CN1305255C - 基于光纤介质通讯的控制器局域网总线通讯集线器 - Google Patents

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Abstract

一种基于光纤介质通讯的控制器局域网总线通讯集线器，光纤接收器将多模光纤从远距离传来的光信号转换成电信号，经可编程逻辑器件连接到CAN总线收发器的发射口，通过差分信号传输到CAN总线上，而由CAN总线传入的信号出现在CAN收发器接收端并驱动光纤发送器发光，通过多模光纤传输到远距离智能设备上的光纤接收器上并实现光电信号转换，进入智能设备上CAN总线控制器的信号接收端。CAN总线收发器输出的差分信号采用导线以很短的距离连接到主控计算机的CAN总线上，从而使连接远距离分布的通讯介质是光纤而不是金属线，避免了金属导线过多分布在强电磁干扰环境中带来的危害，实现了主控计算机与智能设备之间的CAN总线通讯。

Description

基于光纤介质通讯的控制器局域网总线通讯集线器
技术领域
本发明涉及一种基于光纤介质通讯的CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线通讯集线器，在强电磁干扰环境中，以光纤为介质使主控计算机与远距离多台智能设备之间实现CAN总线通讯，以保证通讯稳定性，属于现场总线抗干扰技术。
背景技术
在高压大电流环境中，强电磁干扰会造成电子设备通讯的不正常，很大程度是电磁干扰经过连接相互距离较远智能设备之间通讯的导线进入电子设备，叠加在通讯信号上，使通讯的正常信号畸变，通讯协议无法识别，表现出通讯失败。严重的情况甚至破坏计算机及电子设备内部的器件。距离越长的导线越容易引入电磁干扰。
在CAN总线的通讯中，为了防止电磁干扰，也采取光耦隔离。典型的线路是CAN控制器SJ1000的通讯发送端驱动快速光耦6N137原边发光二极管，通过光耦隔离在副边三极管的发射极接地情况下在集电极得到信号，使CAN总线收发器82C250输出差分信号，将通讯信号传送出去；CAN总线收发器82C250传入的信号出现在接收端时，接收端驱动快速光耦6N137原边发光二极管，通过光耦隔离在副边三极管的发射极接地情况下在集电极得到信号，进入CAN控制器SJ1000的通讯接收端，这样，实现了CAN的隔离通讯。在通讯系统有多台智能设备的情况下，各个智能设备的CAN总线收发器82C250输出差分信号的二条导线作为公共线连接在一起。
但是，CAN总线收发器82C250输出差分信号的二条线是导电的金属线，连接各个远距离的智能设备必然使金属导线走很长的距离，在电磁干扰的环境里容易将干扰引入智能设备中。因此，必须重新设计强电磁干扰环境中多台远距离分布智能设备CAN总线通讯系统的总线结构。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于光纤介质通讯的CAN总线通讯集线器，使连接多台远距离智能设备之间信号传输的介质不用金属导线而改用光纤，光纤的绝缘性能使强电磁干扰不能通过金属导线进入计算机和智能设备，保证通讯的安全和正确。
为了实现这样的目的，本发明的基于光纤介质通讯的CAN总线集线器结构是将典型CAN总线中控制器SJ1000驱动的快速光耦6N137的原边改成采用光纤发送驱动器，副边采用光纤接收器，而6N137内部光路改成多模光纤远距离实现，并采用了可编程逻辑器件和大电流与门。在各个智能设备上的CAN控制器SJ1000驱动光纤发送器发光时，集线器上的光纤接收器将多模光纤从远距离传来的光信号转换成电信号，经过可编程逻辑器件连接到CAN总线收发器82C250的发射口，通过差分信号传输到CAN总线上；而由CAN总线传入的信号出现在CAN收发器82C250接收端并驱动光纤发送器发光，通过多模光纤传输到远距离智能设备上的光纤接收器上并实现光信号转换成电信号，进入智能设备上CAN总线控制器SJ1000的信号接收端。CAN总线收发器82C250输出的差分信号采用导线以很短的距离连接到主控计算机的CAN总线上。从而使连接远距离分布的通讯介质是光纤而不是导电的金属线，避免了金属导线过多分布在强电磁干扰环境中带来的危害，实现了主控计算机与智能设备之间的CAN总线通讯。
本发明基于光纤介质通讯的CAN总线通讯集线器的具体结构如下：
由于多台设备的情况完全相同，因此，以多台智能设备中的一台智能设备光纤介质的CAN总线通讯方式为例说明电路的连接形式。
来自智能设备的CAN总线控制器的发送信号通过多模光纤进入CAN总线通讯集线器的光纤接收器，光纤接收器内部三极管的集电极首先经由电阻连接到电源电压，同时又连接到可编程逻辑器件的通用输出输入口，在可编程逻辑器件内部进行逻辑处理后，从可编程逻辑器件不同的通用输出输入口连接到CAN总线收发器的发射端；CAN总线收发器的接收端连接大电流与门输入端，再由大电流与门输出端经过电阻连接到控制光纤发送器的驱动三极管基极，驱动三极管的集电极经过电阻连接到电源，同时也连接到光纤发送器发光二极管的阳极，驱动三极管的发射极连接到光纤发送器发光二极管的阴极和电源地。光纤接收器的供电端接集线器电源电压，地端接集线器电源地。CAN总线通讯集线器的供电电源和地之间接有电容。
CAN总线收发器二条差分信号线(即CAN总线)之间连接电阻，并且二条CAN总线接到二脚的端子上，并且8脚经过电阻接地，电源端接集线器电源正极，地端接集线器电源地。
进入CAN总线通讯集线器的光纤接收器的光信号使光纤接收器内部的集电极开路的三极管导通，使集电极为低电平，此低电平进入可编程逻辑器件的通用输出输入口，经过内部同其它各个智能设备来的通讯信号进行逻辑“与”处理，从可编程逻辑器件另一通用输出输入口进入到CAN总线收发器的发射端，经过CAN总线收发器出现在CAN总线上，主控计算机通过CAN总线收到智能设备的通讯信号；从主控计算机发出的通讯信号首先到达CAN上，CAN总线收发器将总线通讯信号转换到接收端，接收端信号通过大电流输出的与门驱动光纤发送器的驱动三极管基极，使光纤发送器输出光信号传送到智能设备上。
本发明实现了主控计算机对处于强电磁干扰环境中的多台智能设备之间以光纤为介质远程CAN总线通讯集线器功能，保证了通讯系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明基于光纤介质通讯的CAN总线通讯集线器的原理图。
图1中，M4A5-32/32为可编程逻辑器件，HFBR-2412为光纤接收器，HFBR-1414T为光纤发送器，75451为大电流与门，Q1为光纤发送器驱动三极管，82C250为CAN总线收发器，R1为光纤发送器限流电阻，R2为光纤接收器集电极输出上拉电阻，R3为总线收发器转换速度控制电阻，R4为总线反射阻尼电阻，R5为光纤发送器驱动三极管基极限流电阻，C1为电源滤波电容，J1为CAN总线引出端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明设计的基于光纤介质通讯的CAN总线通讯集线器原理图如图1所示。
光纤接收器HFBR-2412的内部三极管的集电极由6脚引出，连接到电阻R2的一端和可编程逻辑器件的40脚，电阻R2的另一端连接到供电电源高电位，光纤接收器的2脚接供电电源高电位，3脚和7脚接供电电源地，可编程逻辑器件M4A5-32/32的10脚连接CAN总线收发器的1脚，CAN总线收发器的4脚接大电流与门的1、2脚，大电流与门的3脚接电阻R5的一端，R5的另一端接光纤发送器驱动三极管的基极，光纤发送器驱动三极管的集电极先连接到电源地和光纤发送器的2、6和7脚，再经过电阻R1连接到电源高电位，发射极连接到光纤发送器的3脚。CAN总线收发器的2、3脚分别接电源地和电源高电位，8脚经过R3接地，电阻R4接在CAN总线收发器的6、7脚之间，6脚、7脚接CAN总线输出端子J1。
进入CAN总线通讯集线器的光纤接收器HFBR-2412的光信号使光纤接收器内部的三极管导通，光纤接收器的6脚是内部三极管的集电极，为低电平，此低电平进入可编程逻辑器件的40脚，经过内部同其它各个智能设备来的通讯信号进行逻辑“与”处理，从可编程逻辑器件的10脚输出，再进入到CAN总线收发器的发射端1脚，经过CAN总线收发器以差分信号的形式出现在CAN总线6、7脚上，主控计算机通过CAN总线收到智能设备的通讯信号；从主控计算机发出的通讯信号首先到达CAN总线上，CAN总线收发器将6、7脚总线上的通讯信号转换到接收端4脚，接收端信号进入大电流输出的与门的1、2脚，再从大电流与门的3脚输出经过电阻R5驱动光纤发送器驱动三极管的基极，使驱动三极管导通，驱动三极管集电极就使光纤发送器输出光信号传送到智能设备上的光纤接收器上。
在本发明的一个实施例中，图1所示的电路图中表示了一台智能设备与集线器的连接关系，多台的连接关系是相同的，只是增加光纤接收器、光纤发送器即可，在可编程逻辑器件以TX2----TX10已经表示清楚。其中：HFBR-2412为光纤接收器，HFBR-1414T为光纤发送器，可编程逻辑器件型号为75451，CAN总线收发器的型号为82C250，大电流与门型号为75451，Q1是9013，30V/500mA；R1＝300/0.25W，R2＝10K/0,25W，R3＝15k/0.25W，R4＝120/0.25W，R5＝3.9k/0.25W，C1＝0.1uF，J1为CAN总线端子。

Claims (1)

1、一种基于光纤介质通讯的控制器局域网总线通讯集线器，其特征在于来自智能设备的CAN总线控制器的发送信号通过多模光纤进入CAN总线通讯集线器的光纤接收器(HFBR-2412)，光纤接收器内部三极管的集电极首先经由集电极输出上拉电阻(R2)连接到电源，同时又连接到可编程逻辑器件(M4A5-32/32)的通用输出输入口，在可编程逻辑器件内部进行逻辑处理后，从可编程逻辑器件不同的通用输出输入口连接到CAN总线收发器(82C250)的发射端；CAN总线收发器的接收端连接大电流与门(75451)输入端，再由大电流与门(75451)输出端经过驱动三极管基极限流电阻(R5)连接到控制光纤发送器的驱动三极管(Q1)基极，驱动三极管(Q1)的集电极经过光纤发送器限流电阻(R1)连接到电源，同时也连接到光纤发送器(HFBR-1414T)发光二极管的阳极，驱动三极管(Q1)的发射极连接到光纤发送器(HFBR-1414T)发光二极管的阴极和电源地，光纤接收器(HFBR-2412)的供电端接集线器电源高电位，地端接集线器电源地，CAN总线通讯集线器的电源高电位和电源地之间接有电源滤波电容(C1)。
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