CN103188350A - 一体化通信适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种一体化通信适配器，包括：交互设备，交互设备接收指令并显示参数；电源组，电源组包括外接电源和连接到外接电源的第一内部电源和第二内部电源；微控制单元，连接到交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由第一内部电源供电；第一复用接口和第二复用接口，作为一体化通信适配器的输出；串口通信通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的串口通信；现场总线通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的现场总线通信，其中现场总线通信是下述的其中之一：Profibus-DP通信或者DeviceNet通信。
Description
技术领域
本发明涉及低压电器领域，更具体的地说，涉及一种一体化通信适配器。
背景技术
现场总线主要用于自动化系统与分散现场设备间交换信息的通信系统。主要现场总线有Profibus、DeviceNet、FF、LONWORKS、CAN等总线。Profibus遵从现场总线国际标准IEC61158，是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统。Profibus又分为Profibus-PA，Profibus-FMS和Profibus-DP。只有Profibus-DP能为工厂流程的所有自动化系统和装置提供点到点的现场总线网络。DeviceNet总线是90年代中期发展起来的一种基于CAN(Controller Area Network)技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，它将工业设备(如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器等)连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。
目前，在通信适配器市场上，有Profibus-DP通信适配器和DeviceNet通信适配器，但还没有一种能够将这两种现场总线集成到一起的一体化通信适配器。一体化通信适配器能根据用户需求，灵活配置为Profibus-DP总线或者DeviceNet总线中的从站，根据主站命令，对下接的ModbusRTU(remote terminal unit，远程终端设备)设备进行数据读写。
发明内容
本发明旨在提出一种集成DeviceNet和Profibus-DP的一体化设计的通信适配器。
根据本发明的一实施例，提出一种一体化通信适配器，包括：
交互设备，交互设备接收指令并显示参数；
电源组，电源组包括外接电源和连接到外接电源的第一内部电源和第二内部电源；
微控制单元，连接到交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由第一内部电源供电；
第一复用接口和第二复用接口，作为一体化通信适配器的输出；
串口通信通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的串口通信；
现场总线通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的现场总线通信，其中现场总线通信是下述的其中之一：Profibus-DP通信或者DeviceNet通信。
在一个实施例中，现场总线通道包括：
现场总线接口选择模块，连接到微控制单元；
依次串联的Profibus-DP协议芯片和Profibus-DP通信接口模块，Profibus-DP通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第二复用接口，Profibus-DP协议芯片由第一内部电源供电而Profibus-DP通信接口模块由第二内部电源供电；
DeviceNet通信接口模块，连接到现场总线接口选择模块和第一复用接口，DeviceNet通信接口模块由第一内部电源供电。
在一个实施例中，总线通信是下述的其中之一：
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、Profibus-DP通信接口模块至第二复用接口的Profibus-DP通信；或者
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、DeviceNet通信接口模块至第一复用接口的DeviceNet通信。
在一个实施例中，Profibus-DP协议芯片还连接到晶体振荡器。
在一个实施例中，串口通信通道包括：
串口通信接口选择模块，连接到微控制单元；
RS485通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块、第一复用接口和第二复用接口，RS485通信接口模块由第二内部电源供电；
RS232通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块和第二复用接口，RS232通信接口模块由第一内部电源供电。
在一个实施例中，现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块选择第一复用接口；现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块选择第二复用接口。
在一个实施例中，外部电源是24V电源，第一内部电源是3.3V电源、第二内部电源是5V电源。
在一个实施例中，交互设备包括：
液晶显示器，液晶显示器显示参数；
输入按键，输入按键接收指令；
指示灯，指示灯指示状态。
根据本发明的一实施例，提出一种一体化通信适配器，包括：
交互设备，交互设备接收指令并显示参数；
电源组，包括连接至外接24V电源的3.3V电源和5V电源；
微控制单元，连接到交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由3.3V电源供电；
第一复用接口和第二复用接口，作为一体化通信适配器的输出；
串口通信接口选择模块，连接到微控制单元；
RS485通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块、第一复用接口和第二复用接口，RS485通信接口模块由5V电源供电；
RS232通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块和第二复用接口，RS232通信接口模块由3.3V电源供电；
现场总线接口选择模块，连接到微控制单元；
依次串联的Profibus-DP协议芯片和Profibus-DP通信接口模块，Profibus-DP通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第二复用接口，Profibus-DP协议芯片由3.3V电源供电而Profibus-DP通信接口模块由5V电源供电；
DeviceNet通信接口模块，连接到现场总线接口选择模块和第一复用接口，DeviceNet通信接口模块由3.3V电源供电；
其中现场总线接口选择模块选择下述之一的现场总线通信：
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、Profibus-DP通信接口模块至第二复用接口的Profibus-DP通信；或者
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、DeviceNet通信接口模块至第一复用接口的DeviceNet通信。
在一个实施例中，现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块选择第一复用接口；现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块选择第二复用接口。
本发明的一体化通信适配器集成了DeviceNet和Profibus-DP，在配电系统中，可根据用户需求，将其硬件电路配置成DeviceNet或Profibus-DP通信适配器。当该通信适配器的MCU选用带CAN接口的MCU时，DeviceNet协议栈嵌入到MCU中，实现Profibus-DP和DeviceNet的双集成，用户自己可根据实际需求灵活配置成Profibus-DP或DeviceNet通信适配器。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的一体化通信适配器的结构框图。
图2揭示了该一体化通信适配器配制成Profibus-DP通信时的结构框图。
图3揭示了该一体化通信适配器配制成DeviceNet通信时的结构框图。
图4揭示了该一体化通信适配器的现场总线选择及切换流程。
具体实施方式
本发明旨在提出一种集成了DeviceNet和Profibus-DP两种现场总线DeviceNet和Profibus-DP于一体的通信适配器。该通信适配器可根据用户需求提供一种针对性的现场总线DeviceNet或Profibus-DP通信接口，也可提供一种用户自己进行现场配置的现场总线通信接口，大大方便用户的使用以及DeviceNet和Profibus-DP通信适配器的灵活配置与替换。
根据本发明的一实施例，提出一种一体化通信适配器，包括：
交互设备，交互设备接收指令并显示参数。在一个实施例中，交互设备包括：液晶显示器、输入按键和指示灯。液晶显示器显示参数。输入按键接收指令。指示灯指示状态。
电源组，电源组包括外接电源和连接到外接电源的第一内部电源和第二内部电源。在一个实施例中，外部电源是24V电源，第一内部电源是3.3V电源、第二内部电源是5V电源。
微控制单元，连接到交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由第一内部电源供电。
第一复用接口和第二复用接口，作为所述一体化通信适配器的输出。
串口通信通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的串口通信。在一个实施例中，串口通信通道包括：串口通信接口选择模块、RS485通信接口模块和RS232通信接口模块。串口通信接口选择模块连接到微控制单元。RS485通信接口模块连接到串口通信接口选择模块、第一复用接口和第二复用接口，RS485通信接口模块由第二内部电源供电。RS232通信接口模块连接到串口通信接口选择模块和第二复用接口，RS232通信接口模块由第一内部电源供电。RS485通信接口模块根据现场总线通信的不同而会选择不同的复用接口作为输出。现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块选择第一复用接口，现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块选择第二复用接口。
现场总线通道，实现由微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的现场总线通信，其中现场总线通信是下述的其中之一：Profibus-DP通信或者DeviceNet通信。在一个实施例中，现场总线通道包括：现场总线接口选择模块、依次串联的Profibus-DP协议芯片和Profibus-DP通信接口模块和DeviceNet通信接口模块。现场总线接口选择模块连接到微控制单元。Profibus-DP通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第二复用接口，Profibus-DP协议芯片由第一内部电源供电而Profibus-DP通信接口模块由第二内部电源供电。Profibus-DP通信接口模块还连接到晶体振荡器。DeviceNet通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第一复用接口，DeviceNet通信接口模块由第一内部电源供电。根据现场总线接口选择模块的选择，总线通信是下述的其中之一：依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、Profibus-DP通信接口模块至第二复用接口的Profibus-DP通信；或者依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、DeviceNet通信接口模块至第一复用接口的DeviceNet通信。
参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的一体化通信适配器的结构框图。该一体化通信适配器100包括：
交互设备102，交互设备接收指令并显示参数。交互设备102包括：液晶显示器120、输入按键122、指示灯124和晶体振荡器126。液晶显示器120显示参数。输入按键122接收指令。指示灯124指示状态。晶体振荡器126是11.0592M的晶体振荡器。
电源组，包括连接至外接24V电源的3.3V电源和5V电源。
微控制单元(MC U)104，MCU 104连接到交互设备102，微控制单元104接收交互设备102的指令并向交互设备102提供显示的参数，微控制单元104由3.3V电源供电。
第一复用接口106和第二复用接口108，第一复用接口106和第二复用接口108作为一体化通信适配器100的输出。
串口通信接口选择模块110，连接到微控制单元104。
RS485通信接口模块112，连接到串口通信接口选择模块110、第一复用接口106和第二复用接口108，RS485通信接口模块112由5V电源供电。
RS232通信接口模块114，连接到串口通信接口选择模块110和第二复用接口108，RS232通信接口模块114由3.3V电源供电。
上述的串口通信接口选择模块110、RS485通信接口模块112和RS232通信接口模块114共同构成串口通信通路。
现场总线接口选择模块116，连接到微控制单元104。
依次串联的Profibus-DP协议芯片118和Profibus-DP通信接口模块120，Profibus-D P通信接口模块120连接到现场总线接口选择模块116和第二复用接口108，Profibus-DP协议芯片118由3.3V电源供电而Profibus-DP通信接口模块120由5V电源供电。如图1所示，该Profibus-DP协议芯片118还连接到一个48M的晶体振荡器121。
DeviceNet通信接口模块122，连接到现场总线接口选择模块116和第一复用接口106，DeviceNet通信接口模块122由3.3V电源供电。
上述的现场总线接口选择模块116、Profibus-DP协议芯片118、Profibus-DP通信接口模块120和DeviceNet通信接口模块122共同构成现场总线接口通信通路。
现场总线接口选择模块116选择下述之一的现场总线通信：
依次经过微控制器104、现场总线接口选择模块116、Profibus-DP通信接口模块120至第二复用接口108的Profibus-DP通信。或者
依次经过微控制器104、现场总线接口选择模块116、DeviceNet通信接口模块122至第一复用接口106的DeviceNet通信。
根据所选择的现场总线通信的不同，串口通信也会选择不同的接口。串口通信中的RS232通信接口模块114使用选择第二复用接口108，而RS485通信接口模块112会根据现场总线通信的不同而在第一复用接口106和第二复用接口108之间进行切换。在现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块112选择第一复用接口106。在现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块112选择第二复用接口108。
图2揭示了该一体化通信适配器配制成Profibus-DP通信时的结构框图。此时现场总线通信是依次经过微控制器104、现场总线接口选择模块116、Profibus-DP通信接口模块120至第二复用接口108的Profibus-DP通信。串口通信包括使用第二复用接口108的RS232通信接口模块和使用第一复用接口106的Profibus-DP通信。
图3揭示了该一体化通信适配器配制成DeviceNet通信时的结构框图。此时现场总线通信是依次经过微控制器104、现场总线接口选择模块116、DeviceNet通信接口模块122至第一复用接口106的DeviceNet通信。串口通信包括使用第二复用接口108的RS232通信接口模块和同样使用第二复用接口108的Profibus-DP通信。
图1所示的一体化通信适配器可通过现场总线接口选择模块来选择成为DeviceNet或Profibus-DP现场总线的从站，设计主要是依靠通信接口的复用来实现的。串口通道接口选择模块可使用CD4052这一多路信号选取芯片，也可直接通过连接器实现。区别是前者通过软件选取通信信道，后者通过硬件选取通信信道。Profibus-DP通信接口模块支持9600波特率到12M波特率之间的任何波特率与主站通信。DeviceNet通信接口模块支持125K，250K，500K 3种DeviceNet通信波特率与主站通信。
该通信适配器通过RS485通信接口连接对下的RS485设备。其通信协议遵守Modbus协议，以主站的方式读取设备(如变频器、电机启动保护装置、智能高低压电器等)并且将Modbus报文转化为Profibus-DP报文。RS-485端，通信速率支持2400、4800、9600和19200四种波特率。
微控制单元(MCU)选用Silicon Laboratories的C8051F500芯片。该芯片具有64KB Flash空间，4KB RAM空间，内置了CAN2.0，LI N2.0，I2C和UART接口，有48个管脚。
交互设备中的液晶显示器采用HT1621B液晶驱动芯片，显示效果清晰，稳定。
DeviceNet通信接口模块采用德州仪器公司的SN65HVD234D芯片。SN65HVD234D芯片拥有一个发送缓冲器，一个接收缓冲器，最高数据传送速率达到1Mbps，完全满足DeviceNet对于数据传送速率的要求。
RS-232通信接口模块使用S P3232ECA芯片。该芯片有高效率，电荷泵电源，只需要0.1μF电容器在3.3V操作.采用单电源供电范围从+3.0V性能+5.5V.ESD规格为±15kV。
RS-485通信接口使用ADM2483。该芯片是ADI公司推出的基于其专利iCoupler磁隔离技术的隔离型RS485收发芯片。ADM2483节点数可最多达256个，最高传输速率可达500Kbps。
Profibus-DP通信接口模块采用ADM2486。该芯片是ADI公司推出的基于其专利iCoupier磁隔离技术的隔离型RS485收发芯片。ADM2486允许的节点数多达50个，最高传输速率可达20Mbps。
Profibus-DP协议芯片采用VPC3+C，完成信息处理，地址识别，数据安全排序和对Profibus-DP的协议处理。4KByte的通信RAM和可组态处理器接口，在建立高性能Profibus-DP从站应用时，具有明显的优势特点。依据DP-V1协议，还支持非循环通信和报警信息。
电源部分通过德州仪器公司的集成稳压器件TPS5430使得外接直流24V电源变成内部的3.3V和5V电源，该电源芯片的特点是外围电路少，输出大电流，效率高。
图4揭示了该一体化通信适配器的现场总线选择及切换流程。图4所示的现场总线的选择及切换流程如下：
开始，在微控制单元(MCU)启动后，检查判定该一体化通信适配器处于什么样工作模式：DeviceNet模式或者Profibus-DP模式。
如果处于DeviceNet工作模式，初始化DeviceNet与RS485端口，进行RS485和DeviceNet端通信配置。然后进入主循环，RS485端口数据通过中断方式触发，采集后数据进行处理后与DeviceNet进行数据交换，如果DeviceNet需要数据，则通过配置好的DeviceNet端口发送数据。若收到DeviceNet数据处理中断，接收到数据与RS485端数据进行交换和处理，通过RS485端口发送出去。
如果处于Profibus-DP工作模式，初始化Profibus-DP与RS485端口，进行RS485和Profibus-DP端通信配置，然后进入主循环，RS485端数据通过中断方式触发，采集后数据进行处理后与Profibus-DP进行数据交换，如果Profibus-DP需要数据，则通过配置好的Profibus-DP端口发送数据。若收到Profibus-DP数据处理中断，接收到数据与RS485端数据进行交换和处理，通过RS485端口发送出去。
本发明的一体化通信适配器集成了DeviceNet和Profibus-DP，在配电系统中，可根据用户需求，将其硬件电路配置成DeviceNet或Profibus通信适配器。当该通信适配器的MC U选用带CAN接口的MCU时，DeviceNet协议栈嵌入到MCU中，实现Profibus-DP和DeviceNet的双集成，用户自己可根据实际需求灵活配置成Profibus-DP或DeviceNet通信适配器。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种一体化通信适配器，其特征在于，包括：
交互设备，交互设备接收指令并显示参数；
电源组，电源组包括外接电源和连接到外接电源的第一内部电源和第二内部电源；
微控制单元，连接到所述交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由第一内部电源供电；
第一复用接口和第二复用接口，作为所述一体化通信适配器的输出；
串口通信通道，实现由所述微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的串口通信；
现场总线通道，实现由所述微控制单元至第一复用接口或者第二复用接口的现场总线通信，其中现场总线通信是下述的其中之一：Profibus-DP通信或者DeviceNet通信。
2.如权利要求1所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述现场总线通道包括：
现场总线接口选择模块，连接到微控制单元；
依次串联的Profibus-DP协议芯片和Profibus-DP通信接口模块，Profibus-DP通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第二复用接口，Profibus-DP协议芯片由第一内部电源供电而Profibus-DP通信接口模块由第二内部电源供电；
DeviceNet通信接口模块，连接到现场总线接口选择模块和第一复用接口，DeviceNet通信接口模块由第一内部电源供电。
3.如权利要求2所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述总线通信是下述的其中之一：
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、Profibus-DP通信接口模块至第二复用接口的Profibus-DP通信；或者
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、DeviceNet通信接口模块至第一复用接口的DeviceNet通信。
4.如权利要求3所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述Profibus-DP协议芯片还连接到晶体振荡器。
5.如权利要求1所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述串口通信通道包括：
串口通信接口选择模块，连接到微控制单元；
RS485通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块、第一复用接口和第二复用接口，RS485通信接口模块由第二内部电源供电；
RS232通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块和第二复用接口，RS232通信接口模块由第一内部电源供电。
6.如权利要求5所述的一体化通信适配器，其特征在于，
现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块选择第一复用接口；
现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块选择第二复用接口。
7.如权利要求1所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述外部电源是24V电源，第一内部电源是3.3V电源、第二内部电源是5V电源。
8.如权利要求1所述的一体化通信适配器，其特征在于，所述交互设备包括：
液晶显示器，液晶显示器显示参数；
输入按键，输入按键接收指令；
指示灯，指示灯指示状态。
9.一种一体化通信适配器，其特征在于，包括：
交互设备，交互设备接收指令并显示参数；
电源组，包括连接至外接24V电源的3.3V电源和5V电源；
微控制单元，连接到所述交互设备，微控制单元接收交互设备的指令并向交互设备提供显示的参数，微控制单元由3.3V电源供电；
第一复用接口和第二复用接口，作为所述一体化通信适配器的输出；
串口通信接口选择模块，连接到微控制单元；
RS485通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块、第一复用接口和第二复用接口，RS485通信接口模块由5V电源供电；
RS232通信接口模块，连接到串口通信接口选择模块和第二复用接口，RS232通信接口模块由3.3V电源供电；
现场总线接口选择模块，连接到微控制单元；
依次串联的Profibus-DP协议芯片和Profibus-DP通信接口模块，Profibus-DP通信接口模块连接到现场总线接口选择模块和第二复用接口，Profibus-DP协议芯片由3.3V电源供电而Profibus-DP通信接口模块由5V电源供电；
DeviceNet通信接口模块，连接到现场总线接口选择模块和第一复用接口，DeviceNet通信接口模块由3.3V电源供电；
其中现场总线接口选择模块选择下述之一的现场总线通信：
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、Profibus-DP通信接口模块至第二复用接口的Profibus-D P通信；或者
依次经过微控制器、现场总线接口选择模块、DeviceNet通信接口模块至第一复用接口的DeviceNet通信。
10.如权利要求9所述的一体化通信适配器，其特征在于，
现场总线通信是Profibus-DP通信时，RS485通信接口模块选择第一复用接口；
现场总线通信是DeviceNet通信时，RS485通信接口模块选择第二复用接口。
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| CN103188350B (zh) | 2016-07-06 |
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