一种基于沙克总线的数据传输系统的制作方法

本发明一种基于沙克总线的数据传输系统，属于基于沙克总线的数据传输系统技术领域。

背景技术：

现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统；现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术，大可以布局在一个工厂、一条生产线上，小可以布局在一辆车、一台飞行器中；目前常见的总线协议包括：rs232、rs485、profibus、can、ffbus、profibus、工业以太网等，上述所有的现场总线都是国外企业研发的，国内尚无一款自己研发的总线系统，仅停留在国外总线的应用层面；个别企业打破禁运，仿制了一些接口，对降低这些接口元件的垄断价格起到了一定作用，但总线深层的可靠性和结构功能的仿制一直存在困难。

沙克总线是近些年国内提出的一种具备行业标准的总线系统，在其产生和测试过程中，有效减轻了对国外总线系统的依赖，已可以在部分领域的控制系统中布设使用，在使用过程中，由于沙克总线与传统通信协议存在兼容问题，导致在数据采集、控制、传输过程中存在传输慢、相应慢的问题；因此有必要对现有沙克总线的数据传输系统进行改进。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于沙克总线的数据传输系统；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于沙克总线的数据传输系统，包括组织总站和采集从站，所述组织总站通过485数据通信模块与多个采集从站的信号输出端相连；

所述采集从站内部设置有ad转换模块，所述ad转换模块的信号输入端与多个外部信号传感器相连，所述ad转换模块的信号输出端与485数据通信模块相连；

所述组织总站内部设置有中央控制器和沙克总线通信模块，所述中央控制器通过导线与沙克总线通信模块双向连接，所述中央控制器通过导线与485数据通信模块双向连接；

所述沙克总线通信模块通过导线与路由器双向连接。

所述沙克总线通信模块使用的芯片为信号发送芯片u1、电缆驱动器u2、信号接收芯片u3、数据恢复器u4，所述沙克总线通信模块的电路结构为：

所述信号发送芯片u1的1脚-11脚与中央控制器的信号输入端相连；

所述信号发送芯片u1的30脚串接电阻r17后接地；

所述信号发送芯片u1的31脚串接电阻r18后接地；

所述信号发送芯片u1的18脚串接电阻r20后接地；

所述信号发送芯片u1的23脚串接电阻r19后接地；

所述信号发送芯片u1的21脚并接电阻r22的一端，电阻r25的一端，电阻r26的一端后与电缆驱动器u2的2脚相连；

所述信号发送芯片u1的20脚并接电阻r22的一端，电阻r23的一端，电阻r24的一端后与电缆驱动器u2的3脚相连；

所述信号发送芯片u1的16脚依次并接信号发送芯片u1的25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、电容c46的一端，电容c47的一端，电容c48的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c46、c47、c48的另一端相互连接后接地；

所述电阻r23的另一端并接电阻r25的另一端后与3.3v输入电源相连；

所述电阻r24的另一端并接电阻r26的另一端后接地；

所述电缆驱动器u2的4脚串接电阻r27后接地；

所述电缆驱动器u2的7脚并接电阻r29的一端后与电容c51的一端相连，所述电容c51的另一端与接线端子j5相连；

所述电缆驱动器u2的6脚并接电阻r28的一端后与电容c50的一端相连，所述电容c50的另一端与接线端子j5相连；

所述电阻r28与电阻r29的另一端相互连接后接地；

所述信号接收芯片u3的14脚-18脚，23脚-27脚与中央控制器的信号输出端相连；

所述信号接收芯片u3的4脚并接信号接收芯片u3的5脚后与电阻r47的一端相连，所述电阻r47的另一端与3.3v输入电源相连；

所述信号接收芯片u3的1脚、8脚、9脚、22脚、20脚分别与3.3v输入电源相连；

所述信号接收芯片u3的2脚并接电阻r50的一端，电阻r54的一端，电阻r53的一端后与电容c66的一端相连，所述电容c66的另一端并接电阻r55的一端后与数据恢复器u4的13脚相连；

所述信号接收芯片u3的3脚并接电阻r50的另一端，电阻r51的一端，电阻r52的一端后与电容c67的一端相连，所述电容c67的另一端并接电阻r56的一端后与数据恢复器u4的14脚相连；

所述电阻r51的另一端并接电阻r53的另一端后与3.3v输入电源相连，所述电阻r52的另一端并接电阻r54的另一端后接地，所述电阻r55的另一端并接电阻r56的另一端，二极管d4的负极后后电容c68的一端相连，所述电容c68的另一端接地；

所述数据恢复器u4的7脚串接电容c69后与数据恢复器u4的6脚相连；

所述二极管d4的正极并接数据恢复器u4的4脚、1脚、2脚、电容c70的一端，电容c72的一端后与5v输入电源相连，所述电容c70的另一端并接电容c72的另一端后接地；

所述数据恢复器u4的12脚并接数据恢复器u4的5脚后与电容c71的一端相连，所述电容c71的另一端接地；

所述数据恢复器u4的8脚串接电阻r59后与电容c75的一端相连，所述电容c75的另一端并接电阻r60的一端后与电阻r62的一端相连，所述电阻r62的另一端与接线端子j5相连；

所述数据恢复器u4的9脚串接电阻r58后与电容c74的一端相连，所述电容c74的另一端并接电阻r61的一端后与电阻r63的一端相连，所述电阻r63的另一端与接线端子j5相连；

所述电阻r60的另一端并接电阻r61的另一端后接地；

所述数据恢复器u4的3脚串接电阻r57和电容c73后接地。

所述485数据通信模块使用的芯片为收发器u8、变压器t1、稳压器a1，所述485数据通信模块的电路结构为：

所述收发器u8的1脚与变压器t1的4脚相连；

所述收发器u8的2脚与变压器t1的1脚相连；

所述收发器u8的3脚并接电容c35的一端后接地；

所述收发器u8的4脚并接变压器t1的2脚、3脚、电容c35的另一端后与3.3v输入电源相连；

所述收发器u8的5脚串接电容c34后接地；

所述收发器u8的6脚串接电阻r29后接地；

所述收发器u8的7脚串接电阻r30后接地；

所述收发器u8的8脚串接电阻r31后接地；

所述收发器u8的9脚并接收发器u8的11脚、14脚、15脚、电阻r33的一端、电阻r32的一端后接地，所述收发器u8的12脚并接电阻r33的另一端后与电阻r35的一端相连，所述电阻r35的另一端并接电阻r36的一端后与输出端a相连；

所述收发器u8的13脚并接电阻r32的另一端后与电阻r34的一端相连，所述电阻r34的另一端并接电阻r36的另一端后与输出端b相连；

所述变压器t1的5脚与二极管d3的正极相连；

所述变压器t1的6脚并接变压器t1的7脚，电容c36的负极，稳压器a1的2脚后接地；

所述变压器t1的8脚与二极管d2的正极相连，所述二极管d2的负极并接二极管d3的负极，电容c36的正极，稳压器a1的3脚后与稳压器a1的1脚相连；

所述稳压器a1的5脚并接收发器u8的16脚后与电容c37的一端相连，所述电容c37的另一端接地。

所述ad转换模块使用的芯片为ad转换芯片u9，所述ad转换模块的电路结构为：

所述ad转换芯片u9的5脚并接电容c39的一端，电容c38的一端后接地；

所述ad转换芯片u9的6脚并接电容c39的另一端、电容c38的另一端后与vcc输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的10脚串接电阻r37后与485数据通信模块的信号输出端相连；

所述ad转换芯片u9的11脚接复位电路；

所述ad转换芯片u9的12脚串接电阻r38后与3.3v输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的28脚与3.3v输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的30脚并接电容c40的一端，电容c41的一端后接地；

所述ad转换芯片u9的31脚并接电容c40的另一端，电容c41的另一端后与vcc输入电源相连。

所述信号发送芯片u1的型号为ds921v1023arhbq；

所述电缆驱动器u2的型号为clc001；

所述信号接收芯片u3的型号为ds921v1224arhbq；

所述数据恢复器u4的型号为clc014；

所述收发器u8的型号为iso1176t；

所述变压器t1的型号为da2304；

所述稳压器a1的型号为lp2985a；

所述ad转换芯片u9的型号为ads1258。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明为解决现有的沙克总线与复杂种类传感器兼容性问题，通过设立基于rs-485协议的总线系统，现场传感器的通讯由组织者自动控制，可以有效减少沙克总线与传感器的通讯数据，降低了控制器的工作载荷，提高现场总线的可靠性和工作量；本发明提出的组织者终端通用性强，面向沙克总线可大大减少控制器通讯的压力，同时也可以直连计算机进行记录显示，有利于工作人员更加方便、快速的了解现场总线设备的运行情况。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明沙克总线通信模块的电路图；

图3为本发明485数据通信模块的电路图；

图4为本发明ad转换模块的电路图；

图5为本发明数据传输方法的流程图；

图中：1为组织总站、2为采集从站、3为485数据通信模块、4为ad转换模块、5为外部信号传感器、6为中央控制器、7为沙克总线通信模块、8为路由器。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明一种基于沙克总线的数据传输系统，包括组织总站（1）和采集从站（2），所述组织总站（1）通过485数据通信模块（3）与多个采集从站（2）的信号输出端相连；

所述采集从站（2）内部设置有ad转换模块（4），所述ad转换模块（4）的信号输入端与多个外部信号传感器（5）相连，所述ad转换模块（4）的信号输出端与485数据通信模块（3）相连；

所述组织总站（1）内部设置有中央控制器（6）和沙克总线通信模块（7），所述中央控制器（6）通过导线与沙克总线通信模块（7）双向连接，所述中央控制器（6）通过导线与485数据通信模块（3）双向连接；

所述沙克总线通信模块（7）通过导线与路由器（8）双向连接。

所述沙克总线通信模块（7）使用的芯片为信号发送芯片u1、电缆驱动器u2、信号接收芯片u3、数据恢复器u4，所述沙克总线通信模块（7）的电路结构为：

所述信号发送芯片u1的1脚-11脚与中央控制器（6）的信号输入端相连；

所述信号发送芯片u1的30脚串接电阻r17后接地；

所述信号发送芯片u1的31脚串接电阻r18后接地；

所述信号发送芯片u1的18脚串接电阻r20后接地；

所述信号发送芯片u1的23脚串接电阻r19后接地；

所述信号发送芯片u1的21脚并接电阻r22的一端，电阻r25的一端，电阻r26的一端后与电缆驱动器u2的2脚相连；

所述信号发送芯片u1的20脚并接电阻r22的一端，电阻r23的一端，电阻r24的一端后与电缆驱动器u2的3脚相连；

所述信号发送芯片u1的16脚依次并接信号发送芯片u1的25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、电容c46的一端，电容c47的一端，电容c48的一端后与3.3v输入电源相连，所述电容c46、c47、c48的另一端相互连接后接地；

所述电阻r23的另一端并接电阻r25的另一端后与3.3v输入电源相连；

所述电阻r24的另一端并接电阻r26的另一端后接地；

所述电缆驱动器u2的4脚串接电阻r27后接地；

所述电缆驱动器u2的7脚并接电阻r29的一端后与电容c51的一端相连，所述电容c51的另一端与接线端子j5相连；

所述电缆驱动器u2的6脚并接电阻r28的一端后与电容c50的一端相连，所述电容c50的另一端与接线端子j5相连；

所述电阻r28与电阻r29的另一端相互连接后接地；

所述信号接收芯片u3的14脚-18脚，23脚-27脚与中央控制器（6）的信号输出端相连；

所述信号接收芯片u3的4脚并接信号接收芯片u3的5脚后与电阻r47的一端相连，所述电阻r47的另一端与3.3v输入电源相连；

所述信号接收芯片u3的1脚、8脚、9脚、22脚、20脚分别与3.3v输入电源相连；

所述信号接收芯片u3的2脚并接电阻r50的一端，电阻r54的一端，电阻r53的一端后与电容c66的一端相连，所述电容c66的另一端并接电阻r55的一端后与数据恢复器u4的13脚相连；

所述信号接收芯片u3的3脚并接电阻r50的另一端，电阻r51的一端，电阻r52的一端后与电容c67的一端相连，所述电容c67的另一端并接电阻r56的一端后与数据恢复器u4的14脚相连；

所述电阻r51的另一端并接电阻r53的另一端后与3.3v输入电源相连，所述电阻r52的另一端并接电阻r54的另一端后接地，所述电阻r55的另一端并接电阻r56的另一端，二极管d4的负极后后电容c68的一端相连，所述电容c68的另一端接地；

所述数据恢复器u4的7脚串接电容c69后与数据恢复器u4的6脚相连；

所述二极管d4的正极并接数据恢复器u4的4脚、1脚、2脚、电容c70的一端，电容c72的一端后与5v输入电源相连，所述电容c70的另一端并接电容c72的另一端后接地；

所述数据恢复器u4的12脚并接数据恢复器u4的5脚后与电容c71的一端相连，所述电容c71的另一端接地；

所述数据恢复器u4的8脚串接电阻r59后与电容c75的一端相连，所述电容c75的另一端并接电阻r60的一端后与电阻r62的一端相连，所述电阻r62的另一端与接线端子j5相连；

所述数据恢复器u4的9脚串接电阻r58后与电容c74的一端相连，所述电容c74的另一端并接电阻r61的一端后与电阻r63的一端相连，所述电阻r63的另一端与接线端子j5相连；

所述电阻r60的另一端并接电阻r61的另一端后接地；

所述数据恢复器u4的3脚串接电阻r57和电容c73后接地。

所述485数据通信模块（3）使用的芯片为收发器u8、变压器t1、稳压器a1，所述485数据通信模块（3）的电路结构为：

所述收发器u8的1脚与变压器t1的4脚相连；

所述收发器u8的2脚与变压器t1的1脚相连；

所述收发器u8的3脚并接电容c35的一端后接地；

所述收发器u8的4脚并接变压器t1的2脚、3脚、电容c35的另一端后与3.3v输入电源相连；

所述收发器u8的5脚串接电容c34后接地；

所述收发器u8的6脚串接电阻r29后接地；

所述收发器u8的7脚串接电阻r30后接地；

所述收发器u8的8脚串接电阻r31后接地；

所述收发器u8的9脚并接收发器u8的11脚、14脚、15脚、电阻r33的一端、电阻r32的一端后接地，所述收发器u8的12脚并接电阻r33的另一端后与电阻r35的一端相连，所述电阻r35的另一端并接电阻r36的一端后与输出端a相连；

所述收发器u8的13脚并接电阻r32的另一端后与电阻r34的一端相连，所述电阻r34的另一端并接电阻r36的另一端后与输出端b相连；

所述变压器t1的5脚与二极管d3的正极相连；

所述变压器t1的6脚并接变压器t1的7脚，电容c36的负极，稳压器a1的2脚后接地；

所述变压器t1的8脚与二极管d2的正极相连，所述二极管d2的负极并接二极管d3的负极，电容c36的正极，稳压器a1的3脚后与稳压器a1的1脚相连；

所述稳压器a1的5脚并接收发器u8的16脚后与电容c37的一端相连，所述电容c37的另一端接地。

所述ad转换模块（4）使用的芯片为ad转换芯片u9，所述ad转换模块（4）的电路结构为：

所述ad转换芯片u9的5脚并接电容c39的一端，电容c38的一端后接地；

所述ad转换芯片u9的6脚并接电容c39的另一端、电容c38的另一端后与vcc输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的10脚串接电阻r37后与485数据通信模块（3）的信号输出端相连；

所述ad转换芯片u9的11脚接复位电路；

所述ad转换芯片u9的12脚串接电阻r38后与3.3v输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的28脚与3.3v输入电源相连；

所述ad转换芯片u9的30脚并接电容c40的一端，电容c41的一端后接地；

所述ad转换芯片u9的31脚并接电容c40的另一端，电容c41的另一端后与vcc输入电源相连。

所述信号发送芯片u1的型号为ds921v1023arhbq；

所述电缆驱动器u2的型号为clc001；

所述信号接收芯片u3的型号为ds921v1224arhbq；

所述数据恢复器u4的型号为clc014；

所述收发器u8的型号为iso1176t；

所述变压器t1的型号为da2304；

所述稳压器a1的型号为lp2985a；

所述ad转换芯片u9的型号为ads1258。

本发明基于沙克总线传输协议和485通信模块对现场总线进行改进，具体为可以同时实现现场总线测量和自动控制的数据传输系统；在工业控制、仪器仪表和电子通信等众多领域中，串行通信方式由于其实现简单成为最常用的数据交换方式，在工业控制等领域，环境的复杂造成双向通信的抗干扰能力差、传输速率低、传输距离短等问题，限制着总线技术的发展；使用rs-485协议的通信总线可以实现联网通信，并能克服rs-232通信仅适用于点对点通信方式的不足；rs-485总线传输距离可达1km，传输速率最大达到40mbps，rs-485差分总线的工作方式是半双工的，可支持多点通信，即总线上一个组织者可以串联多个节点。

本发明包括总站与从站两部分，其中从站将多种类传感器模拟量转换成二进制数字信号现场总线信息发至总站，总站组织者将获得的二进制现场总线信息根据预设的编码方式进行排序编码，获得传感器的数据并发送至沙克总线通信模块；本发明每增加一个从站，最多可以接入15台传感器，所有信号和数据经过一次综合或采编就可以直接进入沙克总线，可以缩减原有现场总线架构中50%的数据综合设备。

如图5所示，本发明对数据进行采集传输处理的过程步骤如下：

步骤s101，从站采集最多16路信号后传给总站组织者，其中外部信号包括：温度信号、压力信号、应变信号、热流信号、噪声信号、振动信号等；

步骤s102，总站将获得的现场总线信息排序编码，通过沙克总线预留的spi通用接口把数据上传至路由器。

在实际使用时，总站组织者设计为与32个子节点通过rs-485总线进行数据传输，总线每20米连接一个单元，总线共640米；总站组织者依次与从站建立连接后接收上传的数据，并按表1所示的协议按顺序编帧，然后将数据上传沙克总线。

表1通信协议

本发明提出的组织者终端通用性强，面向沙克总线可大大减少控制器通讯的压力，同时也可以直连计算机进行记录显示，有利于工作人员更加方便、快速的了解现场总线设备的运行情况。

本发明使用的收发器u8型号为iso1176t，具体为隔离的profibusrs-485收发器，使用的ad转换模块ads1258具体为16通道24位模拟数字转换器，为子节点多通道采集接口模块，支持同时接入多组数据采集传感器。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。