信号输入端连接。
具体实施方式
三、本具体实施方式
与具体实施方式
一或ニ所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块的区别在于，控制电路为STM32处理器。本实施方式采用ST公司的STM32作为处理器，STM32内部集成了 CAN的控制器，简化了电路设计并提高了可靠性。STM32为ARM Cortex_M3内核的32位处理器，主频72M，SRAM可达到64K，完全能满足转换器所需高处理速度和大容量缓存的需求。
具体实施方式
四、本具体实施方式
与具体实施方式
三所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块的区别在干，485隔离电路2中RS485总线驱动器为ADM2483芯片。本实施方式中，RS485总线驱动器采用ADM2483芯片，ADM2483是ADI公司推出的基于磁隔离技术的RS485收发芯片，内部集成了三通道的数字隔离器、带三态输出的差分驱动器和一个带三态输入的RS485差分接收器。由于采用磁隔离技术，相比于光耦加驱动芯片的解决方案，不仅简化了电路设计、提高了可靠性，还减小了传输延迟和功耗，从而提高系统性能。ADM2483芯片实现了总线驱动及电器隔离的功能。
具体实施方式
五、本具体实施方式
与具体实施方式
三所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块的区别在于，CAN驱动电路6为PCA82C250芯片。本实施方式中，CAN总线驱动芯片采用PCA82C250芯片，RS引脚接470K电阻后接地。为实现电气隔离，采用ADUM1201芯片，该芯片同样基于磁隔离技术，在性能、功耗、体积、可靠性等方面都具有光耦无可比拟的优势。本实施方式的工作流程如下所示软件部分通过Keil_uViSion3开发工具使用C语言编写，程序包括CAN接收中断服务程序和DMA中断服务程序、主程序和应用层转换程序。主程序主要包括初始化程序和扫描发送程序，即系统初始化后，扫描程序扫描到缓冲区非空时，根据应用层转换程序对数据进行分析和处理，再发送数据。主程序流程图3所示；在SRAM中，开辟ー块环形缓冲区作为CAN的接收缓存，这样可以有效防止CAN总线拥堵造成的数据丢失。开辟CAN的环形缓冲区，定义全局变量s_can、t_can、c_can、f_can，其中s_can代表缓冲区存储接收数据的位置，t_can代表前一次缓冲区读出(发送)数据的位置，如图4所示。s_can、t_can值为N后，回行到I位置，构成环形缓存。c_can为s_can相对位置标志位，当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的位置关系。f_can为缓冲区是否为空的标志位，对应关系表如表I所不。表I标志位与缓冲区状态对应关系
权利要求1.具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，其特征是它包括控制电路(1)、485隔离电路(2)、485驱动电路(11)、一号防雷及防浪涌电路(3)、CAN隔离电路(5 )、CAN驱动电路(6 )和二号防雷及防浪涌电路(7 ); 控制电路(I)的485隔离信号输出或输入端与485隔离电路(2)的485隔离信号输入或输出端连接；485隔离电路(2)的485驱动信号输入或输出端与485驱动电路(11)的485驱动信号输出或输入端连接；485驱动电路(11)的防雷及防浪涌信号输出或输入端与一号防雷及防浪涌电路(3)的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述一号防雷及防浪涌电路(3)接入485总线(4)； 控制电路(I)的CAN隔离信号输出或输入端与CAN隔离电路(5)的隔离信号输入或输出端连接；CAN隔离电路(5)的CAN驱动信号输出或输入端与CAN驱动电路(6)的CAN驱动信号输入或输出端连接；CAN驱动电路(6)的防雷及防浪涌信号输出或输入端与二号防雷及防浪涌电路(7)的防雷及防浪涌信号输入或输出端连接；所述二号防雷及防浪涌电路(7)接入CAN总线(8)。
2.根据权利要求I所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，其特征在于它还包括一号供电电路(9)和二号供电电路(10),所述一号供电电路(9)的电源信号输出端同时与控制电路(I)的电源信号输入端、485隔离电路(2)的一号电源输入端和CAN隔离电路(5)的一号电源输入端连接；二号供电电路(10)的一号电源信号输出端同时与485隔离电路(2)的二号电源信号输入端和485驱动电路(11)的电源信号输入端连接；二号供电电路(10)的二号电源信号输出端与CAN隔离电路(5)的电源信号输入端和CAN驱动电路(6)的电源信号输入端连接。
3.根据权利要求I或2所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，其特征在于控制电路(I)为STM32处理器。
4.根据权利要求3所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，其特征在于485隔离电路(2)中RS485总线驱动器为ADM2483芯片。
5.根据权利要求3所述的具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，其特征在于CAN驱动电路(6)为PCA82C250芯片。
专利摘要具有防雷和防浪涌性能的高转换效率CAN-RS485总线转换模块，涉及CAN-RS485总线转换模块，它解决了现有的CAN-RS485总线转换模块的转换效率低，以及防雷和防浪涌的性能差的问题。本实用新型的CAN-RS485总线的转换效率高；并且，本实用新型在电路中加入了防雷和防浪涌电路作为保护，防雷和防浪涌性能大幅度提高。本实用新型基于CAN-485转换模块，实现了CAN网络和RS485网络的通信。通过开辟环形缓冲区，有效防止由于网络繁忙等原因产生的数据丢失。经测试，系统能满足CAN网络和RS485网络融合的功能需求和总线防护需求。本实用新型适用于CAN-RS485总线转换。
文档编号G05B19/418GK202472352SQ201120449070
公开日2012年10月3日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者于永柱, 刘海明, 廖飞, 杨文君, 许宏文, 赵宝江 申请人:牡丹江师范学院