CN104410600A - 控制网络多协议数据转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制网络多协议数据转换装置，属于工业控制领域中的数据转换类装置。特点是：包括Profibus-DP总线接口、CAN总线接口、Profibus-DP信号调理电路、CAN信号调理电路、微控制器电路、扩展存储器电路、watchdog电路、第一晶振电路、键盘及显示器电路、第二晶振电路、第三晶振电路、电源电路、RS485\RS232\RS422信号调理电路、RS485\RS422串行接口、RS232串行接口、电源开关。可以实现任意一种RS485/RS232/RS422标准接口设备数据到任意一种Profibus/CAN现场总线协议数据的转换，相当于将6种单一功能的数据转换装置集成于一体。该控制网络多协议数据转换装置在复杂的网络化控制系统中有着较广阔的应用前景和市场空间，具有功能集成度高，控制可靠、安全，使用方便、灵活，价格低廉，适宜推广等优点。

Description

控制网络多协议数据转换装置

技术领域

本发明涉及了一种控制网络多协议数据转换装置，可以方便的实现RS485/RS422/ RS232/标准接口设备数据与Profibus/CAN现场总线协议数据之间的多功能转换，属于工业控制领域中的数据转换类装置。

背景技术

在工业控制领域，控制网络技术是自动控制技术和计算机通讯技术发展和相互融合的网络化自动控制技术。从集散控制系统、现场总线控制系统乃至工业以太网控制系统都是以控制网络数据通讯为基础的。目前工业控制网络正朝着通讯网络化、数据集成化、控制分散化及现场设备智能化的特征方向发展。

在工业控制网络中，“系统集成”是指在数字信息交互的基础上，将相对独立的、各自分散的有数据通讯能力的设备或系统融合在统一的监控环境中，实时、可靠、高效的完成监控和管理任务。由于工业控制网络领域技术发展和市场利益驱动的历史原因，目前有支持不同通讯协议的控制网络系统同时存在，“系统集成”成为制约工业控制网络发展的一个瓶颈问题。以现场总线为例，国际电工委员会颁布的现场总线标准IEC61158中目前同时容纳了8种互不兼容的公开协议，非公开协议还有40多种，现场总线领域内多种协议并存的局面在短时间内很难改变。

面对当前支持不同协议的多种控制网络体系纷争的局面，不同厂商的现场设备难以适从，为实现与控制网络进行数据通讯，随之而产生了大量的支持不同通讯协议的具有数据通讯接口的智能设备，这种现状使智能设备的数据“系统集成”遇到了困难，导致了所谓的工业控制网络系统“信息孤岛”现象的产生。鉴于当前工业控制领域中智能设备通讯接口的配置现状，尤其是控制网络底层大量现场仪控设备，如，用于压力、温度、流量、称重等智能仪表和传感器，在“系统集成”方式上完全采用“一网到底”的方式，如，基于工业以太网的现场总线Profinet技术或OPC(object linking and embedding for process control)技术，当前还存在一定的技术应用成本和市场利益保护等方面的障碍。目前实现这类设备数据“无缝融合”的主要方式还是通过网关或通信适配器将一种协议的设备数据转换成另一种协议的设备数据。

在工业控制网络设备数据的转换方法上，一些世界著名的设备厂家提供了许多软、硬件的配套解决方案。

例如，德国西门子公司在RS422/RS485接口设备数据到Profibus-DP协议数据转换方式上，需要购买硬件配置较高的PLC（programmerable logic controller）。比如，在控制网络中本来可以选用CPU313C机型，系统中若有RS422/RS485设备数据到Profibus-DP网络数据的转换任务，就必须选用CPU313C-2PtP型，该机型本机集成两个通讯接口，一个是系统默认的支持MPI协议(西门子S7-300系列PLC用于编程/组态的非公开协议)的通讯接口，另一个是支持RS422/RS485设备数据的点到点串行通讯接口。使用时在PLC中需要在无协议方式下编写十分复杂的通讯程序才能读取RS422/RS485设备数据，并且在通讯时需要将系统默认的MPI接口设置成Profibus-DP接口才能完成数据转换。该方法数据转换类型单一，硬件开销大，编程工作量大、调试困难，制约了这类现场设备网络化的控制需求。

又如，德国西门子公司在Modbus协议数据到Profibus-DP协议数据转换方式上可以有以下几种方案。方案一：通过S7-200PLC集成数据。在西门子系列PLC 中只有S7-200PLC中配备了Modbus RTU通讯协议，Modbus设备数据通过Modbus网络集成到S7-200PLC中后，还需将数据再转换到Profibus-DP网络中，所以除了配置S7-200PLC(Modbus网络中作主站)还需加装专用的EM277通讯处理器(S7-200PLC接入Profibus-DP网络中的专用从站模块)，该方案缺点是硬件配置成本较高，并且S7-200PLC作为Modbus通讯网络主站的软件开发难度较大。方案二：通过CP341通讯处理器集成。在控制网络CPU315-2DP主机架的扩展槽位上装载CP341点对点通讯处理器，还需购买Modbus RTU协议驱动软件来实现与Modbus设备的通讯，然后再通过CPU315-2DP自身集成的DP接口将数据转换到Profibus-DP网络中，该方案的缺点是软、硬件的投资成本较高。方案三：通过ASCII Driver协议中间转换的方法。该方案需增设CP341通讯处理器，通过集成在CP341通讯处理器内的ASCII Driver协议，采用软件编程的方法来实现Modbus RTU协议。该方案的缺点是虽然免除了购买Modbus RTU协议驱动软件的开销，但硬件成本仍然较高，最关键的技术问题是软件开发难度较大。

国外相关厂家提供的软、硬件配套解决方案主要缺点是功能单一，软、硬件价格高，并且往往需要付出较高的软件开发成本。尤其对于控制网络底层的测控仪表而言“数据集成”的代价过于昂贵。

为降低协议及数据转换的软、硬件成本，国内的一些相关公司也致力于这方面的研发工作，并取得了显著的成绩。例如，北京鼎实创新科技有限公司目前已经研发出Profibus-RS485设备总线桥、Profibus-OMRON PLC协议总线桥、Profibus-RS232设备总线桥、Profibus-CAN协议总线桥、Profibus-Modbus协议总线桥、Profibus-研华ADAM协议总线桥等数据转换类产品。这些产品，硬件价格较国外同类产品有大幅下降，软件开销有所减小，但是明显的缺点是功能过于简单，该类产品的灵活性和通用性严重不足，不能适应复杂或特殊自动控制网络系统的数据转换需求。在复杂的控制网络中，往往需要协议及数据转换类设备具有较高的适应性和灵活性，可以方便的改变转换方式来适应不同的网络体系结构。

RS485、RS232及RS422都是目前工业控制领域应用非常广泛的串行接口标准，最初由美国电子工业协会制定和颁发。RS485、RS232及RS422标准只对接口的电气特性做出了规定，并不含有插件、电缆及数据交换协议的具体规定，因此用户可以在此基础上建立自己的高层通信协议。目前，在大量的工业现场智能设备中，许多只配置有RS485、RS232或RS422标准的串行通讯接口，并不直接具备现场总线通讯功能。虽然目前存在着协议公开和非公开的现场总线数量繁多，经调研我国工业控制网络中Profibus-DP及CAN现场总线协议所占份额较重。鉴于该类产品国内外的开发现状和国内工控市场的需求，研发多功能集成的RS485\RS232\RS422标准接口设备到Profibus-DP\CAN现场总线之间的数据转换装置具有一定的新颖性、创造性和实用性。由于目前各种体系结构的控制网络数量庞大，决定了多协议网关及数据转换装置的研发领域十分广阔，本发明只是针对当前控制领域急需解决的、技术经济应用前景较好的一部分内容进行创造性的研发。该多协议数据转换装置的研发工作拓展了网关及数据转换类装置的研究应用领域，填补了该领域的空白，为工业控制网络系统的开放互连和现场分散控制做了一些有益的工作，实现了现场设备数据的“无缝融合”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制网络多协议数据转换装置，该多协议数据转换装置能够完成RS485\RS232\RS422中任何一种标准接口设备数据到Profibus-DP\CAN现场总线中任何一种协议数据的转换任务，使具有RS485\RS232\RS422串口通讯能力的设备无需任何改动通过该多协议数据转换装置直接接入到Profibus-DP \CAN现场总线控制网络中，实现了一种工业现场设备数据的多功能转换。 

技术解决方案

为了实现上述的RS485\RS232\RS422中任何一种标准接口设备数据到Profibus-DP\CAN现场总线中任何一种协议数据的转换功能，本发明用于工业控制网络的多协议数据转换装置的技术解决方案是：包括Profibus-DP总线接口和CAN总线接口，所述的Profibus-DP总线接口在机箱外侧与Profibus-DP总线连接，在机箱内侧与数据转换电路中的Profibus-DP信号调理电路的一侧连接，所述Profibus-DP信号调理电路的另一侧与微控制器电路连接；所述的CAN总线接口在机箱外侧与CAN总线连接，在机箱内侧与数据转换电路中的CAN信号调理电路的一侧连接，CAN信号调理电路的另一侧与微控制器电路连接；所述的微控制器电路还要分别与扩展存储器电路、watchdog电路、第一晶振电路、键盘及显示器面板电路、电源电路、RS485\RS232\RS422信号调理电路连接，所述的扩展存储器电路用于给微控制器电路扩充外部RAM存储器；所述的watchdog电路用于防止程序跑飞；所述的第一晶振电路用于给微控制器电路提供精确的时钟；所述的键盘及显示器面板电路用于本发明装置的参数设定、运行操作和运行状态显示等功能；所述的电源电路用于给微控制器电路提供工作电源；所述的电源电路还要分别与Profibus-DP信号调理电路、CAN信号调理电路、RS485\RS232\RS422信号调理电路、扩展存储器电路、watchdog电路、第二晶振电路、键盘及显示器面板电路连接，分别给其提供工作电源，所述的电源电路还要与电源开关连接；第三晶振电路与CAN信号调理电路连接，用于给其提供精确的时钟；第二晶振电路与Profibus-DP信号调理电路连接，用于给其提供精确的时钟；所述的数据转换电路中的RS485\RS232\RS422信号调理电路还要分别与RS485\RS422 串行接口和 RS232串行接口连接；所述的RS485\RS422串行接口在机箱外侧与RS485\ RS422现场设备连接；所述的RS232串行接口在机箱外侧与RS232现场设备连接；所述的RS485 \RS422 串行接口和RS232串行接口与现场设备的连接均采用标准的DB-9连接器。

与现有技术相比较，本发明的优点在于：

（1）该控制网络多协议数据转换装置能够实现具有任何一种标准接口RS485\RS232\RS422的工业现场设备到任何一种现场总线Profibus-DP\CAN的数据转换任务。在体系结构复杂的控制网络中，往往需要协议及数据转换类装置具有较高的适应性和灵活性，可以灵活的改变方式来适应不同的网络结构。尤其在以现场总线Profibus-DP\CAN为工业控制网络的改造项目中，可以利旧原控制系统中大量价格昂贵的，具有RS485\RS232\RS422标准接口的现场设备（如，用于压力、温度、流量、称重等智能仪表、传感器或执行机构），该类现场设备通过本发明装置可以方便的接入Profibus-DP\CAN工业控制网络。

（2）该多协议数据转换装置在硬件设计时充分利用专用协议芯片、串口复合电平转换芯片、高速驱动芯片等的技术优势，在提高系统可靠性的同时有效地降低软件开销。例如，RS485\RS232\RS422信号调理电路采用能够支持RS485、RS232和RS422标准串行接口传输方式的MAX3162复合电平转换芯片，实现串行信号与单片机TTL电平信号的转换任务，降低硬件成本同时提高可靠性；又如，Profibus-DP信号调理电路采用西门子Profibus专用协议芯片SPC3，Profibus-DP侧的通讯任务由协议芯片SPC3完成，SPC3芯片是优化的专用Profibus-DP从站协议芯片，支持9.6kb/s到12Mb/s的波特率；能够自动监测网络的波特率并对自己的波特率进行调整；内部集成1.5KB的双口RAM；集成了看门狗定时器。SPC3通过并口和单片机进行数据交换。Profibus-DP协议的关键部分由智能协议芯片SPC3实现，其余部分由单片机软件实现，单片机通过控制SPC3实现数据交换，这样，提高了硬件可靠性，软件的开发工作量大为降低，同时有效的减轻了系统运行时W78E58B单片机的工作压力。又如，CAN信号调理电路采用专用的CAN控制器SJA1000来实现CAN现场总线节点的设计，控制器SJA1000与单片机之间通过并口和单片机进行数据交换，CAN总线协议数据转换的主要部分由控制器SJA1000来完成，单片机通过控制SJA1000实现数据交换，这样设计可以大幅降低编程软件的开销，系统运行时可以有效的节约W78E58B单片机的运算处理资源。

（3）该控制网络多协议数据转换装置具有功能集成度高，控制可靠、安全，使用方便、灵活，价格低廉，适宜推广等优点。为工业控制网络系统“数据集成” 装置的多功能和低成本做了一些有益的工作。

附图说明

图1是控制网络多协议数据装换装置与外设连接关系示意图；

图2是控制网络多协议数据转换装置硬件结构框图；

图3是图2中所示微控制器电路5电路图；

图4是图2中所示Profibus-DP总线接口1引脚示意图和Profibus-DP信号调理电路3电路图；

图5是图2中所示CAN总线接口2引脚示意图和CAN信号调理电路4电路图；

图6是图2中所示RS485\RS232\RS422信号调理电路11电路图、RS485 \RS422 串行接口12和RS232串行接口13引脚示意图；

图7是图1和图2中所示键盘及显示器面板电路9电路图；

图8是图2中所示watchdog电路7和电源电路10电路图；

图9是图2中所示扩展存储器电路6电路图；

图10是图1和图2中所示键盘及显示器面板电路9的面板示意图；

图11是本发明装置结合具体操作步骤的主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细描述。

本发明控制网络多协议数据转换装置与外设连接关系

如图1所示，控制网络多协议数据转换装置由机箱18、数据转换电路17、Profibus-DP总线接口1、CAN总线接口2、RS485\RS422串行接口12、RS232串行接口13、电源开关16、键盘及显示器面板电路9组成。所述的数据转换电路17通过Profibus-DP总线接口1可以与Profibus-DP现场总线连接，通过CAN总线接口2可以与CAN现场总线连接，通过RS485\RS422串行接口12可以与具有RS485\RS422接口的现场设备连接，通过RS232串行接口13可以与具有RS232接口的现场设备连接，通过机箱18上侧面的电源开关16与交流220V电源插座连接，所述的数据转换电路17在机箱内部与机箱前面板的键盘及显示器面板电路9连接。数据转换电路17完成任何一种标准接口RS485\RS232\RS422的工业现场设备到任何一种现场总线Profibus-DP\CAN的数据转换任务；键盘及显示器面板电路9用于本发明装置的参数设定、运行操作和状态参数的显示；电源开关16用于给本发明装置接通交流220V工作电源。

本发明用于工业控制网络的多协议数据转换装置的硬件体系

本发明硬件结构框图如图2所示，包括Profibus-DP总线接口1和CAN总线接口2，所述的Profibus-DP总线接口1在机箱18外侧与Profibus-DP总线连接（见图1），在机箱内侧与数据转换电路17中的Profibus-DP信号调理电路3的一侧连接，所述Profibus-DP信号调理电路3的另一侧与微控制器电路5连接；所述的CAN总线接口2在机箱18外侧与CAN总线连接（见图1），在机箱内侧与数据转换电路17中的CAN信号调理电路4的一侧连接，CAN信号调理电路4的另一侧与微控制器电路5连接；所述的微控制器电路5还要分别与扩展存储器电路6、watchdog电路7、第一晶振电路8、键盘及显示器面板电路9、电源电路10、RS485\RS232\RS422信号调理电路11连接，所述的扩展存储器电路6用于给微控制器电路5扩充外部RAM存储器；所述的watchdog电路7用于防止程序跑飞；所述的第一晶振电路8用于给微控制器电路5提供精确的时钟；所述的键盘及显示器面板电路9用于本发明装置的参数设定、运行操作和运行状态显示等功能；所述的电源电路10用于给微控制器电路5提供工作电源；所述的电源电路10还要分别与Profibus-DP信号调理电路3、CAN信号调理电路4、RS485\RS232\RS422信号调理电路11、扩展存储器电路6、watchdog电路7、第二晶振电路14、键盘及显示器面板电路9连接，分别给其提供工作电源，所述的电源电路10还要与电源开关16连接；第三晶振电路15与CAN信号调理电路4连接，用于给其提供精确的时钟；第二晶振电路14与Profibus-DP信号调理电路3连接，用于给其提供精确的时钟；所述的数据转换电路17中的RS485\RS232\RS422信号调理电路11的还要分别与RS485\RS422 串行接口12和 RS232串行接口13连接；所述的RS485\RS422串行接口12在机箱18外侧与RS485\ RS422现场设备连接（见图1）；所述的RS232串行接口13在机箱18外侧与RS232现场设备连接（见图1）；所述的RS485 \RS422 串行接口12 和RS232串行接口13与现场设备的连接均采用标准的DB-9连接器。

其中，微控制器电路5如图3所示，微控制器电路5包括U1_1芯片（型号W78E58B），U1_1芯片的参考电压端VDD分成两路，一路连接到+5V电源，另一路通过电容C6连接到地GND；RXD/P3.0串行口接收器输入端接RX引线，接收串口数据；TXD/P3.1串行口发送器输出端接TX引线，发送数据到串口；时钟振荡电路输入/输出1端XTAL1分成两路，一路连接到石英晶体振荡器Y的一侧，另一路通过电容C8接地GND；时钟振荡电路输入/输出2端XTAL2分为两路，一路连接到石英晶体振荡器Y另一侧，另一路通过电容C7接地GND；VSS端接地GND；INT0/P3.8端接引线INT0；INT1/P3.3端接引线INT1；WR/P3.6外部数据存储写选通端接引线WR，RD/P3.7外部数据存储器读选通端接引线RD，分别对外部存储器进行读写控制；P1.5、P1.6、P1.7分别依次接引线MOSI、MISO和SCK，将程序写入单片机；P3.4、P4.0、P4.1分别依次接引线SCLK、CS和SID控制显示器显示；RST端接引线RESET1，进行复位操作；EA端接+5V电源，禁止处理器访问外部ROM；ALE端接引线ALE，地址锁存使能，使地址线与数据线复用；P2.6/A14、P2.7/A15端接分别依次引线A14、A15，通过译码器选择选通芯片U1_4（74LS139）；P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6、P0.7/AD7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，作为地址与数据复用总线传输地址低8位与数据；P2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10、P2.3/A11、P2.4/A12、P2.5/A13端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A12、A13，作为地址高位；T2/P1.0、T2EX/P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别接引线P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；

ISP接口U1_3（型号Header5X2）的1端接引线MOSI；5端接引线RESET1；7端接引线SCR；9端接接引线MISO；2端接+5V电源；4、6、8、10端接地GND；

芯片U1_2（型号74LS139）的A1、B1端依次接引线A15、A14，进行译码；输出端1Y0、1Y1、1Y2依次接引线Y0、Y1、Y2；VCC端接电源+5V；G1端与GND端接地GND；

微控制器电路5作为控制网络多协议数据转换装置的核心，控制该装置的工作方式及数据转换的控制任务，控制显示器显示等功能，所有芯片工作或静默都由微控制器电路5进行控制。

Profibus-DP总线接口1引脚示意图和Profibus-DP信号调理电路3电路图如图4所示，其中，Profibus-DP信号调理电路3包括Profibus-DP专用协议芯片U2_1（型号SPC3），Profibus-DP专用协议芯片U2_1的VDD端接+5V电源；DIVIDER端接+5V电源；Vss端接地GND；XCS端通过电阻R2接+5V电源；XWR端接B2引线；XRD端接引线B1，控制芯片读写信号；XINT/MOT端通过电阻R3接地GND；CLK时钟输入端接引线48M；AB8、AB9端接地GND；AB10端通过电阻R4接地GND；数据和地址复用端口DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，接收与发送地址低8位或数据；AB0、AB1、AB2、AB3、AB5端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A13，作为高位地址线；AB4通过反相器UxA接引线A12，作为高位地址线； MODE端通过电阻R5接+5V电源，使数据、地址总线复用；ALE地址锁存使能端接引线B0；串行发送口TXD端连接到U2_3芯片（型号HCPL7720）的V1端口，发送数据到PROFIBUS-DP总线；串行接收口RXD端连接到U2_2芯片（型号HCPL7720）的V0端，接收来自总线的数据；RTS端通过电阻R9连接到U2_4芯片（型号HCPL0611）的VF-端，作为请求发送信号；XCTS端通过电阻R6接地GND；XTEST0、XTEST1端分别通过电阻R7、R8接+5V电源；RESET端接引线RESET1，对芯片进行复位；X/INT端连接引线INT0，发送中断请求。

所述的反相器UxA的7脚接地GND；14脚接+5V电源；2脚接AB4；1脚连接引线A12；

U2_2、U2_3、U2_4芯片为光耦，对收发数据进行光电隔离，其中，所述的U2_2的V1端连接总线收发器U2_5芯片（型号SN75176B）的R端，接收总线数据；VDD2端分两路，一路通过电容C12接地GND，另一路接+5V电源；VDD1端分两路，一路通过电容C13接地GND，另一路接+ISO5V电源；GND1端分两路，一路接电容C13，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C12，另一路接地GND；

所述的U2_3芯片的V0端连接总线收发器U2_5的D端，向总线发送数据；VDD1端分两路，一路接+5V电源，另一路通过电容C14接地GND；VDD2端分两路，一路接+ISO5V电源，另一路通过电容C15接地GND；GND1端分两路，一路接电容C14，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C15，另一路接地GND；

所述的光耦U2_4芯片的V0端分两路，一路接电阻R10，另一路接总线收发器U2_5的DE端，发送数据使能信号；VF+端接+5V电源；VCC端分三路，第一路通过电容C16接地GND，第二路接电阻R10，第三路接电源+ISO5V；VE端接+ISO5V电源；GND端分两路，一路接电容C16，另一路接地GND；

总线收发器U2_5芯片的A端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的8端，最后一路接跳线开关U2_7的2端；B端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的3端，最后一路接跳线开关U2_7的1端；VCC端分两路，一路通过电容C17接地GND，另一路接ISO+5V电源；RE端作为读总线数据使能端接地GND；总线接口COM3的5端接地GND；

芯片U2_6（型号KC5032A48.0000C50 E00）是有源晶振，为芯片U2_1提供时钟信号，其中，VD端接+5V电源；3端分两路输出，一路通过电容C18接地GND，另一路接引线48M，输出时钟信号；GND端接地GND；

芯片U2_8（型号74HC245）控制芯片U2_1的选通信号，其中，DIR端分两路，一路接+5V电源，另一路接电容C11；A0端接引线ALE，锁存地址；A1端接引线RD，允许单片机读总线数据；A2端接引线WR，允许单片机向总线发送数据；OE端接引线Y2；B0端接引线B0；B1端接引线B1；B2端接引线B2；GND端接地GND；

芯片U2_5作为Profibus-DP总线收发器与Profibus-DP总线进行数据交换，芯片U2_2、U2_3、U2_4作为光耦进行电气隔离，Profibus-DP专用协议芯片SPC3芯片U2_1集成了Profibus-DP总线的全部协议，对总线协议数据进行处理，Profibus-DP信号调理电路3有效的减轻了微控制器电路5中处理器U1_1芯片（型号W78E58B）的工作压力。

CAN总线接口2引脚示意图和CAN信号调理电路4电路图如图5所示，其中，CAN信号调理电路4包括CAN控制器芯片U3_1（型号SJA1000），CAN控制器芯片U3_1的VDD1端接+5V电源；VDD2与VDD3端接+ISO5V电源；Vss1、Vss2、Vss3分别接地GND；ALE/AS端接ALE引线，锁存地址；CS端接引线Y1，控制芯片U3_1的选通；RD/E端接引线RD，允许单片机从芯片U3_1读取数据；WR端接引线WR，控制单片机向芯片U3_1写入数据；XTAL1端分两路，一路接晶体振荡器Z的一端，另一路通过电容C31接地GND；XTAL2端分两路，一路接晶体振荡器Z的另一端，另一路通过电容C32接地GND；MODE端通过电阻R12接+5V电源；TX0端通过电阻R13接光耦U3_2芯片（型号6N137SV）的VF-端，向CAN总线发送数据；RX0端分两路，一路接光耦U3_3芯片（型号6N137SV）的VD端，接收来自CAN总线的数据，另一路通过电阻R16接电源+5V；RX1端分为两路，一路通过电阻R14接地GND，另一路通过电阻R15接电源+5V；RST端通过反相器UxB（型号MC74HC04D）接引线RESET1，复位芯片U3_1；INT端连接引线INT1，发送中断请求；AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，进行数据或地址传输；

所述的反相器UxB的7脚接地GND，14脚接电源+5V，3脚接引线RESET1，4脚接芯片U3_1的RST端；

所述的光耦U3_2芯片的VD端分两路，一路通过电阻R18接+ISO5V电源，另一路接总线收发器U3_4芯片（型号PCA82C250）的TXD端，向总线发送数据；GND端分两路，一路接电容C20，另一路接地GND；电源Vcc分两路，一路接电容C20，另一路接+ISO5V电源；VF+端接电源+5V；

所述的光耦U3_3芯片的VF+端接+ISO5V电源；VF-端通过电阻R17接总线收发器U3_4芯片的RXD端，从总线读取数据；Vcc端分四路，一路接电源+5V，另一路接电阻R15，另一路接电阻R16，另一路接电容C19；GND端分两路，一路接电容C19，另一路接地GND；

所述的总线收发器U3_4芯片的VCC端分两路，一路通过电容C21接地GND，另一路接+ISO5V电源；Rs端通过电阻R19接地GND；GND端接地GND；CANL与CANH分别接CAN总线接口；

CAN信号调理电路4实现RS485/RS422/RS232标准串口设备数据与CAN现场总线协议数据之间的转换，其中CAN总线协议已经集成在CAN控制器SJA1000芯片U3_1中，负责CAN总线协议和数据的转换，U3_4芯片作为CAN收发器实现与CAN总线数据的收发，U3_2、U3_3是光耦进行电气隔离，保证数据传输的可靠和安全性。

RS485/RS232/RS422信号调理电路11电路图、RS485/RS422串行接口12和RS232串行接口13引脚示意图如图6所示，其中，RS485/RS232/RS422信号调理电路11包括芯片U4_1（型号MAX3162），芯片U4_1的C1+端与C1-端之间接电容C1；VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路经过电容C3接地GND；GND端接地GND ；T1OUT端接引线DB2，发送数据到具有RS232接口的设备；Z端接Z引线，Y端接Y引线，发送数据到具有RS485/RS422接口的设备；R1OUT与R0端接引线RX，单片机从串行口读取数据；RE232与RE485端接地GND；SHDN与FAST端接+5V电源；DE485与TE232端接+5V电源；A、B端分别接引线A、B，接收来自具有RS485/RS422接口设备的数据；R1IN接引线DB3，接收来自具有RS232接口的设备数据；T1IN与DI端接引线TX，单片机向串口写数据；V-端通过电容C5接地GND；C2+与C2-端之间接电容C4；V+端通过电容C2接地GND；

RS485/RS422串行接口12连接具有RS485/RS422接口的现场设备，其中1号引脚接引线B；2号引脚接引线A；3号引脚接引线Z；4号引脚接引线Y；5号引脚接地GND；

RS232串行接口13连接具有RS232接口的现场设备，其中2号引脚接引线DB2；3号引脚接DB3；5号引脚接地GND。

键盘及显示器面板电路9如图7所示，其中，键盘及显示器面板电路9包括芯片U5_1（型号12864LCD7920），芯片U5_1的Vss端接地GND；Vcc端接+5V电源；RS(CS）端接引线CS；R/W(SID)端接引线SID；E(SCLK)端接引线SCLK；RST端通过反相器UxE（型号MC74HC04D）接引线RESET1，复位显示器； LEDA接+5V电源；LEDK通过电阻R1接地GND；

所述的反相器UxE的7脚接地GND，14脚接+5V电源，11脚接引线RESET1，10脚接芯片U5_1的RST端；

“PRG”按键两端分别接引线P1.0与P1.3，作为参数设置键；“FUNC”按键两端分别接引线P1.0与P1.4，作为确认.返回键/切换键；“＋”按键两端分别接引线P1.1与P1.3，作为数据增加键；“－”按键两端分别连接引线P1.1与P1.4，作为数据减少键；“RUN”按键两端分别连接引线P1.2与P1.3，作为启动键；“STOP/RST”按键两端连接引线P1.2与P1.4，作为停止/复位键。

watchdog电路7和电源电路10电路图如图8所示，其中，电源电路10包括芯片U6_1（型号A0505D-1WR2），芯片U6_1的+V0端分两路，一路同时接+5V电源引线和+ISO5V电源引线，为各个芯片提供供电电压，另一路与0V端之间连接C22电容；Vin端通过电感L1与开关电源输出端连接，进行滤波；GND分两路，一路接地GND，另一路通过电容C23接开关电源输出端；

开关电源POWER的1脚输出+5V电源，2脚接地GND；

看门狗芯片U6_2的MR端接反相器UxAA（型号MC74HC08AD）的3脚；VCC端接+5V电源，GND端接地GND；WDI端接引线P3.5，接收来自单片机的脉冲信号，在小于1.6S的时间间隔内收不到脉冲信号则使WDO端电平由高变低，引起复位；WDO端接反相器UxAA的1脚；RESET端接引线RESET1；

所述的反相器UxAA的7脚接地GND；14脚接+5V电源；2脚分为三路，一路通过复位开关RESET接地GND，第二路通过电阻R20接+5V电源，最后一路通过电容C24接地GND，实现手动复位。

扩展存储器电路6电路图如图9所示，其中，扩展存储器电路6包括芯片U7_1（型号KM62256C），芯片U7_1的VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路经过电容C10接地GND；WE端接引线WR，外部存储器写选通；OE端接引线RD，外部存储器读选通；A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7端依次与芯片U7_2（型号74LS373）的Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7端连接，作为地址低8位信号；A8、A9、A10、A11端依次连接引线A8、A9、A10、A11，作为地址高4位；I/O1、I/O2、I/O3、I/O4、I/O5、I/O6、I/O7、I/O8依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，用于发送/接收数据；CS端接引线Y0，选通芯片进行工作；Vss接地GND；

所述的芯片U7_2的VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路接电容C9；OE端接地GND；GND端接地GND；G端接引线ALE锁存地址信号；D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，用于接收地址或数据信号。

本发明控制网络多协议数据转换装置的具体操作步骤和主程序流程

该多协议数据转换装置能够完成以下6种数据转换任务：RS485标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线协议数据、RS485标准串行接口设备数据到CAN现场总线协议数据、RS232标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线协议数据、RS232标准串行接口设备数据到CAN现场总线协议数据、RS422标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线协议数据、RS422标准串行接口设备数据到CAN现场总线协议数据。

本发明的键盘及显示器面板电路9的面板示意图如图10所示，在机箱18的前面板上有显示器及6个功能按键，按键的功能分配如下，参数设置键“PRG”：用于进入“参数设置状态”的各级界面；确认.返回键/切换键“FUNC”：在“参数设置状态”时用于当前菜单参数或修改参数的确定并返回上级菜单，在显示器显示“运行状态”时依次按下此键用于切换查看相关运行参数，在显示器显示“故障报警状态”时依次按下此键用于切换查看相关故障信息；增加键“＋”：用于增加功能码、参数项或参数值等，按住此键持续超过3S可以快速增加数据；-减小键“－”：用于减小功能码、参数项或参数值等，按住此键持续超过3S可以快速减小数据；启动键“RUN”：在显示器显示“运行准备状态”时按此键使装置运行；停止/复位键“STOP/RST”： 在显示器显示“运行状态”时按此键使装置停止运行，在显示器显示“故障报警状态”时按此键使装置返回“运行准备状态”；显示器集中在一个液晶显示屏上，分文本区和中文显示区，文本区显示各种参数，中文显示区显示相关中文注释。

首先，根据具体要求转换的数据种类，对本发明装置进行外部连接及供电，在机箱18的左侧面通过Profibus-DP总线接口1连接机箱18到Profibus-DP现场总线，或在机箱18的左侧面通过CAN总线接口2连接机箱18到CAN现场总线；在机箱18的右侧面通过RS232串行接口13连接机箱18到RS232标准串行接口设备，或在机箱18的右侧面通过RS485/RS422串行接口12连接机箱18到RS485/RS422标准串行接口设备；将机箱18上侧面220V交流电源插头连接到220V交流电源插座上，打开机箱18上侧面的电源开关16给整个装置供电。

  本发明结合具体操作步骤的主程序流程图如图11所示，开始上电，系统初始化后调用开机显示程序，显示器显示初始界面，包括“开发版本号ZH-1”和“欢迎使用”字样持续2S，然后由程序控制进入准备待机状态，显示器显示“运行准备状态”；如果不需要改变装置上次运行设置的数据转换类型和相关参数，按“RUN”键程序启动装置运行，系统调用相应的数据转换程序，显示器显示“运行状态”，此时依次按“FUNC”键，由程序控制可以查看相关运行参数，当RS485到PROFIBUS-DP总线数据转换时，依次按“FUNC”键可以查看从站地址、波特率、数据收/发状态等参数；在“运行状态”时发生故障报警，由程序控制显示器自动转入“故障报警状态”界面，此时依次按“FUNC”键可以查看相关故障报警信息；在装置运行时按“STOP/RST”键使装置停止运行并且返回“运行准备状态”，在“故障报警状态”时按“STOP/RST”键使装置返回“运行准备状态”。

如果需要改变装置上次设置的数据转换类型和相关参数，在显示器显示“运行准备状态”时按“PRG”键由程序控制进入“参数设置状态”， 显示器在此界面中出现“功能码FC1～FC6”菜单，其中，FC=1表示RS485标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线的数据转换类型；FC=2表示RS485标准串行接口设备数据到CAN现场总线的数据转换类型；FC=3表示RS232标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线的数据转换类型；FC=4表示RS232标准串行接口设备数据到CAN现场总线的数据转换类型；FC=5表示RS422标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线的数据转换类型；FC=6表示RS422标准串行接口设备数据到CAN现场总线的数据转换类型；用“＋”或 “－” 键在菜单中选中需要的功能码（数据转换类型），再按“PRG”键进入该功能码所包含的所有参数项界面，再用“＋”或 “－”键在该菜单选中需要修改的参数项，再按“PRG”键进入该参数项对应的参数值范围，再用“＋”或 “－”键确定具体参数值，按“FUNC”键确认修改的参数值并返回上级所有参数项界面，在该菜单可以开始修改下一个参数项；在“参数设置状态”时，显示器不论在那级界面，在程序的控制下按“FUNC”键的功能都是对该级菜单参数设置的确认并返回上级界面。

下面以一个实施例说明本发明装置具体操作过程，原装置中功能码设置为FC=2（RS485标准串行接口设备数据到CAN现场总线的数据转换类型），现需要更改功能码为FC=1（RS485标准串行接口设备数据到Profibus-DP现场总线的数据转换类型），且在该数据转换类型中，Profibus-DP从站地址设置为6，波特率设置为187.5kb/s，其余参数保留默认值。具体操作步骤如下：在机箱18的左侧面通过Profibus-DP总线接口1连接机箱18到Profibus-DP现场总线，在机箱18的右侧面通过RS485/RS422串行接口12连接机箱18到RS485标准串行接口设备，将机箱18上侧面220V交流电源插头连接到220V交流电源插座上，打开机箱上侧面的电源开关16给整个装置供电。显示器在显示初始界面2S之后自动转入“运行准备状态”界面，按“PRG”键进入“参数设置状态”，用“＋”或 “－”键在菜单中选中“功能码FC=1”，再按“PRG”键进入“功能码FC=1”所包含的所有参数项界面，再用“＋”或 “－” 键选中“从站地址设置”参数项，再按“PRG”键进入“从站地址设置”参数项值对应的参数范围，再用“＋”或 “－”键选中“6”， 按“FUNC”键确认修改参数值并返回上级的所有参数项界面；再用“＋”或 “－” 键选中“波特率”参数项，再按“PRG”键进入“波特率”参数项对应的参数范围，再用“＋”或 “－”键配合使用设置为“187.5Kpbs”， 再按“FUNC”键确认修改参数值并返回上级的所有参数界面, 再按“FUNC”键显示器界面返回上一级“功能码FC1～FC6”菜单，再按“FUNC”键显示器界面返回上一级“运行准备状态”界面；本发明装置在其所连接的Profibus-DP现场总线上只能作为被动响应的Profibus-DP从站，在装置参数修改完成之后，在该Profibus-DP现场总线的Profibus-DP主站中对本发明装置（Profibus-DP从站）进行硬件组态、编写相应通讯程序，才能将本发明装置转换的Profibus-DP协议数据读/写到Profibus-DP主站中；完成以上步骤，在显示器显示“运行准备状态”界面时，按“RUN”键启动装置运行，系统自动调用RS485到Profibus-DP数据转换程序，进行数据转换；在显示器显示“运行状态”时依次按“FUNC”键可以查看RS485设备数据到Profibus-DP现场总线数据转换的相关运行参数，在“运行状态”时发生故障报警，显示器的界面自动转入“故障报警状态”界面，此时依次按“FUNC”键可以查看相关故障报警信息；在装置处在“运行状态”或“故障报警状态”时按“STOP/RST”键使装置停止运行并且返回“运行准备状态”。

Claims (8)

1.控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，包括Profibus-DP总线接口（1）和CAN总线接口（2），所述的Profibus-DP总线接口（1）在机箱外侧与Profibus-DP总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的Profibus-DP信号调理电路（3）的一侧连接，所述Profibus-DP信号调理电路（3）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的CAN总线接口（2）在机箱外侧与CAN总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的CAN信号调理电路（4）的一侧连接，CAN信号调理电路（4）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的微控制器电路（5）还要分别与扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第一晶振电路（8）、键盘及显示器面板电路（9）、电源电路（10）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）连接，所述的扩展存储器电路（6）用于给微控制器电路（5）扩充外部RAM存储器；所述的watchdog电路（7）用于防止程序跑飞；所述的第一晶振电路（8）用于给微控制器电路（5）提供精确的时钟；所述的键盘及显示器面板电路（9）用于本发明装置的参数设定、运行操作和运行状态显示等功能；所述的电源电路（10）用于给微控制器电路（5）提供工作电源；所述的电源电路（10）还要分别与Profibus-DP信号调理电路（3）、CAN信号调理电路（4）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）、扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第二晶振电路（14）、键盘及显示器面板电路（9）连接，分别给其提供工作电源，所述的电源电路（10）还要与电源开关（16）连接；第三晶振电路（15）与CAN信号调理电路（4）连接，用于给其提供精确的时钟；第二晶振电路（14）与Profibus-DP信号调理电路（3）连接，用于给其提供精确的时钟；所述的数据转换电路（17）中的RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）还要分别与RS485\RS422 串行接口（12）和 RS232串行接口（13）连接；所述的RS485\RS422串行接口（12）在机箱外侧与RS485\ RS422现场设备连接；所述的RS232串行接口（13）在机箱外侧与RS232现场设备连接；所述的RS485 \RS422 串行接口（12） 和RS232串行接口（13）与现场设备的连接均采用标准的DB-9连接器。

2.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的微控制器电路（5）的构成是：

微控制器电路（5）包括U1_1芯片，U1_1芯片的参考电压端VDD分成两路，一路连接到+5V电源，另一路通过电容C6连接到地GND；RXD/P3.0串行口接收器输入端接RX引线，接收串口数据；TXD/P3.1串行口发送器输出端接TX引线，发送数据到串口；时钟振荡电路输入/输出1端XTAL1分成两路，一路连接到石英晶体振荡器Y的一侧，另一路通过电容C8接地GND；时钟振荡电路输入/输出2端XTAL2分为两路，一路连接到石英晶体振荡器Y另一侧，另一路通过电容C7接地GND；VSS端接地GND；INT0/P3.8端接引线INT0；INT1/P3.3端接引线INT1；WR/P3.6外部数据存储写选通端接引线WR，RD/P3.7外部数据存储器读选通端接引线RD，分别对外部存储器进行读写控制；P1.5、P1.6、P1.7分别依次接引线MOSI、MISO和SCK，将程序写入单片机；P3.4、P4.0、P4.1分别依次接引线SCLK、CS和SID控制显示器显示；RST端接引线RESET1，进行复位操作；EA端接+5V电源，禁止处理器访问外部ROM；ALE端接引线ALE，地址锁存使能，使地址线与数据线复用；P2.6/A14、P2.7/A15端分别依次接引线A14、A15，通过译码器选择选通芯片U1_4；P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6、P0.7/AD7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，作为地址与数据复用总线传输地址低8位与数据；P2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10、P2.3/A11、P2.4/A12、P2.5/A13端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A12、A13作为地址高位；T2/P1.0、T2EX/P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别接引线P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；

ISP接口U1_3的1端接引线MOSI；5端接引线RESET1；7端接引线SCR；9端接接引线MISO；2端接+5V电源；4、6、8、10端接地GND；

芯片U1_2的A1、B1端依次接引线A15、A14，进行译码；输出端1Y0、1Y1、1Y2依次接引线Y0、Y1、Y2；VCC端接电源+5V；G1端与GND端接地GND；

微控制器电路（5）作为控制网络多协议数据转换装置的核心，控制该装置的工作方式及数据转换的控制任务，控制显示器显示等功能，所有芯片工作或静默都由微控制器电路（5）进行控制。

3.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的Profibus-DP总线接口（1）引脚和Profibus-DP信号调理电路（3）的构成是：

Profibus-DP信号调理电路（3）包括Profibus-DP专用协议芯片U2_1，Profibus-DP专用协议芯片U2_1的VDD端接+5V电源；DIVIDER端接+5V电源；Vss端接地GND；XCS端通过电阻R2接+5V电源；XWR端接B2引线；XRD端接引线B1，控制芯片读写信号；XINT/MOT端通过电阻R3接地GND；CLK时钟输入端接引线48M；AB8、AB9端接地GND；AB10端通过电阻R4接地GND；数据和地址复用端口DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，接收与发送地址低8位或数据；AB0、AB1、AB2、AB3、AB5端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A13，作为高位地址线；AB4通过反相器UxA接引线A12，作为高位地址线； MODE端通过电阻R5接+5V电源，使数据、地址总线复用；ALE地址锁存使能端接引线B0；串行发送口TXD端连接到U2_3芯片的V1端口，发送数据到Profibus-DP总线；串行接收口RXD端连接到U2_2芯片的V0端，接收来自总线的数据；RTS端通过电阻R9连接到U2_4芯片的VF-端，作为请求发送信号；XCTS端通过电阻R6接地GND；XTEST0、XTEST1端分别通过电阻R7、R8接+5V电源；RESET端接引线RESET1，对芯片进行复位；X/INT端连接引线INT0，发送中断请求；

所述的反相器UxA的7脚接地GND；14脚接+5V电源；2脚接AB4；1脚连接引线A12；

所述的U2_2、U2_3、U2_4芯片为光耦，对收发数据进行光电隔离，其中，所述的U2_2的V1端连接总线收发器U2_5芯片的R端，接收总线数据；VDD2端分两路，一路通过电容C12接地GND，另一路接+5V电源；VDD1端分两路，一路通过电容C13接地GND，另一路接+ISO5V电源；GND1端分两路，一路接电容C13，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C12，另一路接地GND；

所述的U2_3芯片的V0端连接总线收发器U2_5的D端，向总线发送数据；VDD1端分两路，一路接+5V电源，另一路通过电容C14接地GND；VDD2端分两路，一路接+ISO5V电源，另一路通过电容C15接地GND；GND1端分两路，一路接电容C14，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C15，另一路接地GND；

所述的光耦U2_4芯片的V0端分两路，一路接电阻R10，另一路接总线收发器U2_5的DE端，发送数据使能信号；VF+端接+5V电源；VCC端分三路，第一路通过电容C16接地GND，第二路接电阻R10，第三路接电源+ISO5V；VE端接+ISO5V电源；GND端分两路，一路接电容C16，另一路接地GND；

总线收发器U2_5芯片的A端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的8端，最后一路接跳线开关U2_7的2端；B端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的3端，最后一路接跳线开关U2_7的1端；VCC端分两路，一路通过电容C17接地GND，另一路接ISO+5V电源；RE端作为读总线数据使能端接地GND；总线接口COM3的5端接地GND；

芯片U2_6是有源晶振，为芯片U2_1提供时钟信号，其中，VD端接+5V电源；3端分两路输出，一路通过电容C18接地GND，另一路接引线48M，输出时钟信号；GND端接地GND；

芯片U2_8控制芯片U2_1的选通信号，其中，DIR端分两路，一路接+5V电源，另一路接电容C11；A0端接引线ALE，锁存地址；A1端接引线RD，允许单片机读总线数据；A2端接引线WR，允许单片机向总线发送数据；OE端接引线Y2；B0端接引线B0；B1端接引线B1；B2端接引线B2；GND端接地GND；

芯片U2_5作为Profibus-DP总线收发器与Profibus-DP总线进行数据交换，芯片U2_2、U2_3、U2_4作为光耦进行电气隔离，Profibus-DP专用协议芯片SPC3芯片U2_1集成了Profibus-DP总线的全部协议，对总线协议数据进行处理，Profibus-DP信号调理电路（3）有效的减轻了微控制器电路（5）中处理器U1_1芯片的工作压力。

4.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的CAN总线接口（2）引脚和CAN信号调理电路（4）的构成是：

CAN信号调理电路（4）包括CAN控制器芯片U3_1，CAN控制器芯片U3_1的VDD1端接+5V电源；VDD2与VDD3端接+ISO5V电源；Vss1、Vss2、Vss3分别接地GND；ALE/AS端接ALE引线，锁存地址；CS端接引线Y1，控制芯片U3_1的选通；RD/E端接引线RD，允许单片机从芯片U3_1读取数据；WR端接引线WR，控制单片机向芯片U3_1写入数据；XTAL1端分两路，一路接晶体振荡器Z的一端，另一路通过电容C31接地GND；XTAL2端分两路，一路接晶体振荡器Z的另一端，另一路通过电容C32接地GND；MODE端通过电阻R12接+5V电源；TX0端通过电阻R13接光耦U3_2芯片的VF-端，向CAN总线发送数据；RX0端分两路，一路接光耦U3_3芯片的VD端，接收来自CAN总线的数据，另一路通过电阻R16接电源+5V；RX1端分为两路，一路通过电阻R14接地GND，另一路通过电阻R15接电源+5V；RST端通过反相器UxB接引线RESET1，复位芯片U3_1；INT端连接引线INT1，发送中断请求；AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，进行数据或地址传输；

所述的反相器UxB的7脚接地GND，14脚接电源+5V，3脚接引线RESET1，4脚接芯片U3_1的RST端；

所述的光耦U3_2芯片的VD端分两路，一路通过电阻R18接+ISO5V电源，另一路接总线收发器U3_4芯片的TXD端，向总线发送数据；GND端分两路，一路接电容C20，另一路接地GND；电源Vcc分两路，一路接电容C20，另一路接+ISO5V电源；VF+端接电源+5V；

所述的光耦U3_3芯片的VF+端接+ISO5V电源；VF-端通过电阻R17接总线收发器U3_4芯片的RXD端，从总线读取数据；Vcc端分四路，一路接电源+5V，另一路接电阻R15，另一路接电阻R16，另一路接电容C19；GND端分两路，一路接电容C19，另一路接地GND；

总线收发器U3_4芯片的VCC端分两路，一路通过电容C21接地GND，另一路接+ISO5V电源；Rs端通过电阻R19接地GND；GND端接地GND；CANL与CANH分别接CAN总线接口；

CAN信号调理电路（4）实现RS485/RS422/RS232标准串口设备数据与CAN总线之间的数据交换，其中CAN总线协议已经集成在CAN控制器SJA1000芯片U3_1中，负责CAN总线协议和数据的转换，U3_4芯片作为CAN收发器实现与CAN总线数据的收发，U3_2、U3_3是光耦进行电气隔离，保证数据传输的可靠和安全性。

5.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的RS485/RS232/RS422信号调理电路（11）、RS485/RS422串行接口（12）和RS232串行接口（13）引脚的构成是：

其中，RS485/RS232/RS422信号调理电路（11）包括芯片U4_1，芯片U4_1的C1+端与C1-端之间接电容C1；VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路经过电容C3接地GND；GND端接地GND ；T1OUT端接引线DB2，发送数据到具有RS232接口的设备；Z端接Z引线，Y端接Y引线，发送数据到具有RS485/RS422接口的设备；R1OUT与R0端接引线RX，单片机从串行口读取数据；RE232与RE485端接地GND；SHDN与FAST端接+5V电源；DE485与TE232端接+5V电源；A、B端分别接引线A、B，接收来自具有RS485/RS422接口设备的数据；R1IN接引线DB3，接收来自具有RS232接口的设备数据；T1IN与DI端接引线TX，单片机向串口写数据；V-端通过电容C5接地GND；C2+与C2-端之间接电容C4；V+端通过电容C2接地GND；

RS485/RS422串行接口（12）连接具有RS485/RS422接口的现场设备，其中1号引脚接引线B；2号引脚接引线A；3号引脚接引线Z；4号引脚接引线Y；5号引脚接地GND；

RS232串行接口（13）连接具有RS232接口的现场设备，其中2号引脚接引线DB2；3号引脚接DB3；5号引脚接地GND。

6.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的键盘及显示器面板电路（9）的构成是：

键盘及显示器面板电路（9）包括芯片U5_1，芯片U5_1的Vss端接地GND；Vcc端接+5V电源；RS(CS）端接引线CS；R/W(SID)端接引线SID；E(SCLK)端接引线SCLK；RST端通过反相器UxE接引线RESET1，复位显示器； LEDA接+5V电源；LEDK通过电阻R1接地GND；

所述的反相器UxE的7脚接地GND，14脚接+5V电源，11脚接引线RESET1，10脚接芯片U5_1的RST端；

“PRG”按键两端分别接引线P1.0与P1.3，作为参数设置键；“FUNC”按键两端分别接引线P1.0与P1.4，作为确认.返回键/切换键；“＋”按键两端分别接引线P1.1与P1.3，作为数据增加键；“－”按键两端分别连接引线P1.1与P1.4，作为数据减少键；“RUN”按键两端分别连接引线P1.2与P1.3，作为启动键；“STOP/RST”按键两端连接引线P1.2与P1.4，作为停止/复位键。

7.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的watchdog电路（7）和电源电路（10）的构成是：

其中，电源电路（10）包括芯片U6_1，芯片U6_1的+V0端分两路，一路同时接+5V电源引线和+ISO5V电源引线，为各个芯片提供供电电压，另一路与0V端之间连接C22电容；Vin端通过电感L1与开关电源输出端连接，进行滤波；GND分两路，一路接地GND，另一路通过电容C23接开关电源输出端；

开关电源POWER的1脚输出+5V电源，2脚接地GND；

看门狗芯片U6_2的MR端接反相器UxAA（型号MC74HC08AD）的3脚；VCC端接+5V电源，GND端接地GND；WDI端接引线P3.5，接收来自单片机的脉冲信号，在小于1.6S的时间间隔内收不到脉冲信号则使WDO端电平由高变低，引起复位；WDO端接反相器UxAA的1脚；RESET端接引线RESET1；

所述的反相器UxAA的7脚接地GND；14脚接+5V电源；2脚分为三路，一路通过复位开关RESET接地GND，第二路通过电阻R20接+5V电源，最后一路通过电容C24接地GND，实现手动复位。

8.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的扩展存储器电路（6）的构成是：

扩展存储器电路（6）包括芯片U7_1，芯片U7_1的VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路经过电容C10接地GND；WE端接引线WR，外部存储器写选通；OE端接引线RD，外部存储器读选通；A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7端依次与芯片U7_2的Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7端连接，作为地址低8位信号；A8、A9、A10、A11端依次连接引线A8、A9、A10、A11，作为地址高4位；I/O1、I/O2、I/O3、I/O4、I/O5、I/O6、I/O7、I/O8依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，用于发送/接收数据；CS端接引线Y0，选通芯片进行工作；Vss接地GND；

所述的芯片U7_2的VCC端分两路，一路接+5V电源，另一路接电容C9；OE端接地GND；GND端接地GND；G端接引线ALE锁存地址信号；D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，用于接收地址或数据信号。