现场总线协议转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业控制现场总线技术领域，具体涉及现场总线协议转换装置。
【背景技术】
[0002]现场总线技术因其具有较强的开放性、可操作性、通信实时性以及对环境的适应性等特点而被广泛应用于工业控制领域。然而，对于众多的现场总线协议，相互间的差异很大，互不兼容，造成了不同现场总线系统间不能够相互操作和直接信息交换，不仅阻碍了现场总线控制系统的集成，而且影响了现场总线技术的推广和应用。以往关于现场总线协议转换的研究和产品应用虽取得了一定的进展，但是接口功能单一，没有考虑现场总线的主站、从站切换的问题，不具备对传输数据的缓存以及数据恢复处理的能力，灵活性差，在实际应用中无法满足工业系统的需求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供现场总线协议转换装置，为不同现场总线之间的数据交换提供了高速、可靠的解决方案，解决了现有现场总线协议转换的产品不能进行主站与从站的切换，以及不能进行数据缓存及断点重发处理的问题。
[0004]本实用新型采用的技术方案是，现场总线协议转换装置，包括STM32微处理器，STM32微处理器中集成有CAN控制器，CAN隔离收发器与CAN控制器连接；STM32微处理器分别与PR0FIBUS-DP总线协议处理模块、输入模块、显示模块、数据缓存模块和外部数据存储模块连接；带隔离功能的RS485驱动芯片与PR0FIBUS-DP总线协议处理模块连接；以上各模块均与电源模块连接。
[0005]本实用新型的特征还在于，
[0006]CAN隔离收发器采用CTM1050接口芯片。
[0007]输入模块采用电阻式触摸屏。
[0008]显示模块采用IXD显示屏。
[0009]数据缓存模块采用异步FIFO数据缓存器。
[0010]外部数据存储模块采用串行FLASH存储器SST25VF016B。
[0011]电源模块采用双24V冗余电源输入。
[0012]本实用新型的有益效果是，
[0013](I)本实用新型采用STM32微处理器，配合高速CAN隔离收发器和PR0FIBUS-DP总线协议处理模块，实现了完整的PR0FIBUS-DP协议的同时，也完成了现场总线主站与从站的切换。
[0014](2)本实用新型采用外扩大容量异步FIFO数据缓存器，能够防止数据丢失，实现断点重发处理，保证该装置稳定、可靠、高速的进行数据传输。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型现场总线协议转换装置的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型现场总线协议转换装置中CAN总线接口电路图；
[0017]图3是本实用新型现场总线协议转换装置中PR0FIBUS-DP通信接口电路图；
[0018]图4是本实用新型现场总线协议转换装置中PR0FIBUS-DP主站与微控制器接口电路图；
[0019]图5是本实用新型现场总线协议转换装置中PR0FIBUS-DP从站与微控制器接口电路图；
[0020]图6是本实用新型现场总线协议转换装置中微控制器与FPGA接口电路图；
[0021]图7是本实用新型现场总线协议转换装置中微控制器与FLASH接口电路图。
[0022]图中，1.STM32微处理器，2.CAN控制器，3.CAN隔离收发器，4.PROFIBUS-DP总线协议处理模块，5.输入模块，6.显示模块，7.数据缓存模块，8.外部数据存储模块，9.RS485驱动芯片。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0024]本实用新型现场总线协议转换装置的结构如图1所示，包括STM32微处理器1，STM32微处理器I中集成有CAN控制器2，CAN隔离收发器3与CAN控制器2连接；STM32微处理器I分别与PR0FIBUS-DP总线协议处理模块4、输入模块5、显示模块6、数据缓存模块7和外部数据存储模块8连接；带隔离功能的RS485驱动芯片9与PR0FIBUS-DP总线协议处理模块连接；以上各模块均与电源模块连接。其中，CAN隔离收发器3采用CTM1050接口芯片，输入模块5采用电阻式触摸屏，显示模块6采用LCD显示屏，数据缓存模块7采用异步FIFO数据缓存器，外部数据存储模块8采用串行FLASH存储器SST25VF016B，电源模块采用双24V冗余电源输入。
[0025]本实用新型中CAN隔离收发器负责CAN总线通信；PR0FIUS_DP协议处理模块包括PR0FIBUS-DP主站处理模块和PR0FIBUS-DP从站处理模块，负责PR0FIBUS-DP总线通信；STM32微处理器负责二者协议转换及相应的显示功能，并通过协议转换实现CAN与PR0FIBUS之间的数据交换。针对在协议转换过程中可能存在的数据丢失问题，采用由FPGA和SDRAM构成的数据缓存模块(异步FIFO数据缓存器)作为协议转换器的数据缓冲。
[0026]本实用新型中CAN总线接口电路如图2所示，由于CAN控制器已集成在STM32内部，并且使用CTM1050接口芯片，该芯片可以连接任何一款CAN协议控制器，实现CAN节点的收发与隔离功能。CTM1050接口芯片实现带隔离的CAN收发电路，隔离电压可以达到DC2500V，其接口简单，使用方便，不必使用“CAN控制器+光耦隔离+CAN总线驱动”的方式与CAN总线通信，也不需要另加一组隔离电源。至于物理层的连接，只需留出相应接口即可，需要在CAN总线末端CANL和CANH之间加上120R的末端电阻，使信号达到传输线末端后不会反射。
[0027]PR0FIUS-DP协议处理模块包括PR0FIBUS-DP主站处理模块和PR0FIBUS-DP从站处理模块，PR0FIBUS-DP通信接口电路图如图3所示。为了防止总线电压变化影响电路板上元器件，应采取相应的隔离措施，协议转换设备选取了带隔离功能的RS485驱动芯片ADM2486，省去了光耦隔离电路。由于RS485通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120欧左右，所以线路设计时，在RS485网络传输线的始端和末端各接I只120欧电阻，以减少线路上传输信号的反射。又由于接收器的检测灵敏度为±200mV，即差分输入端VA-VB 彡 +200mV，输出逻辑“1”，VA-VB 彡一200mV，输出逻辑 “O”。当 VA-VB 在 ±200mV 之间时，总线状态为不确定，为了尽量避免这种不确定状态，在A、B线上设上下拉电阻。
[0028]PR0FIBUS-DP主站处理模块与微控制器接口电路图如图4所示。主站处理模块中的主站协议芯片ASPC2与微控制器中的主控芯片STM32F102ZET6以共享存储器方式连接，存储芯片采用IS61LV25616AL。ASPC2与SRAM之间连接存在电平匹配的问题，ASPC2供电为5V，SRAM供电为3.3V，为解决电平匹配问题，需添加电平转换电路，本设计选用SN74HC244和SN74HC245来完成ASPC2与SRAM之间的连接。PR0FIBUS-DP从站处理模块与微控制器接口电路图如图5所示。复位RESET信号由主控制器提供，DB(7?O)是地址数据复用线，AB (10?O)是11位的地址总线，因为SPC3具有1.5KB的RAM，只需要11位的地址总线。XCS是片选信号，由主控制器CSl提供，当XCS为O时，主控制器对SPC3内部RAM进行访问。
[0029]针对在协议转换器工作过程中数据丢失的问题，分别对数据帧结构和转换方式进行研究，提出一种基于SDRAM和FPGA构成的异步FIFO数据缓存器的设计方案。利用FPGA的灵活性和SDRAM的成本低、容量大等特点，有效地解决了不同时钟域之间的同步和数据传输的问题，从而可以实现在协议转换过程中的数据恢复功能。FPGA选型为Cyclone II系列的EP2C8Q208C，SDRAM选型为现代公司的HY57V641620ET-7。微控制器与FPGA接口电路图如图6所示。
[0030]在工作中，需要使用外部的大容量数据存储器将相关的配置信息和诊断信息进行长期存保存。较大容量串行闪存的出现为解决本设计中大量数据的存储问题提供了一种解决方案。本实用新型将选用基于串行FLASH存储器SST25VF016B完成相关工作。微控制器与FLASH接口电路图如图7所示。
[0031]本实用新型的电源模块采用双24V冗余电源输入，双24V冗余电源计完成了从双24V输入到整个电路板所需电源VCC的转换。双24V电源接入后，分别通过两个二极管，组成双路冗余电源电路，得到一组24V电源的输出。24V接入后级，使用两个电源模块LM2596-5V，把24V输入转为双5V输出。得到双5V的目的是后面还有一级的双路冗余电源电路。这组双路冗余电路由I个LTC4416芯片连接两个外置P沟道MOSFET组成，控制两路电源输入。使用两个MOSFET实现了“或”的作用，MOSFET的压降一般为20?30mV，因此功率损耗非常小，不会产生太多热量。双5V经过双路冗余电源电路之后，就得到了整个系统需要的5V电源。
【主权项】
1.现场总线协议转换装置，其特征在于，包括STM32微处理器(I)，STM32微处理器(I)中集成有CAN控制器(2)，CAN隔离收发器(3)与CAN控制器⑵连接；STM32微处理器(I)分别与PROFIBUS-DP总线协议处理模块(4)、输入模块(5)、显示模块￠)、数据缓存模块(7)和外部数据存储模块(8)连接；RS485驱动芯片(9)与PROFIBUS-DP总线协议处理模块(4)连接；以上各模块均与电源模块连接。2.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述CAN隔离收发器(3)采用CTM1050接口芯片。3.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述输入模块(5)采用电阻式触摸屏。4.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述显示模块(6)采用LCD显示屏。5.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述数据缓存模块(7)采用异步FIFO数据缓存器。6.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述外部数据存储模块(8)采用串行FLASH存储器SST25VF016B。7.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于，所述电源模块采用双24V冗余电源输入。
【专利摘要】本实用新型公开了一种现场总线协议转换装置，包括STM32微处理器，STM32微处理器中集成有CAN控制器，CAN隔离收发器与CAN控制器连接；STM32微处理器分别与PROFIBUS-DP总线协议处理模块、输入模块、显示模块、数据缓存模块和外部数据存储模块连接；RS485驱动芯片与PROFIBUS-DP总线协议处理模块连接；以上各模块均与电源模块连接。本实用新型采用STM32微处理器，配合高速CAN隔离收发器和PROFIBUS-DP总线接口模块，实现了完整的PROFIBUS-DP协议的同时，也完成了现场总线主站与从站的切换；采用外扩大容量异步FIFO数据缓存器，能够防止数据丢失，实现断点重发处理，保证该装置稳定、可靠、高速的进行数据传输。
【IPC分类】H04L12/40, H04L29/06
【公开号】CN204906430
【申请号】CN201520577195
【发明人】王延年, 张双双, 付远明, 刘婷
【申请人】西安工程大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月4日