CN103019999A - Usb-pdc总线转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于总线控制技术领域，涉及一种用于XY·CN总线系统的接口转换装置——USB-PDC总线转换器，能够实现PC机USB数据流到XY·CN-PDC总线(Powered Distributed Control，可供电分布式控制总线)数据流的转换。该装置采用标准USB2.0接口，即插即用，工作稳定；提供外部供电和USB总线供电两种供电模式，适应不同大小系统驱动电流的需求；PDC总线接口采用拔插式接线端子，接线方便，可接四路PDC总线，每路可以挂接256个节点设备，应用灵活、系统容量大；具有隔离保护和短路故障检测机制，系统的安全性和稳定性得到保障。
Description
技术领域
本发明属于总线控制技术领域，适应于小型XY·CN-PDC总线系统中数据的抄收、管理、设置以及XY·CN总线产品的开发、数据分析等。具体涉及一种现场总线系统数据转换装置，实现XY·CN总线系统中USB数据流与XY·CN-PDC总线数据流转换的装置。
背景技术
近年来，随着电子技术飞速发展以及社会的进步，人们对设备的自动化控制需求越来越强烈，为此对电子设备的低成本联网管理势在必行。我公司为满足现场自动化控制节点的需求，研制开发了XY·CN现场总线。
XY·CN-PDC(Powered Distributed Control)可供电分布式控制总线是指工作电压为24V，每路可挂接256个从节点设备，系统最大工作电流0.6A，通讯距离2km，下行通讯速率9.6kbps，上行通信速率19.2kbps，双绞线截面积1.5mm2的XY·CN总线系统，用于控制器与现场设备之间的通信。
为了满足XY·CN-PDC总线节点设备的调试、数据分析，以及小型XY·CN-PDC总线网络数据采集、处理和控制的需求，需要将PC机接入XY·CN总线网络，因而需要一个数据转换设备来实现USB数据流与XY·CN-PDC总线数据流的转换，本发明就是为了解决上述问题而设计的。
发明内容
根据XY·CN-PDC总线产品的开发、数据分析的需求，本发明提供一种XY·CN总线系统数据转换设备-USB-PDC总线转换器，用于实现USB数据流与XY·CN-PDC数据流的转换。
本发明的特征在于，该设备硬件电路包括USB接口电路(1)、主控制器模块(2)、光耦隔离模块(3)、总线驱动模块(4)、总线通道切换模块(5)、开关电源模块(6)和外部电源接口(7)，其中：
USB接口电路(1)，该插口设有：电源端(VDD)、接地端(GND)、差分信号输入输出端(D+)和(D-)，分别与主控制器模块(2)相连；
光耦隔离模块(3)，两端分别与主控制器模块(2)和总线驱动模块(4)相连，在电气上实现主控制器模块(2)和总线驱动模块(4)的有效隔离；
总线驱动模块(4)，该电路的总线故障检测输出端(BadOut)和收/发控制端(
)与光耦隔离模块(3)中的单光耦隔离电路相连，接收数据端(RXD)和发送数据端(TXD)与光耦隔离模块(3)中的双光耦隔离电路相连；
总线通道切换模块(5)，分别与总线驱动模块(4)和主控制器模块(2)的输出口相连，主控制器模块(2)发出的通道选择信号(CH_CTR)通过开关管控制相关继电器的切换；
开关电源模块(6)，分别与USB接口电路(1)的电源端(VDD)和主控制器模块(2)的PWM口相连，并通过脉冲宽度调制的方式为总线驱动模块(4)供电；
外部电源接口(7)，与总线驱动模块(4)相连，可为其供电。
本发明采用如下技术方案：
1)USB接口电路1采用标准USB2.0接口，利用操作系统自带的驱动程序，可以与PC机的USB接口直接相连，安装方便，可在Win2000/XP/Vista/7下可靠工作。
2)主控制器模块2提供光耦隔离模块3、总线通道切换模块5和开关电源模块6的驱动控制以及晶振、复位、在线串行编程和内部集成的USB驱动模块，主要完成控制管脚的分配、提供系统时钟和上电复位等功能。
3)光耦隔离模块3在电气上实现主控制器模块2和总线驱动模块4的有效隔离，防止因总线侧电磁干扰影响PC机侧设备的稳定性。
4)总线驱动模块4采用XY100芯片完成数字通讯的调制解调功能，能够实时监测PDC总线端口的短路状态，智能的控制PDC总线的输出，系统的安全性和稳定性得到保障。
5)所述XY100芯片抗干扰能力强，内部稳压源热稳定性高，通讯速率高，工作电压宽。
6)所述USB-PDC总线转换器可提供外部供电和USB总线供电两种供电模式。
7)所述PDC总线接口采用拔插式接线端子，可接四路PDC总线网络，接线方便、应用灵活。每个PDC总线接口最多可挂接256个节点设备，系统容量大。
附图说明
图1为本发明已有技术的电原理图；
图2为本发明的硬件原理框图；
图3为本发明实施例的USB接口电路1与主控制器模块2的电原理图；
图4-1、图4-2为本发明实施例的光耦隔离模块3电原理图；
图5为本发明实施例的总线驱动模块4电原理图；
图6为本发明实施例的总线通道切换模块5电原理图；
图7为本发明实施例的开关电源模块6电原理图。
具体实施方式
USB-PDC总线转换器上设置有标准USB2.0接口、外部电源接口、PDC总线接口。PDC总线接口采用拔插式接线端子，可接四路PDC总线，使用时可以通过一个拔插式6针插座与实际XY·CN总线网络相连。7组指示灯分别指示PDC总线通道状态、USB通信状态、PDC总线故障状态、USB电源状态、外置电源状态、发送状态和接收状态。
图1为本发明实施例的已有技术的电原理图，连接用户界面PC机和节点设备的USB-PDC总线转换器。PC机可以通过USB-PDC总线转换器完成对PDC总线节点设备的调试、数据分析。
图2为本发明实施例的硬件原理框图，用户通过PC机发出指令，向USB接口电路1输入差分信号，在主控制器模块2中，将差分信号分为TTL控制信号：发送信号TXD、接收信号RXD、收/发控制信号
和通道选择信号CH_CTR。通道选择信号CH_CTR直接控制总线通道切换模块5，选择一路总线通道；发送信号TXD、接收信号RXD、收/发控制信号分别进入光耦隔离模块3，经过光耦隔离电路后，发送信号TXD、接收信号RXD和收/发控制信号
再分别进入总线驱动模块4，最终信号将通过总线通道切换模块5选择的通道发送至总线。
图3为本发明实施例的USB接口电路1与主控制器模块2的电原理图。主控制器模块2的输入为标准的USB插口信号，包括：+5V电源(VDD)、电源地(GND)、差分数据信号(D+)和(D-)；输出为标准的TTL控制信号。USB插口信号在进入主控制器模块2之前，要经过磁珠电感L，L的取值为10μH；差分数据信号(D+)和(D-)在经过磁珠电感后，还需经过限流电阻R转化为电流信号进入主控制器模块2，R的取值为33欧姆。
图4-1和图4-2为本发明实施例的光耦隔离模块3电原理图。其中图4-1为双光耦隔离电路，当发送信号TXD由高电平跳变到低电平的时候，电容C1的两侧电压不能突变，这时C1左侧的电压由4V跳变到1V，由于电容两侧的电压(4V)不能突变，则C1右侧的电压为-3V，这时候电流的流向为从地→R1→C1→O2→TXD，利用C1在TXD跳变瞬间提供一个放电电流使O2快速导通；当TXD由低电平跳变到高电平的时候，电容C1的两侧电压不能突变，这时C1左侧的电压由1V跳变到4V，由于电容两侧的电压(1V)不能突变，则C1右侧的电压为3V，这时候电流的流向为从TXD→O1→C1→R1→地，利用C1在TXD跳变瞬间提供一个冲电电流使O1快速导通；接收信号RXD传输同理。节点在上行传输的时候通讯波特率为19.2kbps，用普通单光耦这时候会由于高速率引起误码，而使用高速光耦的话成本比较高，为此选用了此双光耦的隔离电路。图4-2为普通单光耦电路。
图5为本发明实施例的总线驱动模块4电原理图。以XY100为核心的总线驱动电路，完成TTL信号和PDC总线信号码元的相互转换，智能的控制PDC总线的输出，并能够实时检测PDC总线端口的短路状态，避免造成设备的损坏。
图6为本发明实施例的总线通道切换模块5电原理图。主控制器模块2发出通道选择信号CH_CTR(信号1～信号6)，通过磁保持继电器对4路PDC总线进行切换，但同一时刻只有一个PDC总线网络受控。
图7为本发明实施例的开关电源模块6电原理图。在系统初始上电后，主控制器模块2产生频率为100KHZ，占空比为4∶6的PWM波，使功率开关管(VT1和VT2)交替导通，这样会在系统电源V1与(VT1和VT2)功率开关管源级之间交互形成周期性波形，相应的会通过变压器在次级线圈产生感应电动势，然后通过整流和滤波后，就产生了稳压电源的输出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于XY·CN总线系统的通用调试设备——USB-PDC总线转换器，包括壳体及内部硬件电路，其特征是：所述硬件电路包括USB接口电路(1)、主控制器模块(2)、光耦隔离模块(3)、总线驱动模块(4)、总线通道切换模块(5)、开关电源模块(6)和外部电源接口(7)，其中：
USB接口电路(1)，该插口设有：电源端(VDD)、接地端(GND)、差分信号输入输出端(D+)和(D-)，分别与主控制器模块(2)相连；
光耦隔离模块(3)，两端分别与主控制器模块(2)和总线驱动模块(4)相连，在电气上实现主控制器模块(2)和总线驱动模块(4)的有效隔离；
总线驱动模块(4)，该电路的总线故障检测输出端(BadOut)和收/发控制端()与光耦隔离模块(3)中的单光耦隔离电路相连，接收数据端(RXD)和发送数据端(TXD)与光耦隔离模块(3)中的双光耦隔离电路相连；
总线通道切换模块(5)，分别与总线驱动模块(4)和主控制器模块(2)的输出口相连，主控制器模块(2)发出的通道选择信号(CH_CTR)通过开关管控制相关继电器的切换；
开关电源模块(6)，分别与USB接口电路(1)的电源端(VDD)和主控制器模块(2)的PWM口相连，并通过脉冲宽度调制的方式为总线驱动模块(4)供电；
外部电源接口(7)，与总线驱动模块(4)相连，可为其供电。
2.根据权利要求1所述的USB-PDC总线转换器，其特征是：所述主控制器模块(2)采用内部集成USB驱动模块的集成MCU芯片。
3.根据权利要求1所述的USB-PDC总线转换器，其特征是：所述总线驱动模块(4)采用XY100集成芯片。
4.根据权利要求1所述的USB-PDC总线转换器，其特征是：所述USB-PDC总线转换器上设置有标准USB2.0接口、外部电源接口和PDC总线接口。
5.根据权利要求4所述的USB-PDC总线转换器，其特征是：所述PDC总线接口采用拔插式接线端子，可接四路PDC总线。
6.根据权利要求1所述的USB-PDC总线转换器，其特征是：所述USB-PDC总线转换器提供外部供电和USB总线供电两种供电模式。
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2013
- 2013-01-10 CN CN2013100079856A patent/CN103019999A/zh active Pending
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