CN202995716U - 一种通信模块及基于该通信模块的多级远程通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种通信模块及基于该通信模块的多级远程通讯系统。一种通信模块包括电源转换模块、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块以及屏蔽线缆。符合RS485总线协议，采用多级级联的方式，可实现RS485通讯的远距离传输。并且采用DSP高速信号处理器提高了数据转换速率，信号接收模块采用带隔离的RS485通讯电路，提高了抗干扰能力和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及通讯处理技术，通信中继传输技术，具体地说，是涉及一种通信模块及基于该通信模块的多级远程通讯系统。
背景技术
RS485系统总线因其硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点，广泛应用于各种工业控制领域。但是由于其通讯距离有限，且随着通讯速率的增高，通讯距离也会减小，难以满足工业现场远距离传输的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种通信模块和相应的多级通讯系统，即基于该通信模块的多级远程通讯系统，该通信模块符合RS485总线协议，采用多级级联的方式，可实现RS485通讯的远距离传输。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种通信模块，包括电源转换模块、以及依次连接的输入屏蔽线缆、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块、输出屏蔽线缆组成，电源转换模块分别与信号接收模块、信号处理模块以及信号发生模块连接，所述信号发生模块包括至少一个子发送模块组成，所述子发送模块均与信号处理模块连接。
所述电源转换模块包括依次连接于输入外部供电电源的过流过压保护电路、电源转换电路、隔离转换电源电路，所述隔离转换电源电路与信号接收模块连接并为信号接收模块提供隔离电源。
所述过流过压保护电路包括自恢复保险PTC0603、TVS管SMAJ24A、共模抑制线圈DLW21SN371SQ2，所述输入外部供电电源包括外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND，其中，自恢复保险PTC0603和共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的3脚串联在外部电源Extem+12V的线路上，共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的1脚串联在外部地Extem_GND的线路上，且所述TVS管SMAJ24A反向并联在外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND之间。
电源转换电路包括电源转换芯片LM22674和电源转换芯片TPS767D318PWP，电源转换芯片LM22674产生+5V电源后通过输出端与电源转换芯片TPS767D318PWP的输入端连接，且电源转换芯片LM22674产生+5V电源后还通过输出端与隔离转换电源电路连接；所述隔离转换电源电路包括隔离转换电源芯片B0505LS-1W，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输入端1号引脚通过电感L2后与电源转换芯片LM22674的输出端连接，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输出端6号引脚通过电感L3后形成隔离电源端口ISO-5V，其隔离电源端口ISO-5V与信号接收模块的电源输入端连接。
输入屏蔽线缆连接有上位RS485总线，信号接收模块包括保护电路和RS485隔离通讯电路，保护电路包括依次串接于上位RS485总线信号点A的自恢复保险U12、共模抑制线圈U8的3脚、TVS管阵列A，保护电路还包括依次串接于上位RS485总线信号点B的自恢复保险U11、共模抑制线圈U8的1脚、TVS管阵列B，TVS管阵列A包括反向串联的TVS管D23和TVS管D24，TVS管D23与共模抑制线圈U8的4脚串联，TVS管阵列B包括反向串联的TVS管D21和TVS管D22，TVS管D21与共模抑制线圈U8的2脚串联，其中共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485隔离通讯电路连接；RS485隔离通讯电路包括互相连接的RS485控制器U7和数字隔离器U6，共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485控制器U7的A引脚和B引脚连接，数字隔离器U6的3和5引脚接至信号处理模块。
信号处理模块包括高速DSP数字信号处理器，高速DSP数字信号处理器的型号为TMS320F2808PZ，TMS320F2808PZ的输入输出端口4脚和92脚与信号接收模块连接，TMS320F2808PZ的其余输入输出端口与子发送模块连接。
输出屏蔽线缆连接有下位RS485总线，子发送模块包括与信号处理模块连接的RS485控制器IC1，RS485控制器IC1的R、D引脚分别与信号处理模块连接，且子发送模块还包括信号输出保护电路，信号输出保护电路包括依次串联的自恢复保险U3、共模抑制线圈U1的主线圈、TVS管D211、TVS管D222，信号输出保护电路还包括依次串联的自恢复保险U4、共模抑制线圈U1的副线圈、TVS管D233、TVS管D244，其中TVS管D211、TVS管D222反向串联，TVS管D233、TVS管D244反向串联，且自恢复保险U3与下位RS485总线的信号点B连接，自恢复保险U4与下位RS485总线的信号点A连接， RS485控制器IC1的B引脚和A引脚分别与共模抑制线圈U1的引脚4和引脚2连接，所述引脚4为主线圈的输入端，引脚2为副线圈的输入端。
基于该通信模块的多级远程通讯系统，包括若干个依次连接于上行通讯设备的通信模块，相邻通信模块之间通过上位RS485总线连接，与上行通讯设备连接的通信模块为首位通信模块，首位通信模块也通过上位RS485总线与上行通讯设备连接；每一个通信模块还连接有若干下行通讯设备，通信模块与下行通讯设备之间采用下位RS485总线连接。
基于该通信模块的多级远程通讯系统，通信模块的数目有N个，每一个通信模块都包含若干个子发送模块和一个信号接收模块，上位RS485总线的一端连接在第N个通信模块的信号接收模块上，则上位RS485总线的另一端连接在第N-1个通信模块的子发送模块上，此处所述的上位RS485总线为相邻通信模块之间的上位RS485总线，N为≥2的正整数。
综上所述，一种通信模块，包括电源转换模块、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块以及屏蔽线缆。为了方便描述，DSP代表高速DSP数字信号处理器。
所述电源转换模块通过自恢复保险、反向TVS管、共模抑制线圈等保护器件，抑制外部输入电源的干扰信号，并对整个通信模块后级电路起到保护作用；再通过电源转换芯片将外部输入电源转换成后级电路所需的工作电源，通过带隔离的电源转换芯片将工作电源转换成信号接收模块所需的隔离电源。
所述信号接收模块中，上位485总线信号A、B通过自恢复保险、TVS阵列、共模抑制线圈等保护器件的限幅和保护后，接至RS485控制器输入端的A、B引脚，RS485控制器的输出端的R、D引脚通过数字隔离器接至DSP的输入输出端口。RS485控制器以及数字隔离器采用隔离电源供电，与电路其他部分实现电源隔离。
所述信号处理模块，采用高速DSP数字信号处理器,可配置较高的数据转换速率。通过DSP的输入输出端口接收信号接收模块送来的上位RS485总线信号，通过DSP程序处理后，再通过输入输出端口发送至信号发送模块。
所述信号发送模块，包含多路子发送模块，对于每个子发送模块：将DSP输入输出端口送出的RS485信号接至RS485控制器输入端的R、D引脚，RS485控制器输出端的A、B引脚通过TVS阵列、共模抑制线圈、自恢复保险等保护器件的限幅和保护后，送至下位RS485总线。TVS阵列为反向串联的TVS管构成。
综上，本实用新型的有益效果是：（1）本实用新型采用高速的DSP数字信号处理器，有效提高了数据转换速率。
（2）本实用新型信号输入模块采用隔离电源供电、数字隔离器以及硬件电路上的物理隔离，实现了信号接收模块的隔离，可有效起到对上位RS485总线干扰信号的隔离以及对下位总线的保护作用。
（3）本实用新型采用屏蔽线缆与RS485总线连接，可实现屏蔽层单点接地，有效提高了RS485通讯的抗干扰能力。
（4）本实用新型设计简单，产品小型化，抗干扰能力强，稳定性高。
附图说明
图1为本实用新型的硬件结构框图。
图2为电源转换芯片LM22674的电源输出原理图。
图3为电源转换芯片TPS767D318PWP的电源输出原理图。
图4为共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的原理图。
图5为隔离转换电源芯片B0505LS-1W的原理图。
图6为电源转换电路的指示灯原理图。
图7为本实用新型的信号接收模块中数字隔离器ADUM1301的原理图。
图8为本实用新型的信号接收模块中共模抑制线圈DLW21SN371SQ2与TVS管阵列的连接原理图。
图9为本实用新型的信号发送模块中RS485控制器IC1的原理图。
图10为本实用新型的信号发送模块中共模抑制线圈U1的原理图。
图11为本实用新型信号处理模块原理图。
图12为本实用新型现场应用级联接线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1至图12所示，一种通信模块，包括电源转换模块、以及依次连接的输入屏蔽线缆、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块、输出屏蔽线缆组成，电源转换模块分别与信号接收模块和信号发生模块连接，所述信号发生模块包括至少一个子发送模块组成，所述子发送模块均与信号处理模块连接。
所述电源转换模块包括依次连接于输入外部供电电源的过流过压保护电路、电源转换电路、隔离转换电源电路，所述隔离转换电源电路与信号接收模块连接并为信号接收模块提供隔离电源。
所述过流过压保护电路包括自恢复保险PTC0603、TVS管SMAJ24A、共模抑制线圈DLW21SN371SQ2，所述输入外部供电电源包括外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND，其中，自恢复保险PTC0603和共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的3脚串联在外部电源Extem+12V的线路上，共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的1脚串联在外部地Extem_GND的线路上，且所述TVS管SMAJ24A反向并联在外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND之间。
电源转换电路包括电源转换芯片LM22674和电源转换芯片TPS767D318PWP，电源转换芯片LM22674产生+5V电源后通过输出端与电源转换芯片TPS767D318PWP的输入端连接，且电源转换芯片LM22674产生+5V电源后还通过输出端与隔离转换电源电路连接；所述隔离转换电源电路包括隔离转换电源芯片B0505LS-1W，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输入端1号引脚通过电感L2后与电源转换芯片LM22674的输出端连接，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输出端6号引脚通过电感L3后形成隔离电源端口ISO-5V，其隔离电源端口ISO-5V与信号接收模块的电源输入端连接。
输入屏蔽线缆连接有上位RS485总线，信号接收模块包括保护电路和RS485隔离通讯电路，保护电路包括依次串接于上位RS485总线信号点A的自恢复保险U12、共模抑制线圈U8的3脚、TVS管阵列A，保护电路还包括依次串接于上位RS485总线信号点B的自恢复保险U11、共模抑制线圈U8的1脚、TVS管阵列B，TVS管阵列A包括反向串联的TVS管D23和TVS管D24，TVS管D23与共模抑制线圈U8的4脚串联，TVS管阵列B包括反向串联的TVS管D21和TVS管D22，TVS管D21与共模抑制线圈U8的2脚串联，其中共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485隔离通讯电路连接；RS485隔离通讯电路包括互相连接的RS485控制器U7和数字隔离器U6，共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485控制器U7的A引脚和B引脚连接，数字隔离器U6的3和5引脚接至信号处理模块。
信号处理模块包括高速DSP数字信号处理器，高速DSP数字信号处理器的型号为TMS320F2808PZ，TMS320F2808PZ的输入输出端口4脚和92脚与信号接收模块连接，TMS320F2808PZ的其余输入输出端口与子发送模块连接。
输出屏蔽线缆连接有下位RS485总线，子发送模块包括与信号处理模块连接的RS485控制器IC1，RS485控制器IC1的R、D引脚分别与信号处理模块连接，且子发送模块还包括信号输出保护电路，信号输出保护电路包括依次串联的自恢复保险U3，U4、共模抑制线圈U1、TVS管D211、TVS管D222，TVS管D233、TVS管D244，其中TVS管D211、TVS管D222反向串联，TVS管D233、TVS管D244反向串联，且自恢复保险U3与下位RS485总线的信号点B连接，自恢复保险U4与下位RS485总线的信号点A连接， RS485控制器IC1的B引脚和A引脚分别与共模抑制线圈U1的引脚4和引脚2连接。
基于该通信模块的多级远程通讯系统，包括若干个依次连接于上行通讯设备的通信模块，相邻通信模块之间通过上位RS485总线连接，与上行通讯设备连接的通信模块为首位通信模块，首位通信模块也通过上位RS485总线与上行通讯设备连接；每一个通信模块还连接有若干下行通讯设备，通信模块与下行通讯设备之间采用下位RS485总线连接。
基于该通信模块的多级远程通讯系统，通信模块的数目有N个，每一个通信模块都包含若干个子发送模块和一个信号接收模块，上位RS485总线的一端连接在第N个通信模块的信号接收模块上，则上位RS485总线的另一端连接在第N-1个通信模块的子发送模块上，此处所述的上位RS485总线为相邻通信模块之间的上位RS485总线，N为≥2的正整数。
如图1所示：本实用新型包括电源转换模块、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块以及屏蔽线缆。
如图2至图6所示：本实用新型电源转换模块，对于输入外部供电电源通过串接自恢复保险PTC0603进行过流保护，反向并接TVS管SMAJ24A进行过压保护，外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND分别串接共模抑制线圈DLW21SN371SQ2进行共干扰抑制，再通过电源转换芯片LM22674，TPS767D318PWP分别产生后级电路所需的5V、3.3V、1.8V工作电源，通过隔离转换电源B0505LS-1W提供ISO_5V隔离电源。
如图7、图8 所示：本实用新型信号接收模块，对于上行RS485总线信号点A、信号点B通过串接自恢复保险PTC0603进行过流保护，反向并接TVS管SMAJ9.0、SMAJ6.0阵列进行过压保护，串接共模抑制线圈DLW21SN371SQ2进行共模干扰抑制等之后，接至RS485控制器SN65HVD485E的A、B引脚，SN65HVD485E的R、D引脚分别通过数字隔离器ADUM1301的3和5引脚接至数字信号处理器TMS320F2808PZ的输入输出端口4脚和92脚。同时RS485通路与DXP输入输出口之间通过数字隔离器ADUM1301两端进行信号隔离。
如图9图10 所示：本实用新型信号发送模块，共包含5路子信号发送模块。对于每路子发送模块，DXP输入输出端口接至RS485控制器SN65HVD485E的R、D引脚，SN65HVD485E的A、B引脚反向并接TVS管SMAJ9.0、SMAJ6.0阵列，串接共模抑制线圈DLW21SN371SQ2，串接自恢复保险PTC0603后接至下位RS485总线。
如图11所示：本实用新型信号处理模块模块，采用高速的DSP数字信号处理器TMS320F2808PZ，时钟频率高达60MHZ，DSP输入输出端口44、47脚，51、48脚，58、56脚，64、61脚，95、1脚分别接至1-5路子发送模块的RS485控制器SN65HVD485E的R、D引脚。
如图12所示：本实用新型现场应用级联接线图，根据下行通信设备个数确定使用通信模块个数。包括n个依次连接于上行通讯设备的通信模块，相邻通信模块之间通过上位RS485总线连接，与上行通讯设备连接的通信模块为首位通信模块，首位通信模块也通过上位RS485总线与上行通讯设备连接；每一个通信模块还连接有若干下行通讯设备，通信模块与下行通讯设备之间采用下位RS485总线连接，n为≥1的正整数。
基于该通信模块的多级远程通讯系统，通信模块的数目有n个，每一个通信模块都包含若干个子发送模块和一个信号接收模块，上位RS485总线的一端连接在第n个通信模块的信号接收模块上，则上位RS485总线的另一端连接在第n-1个通信模块的子发送模块上，此处所述的上位RS485总线为相邻通信模块之间的上位RS485总线，n为≥2的正整数；上位RS485总线的一端连接在第n个通信模块的信号接收模块上，上位RS485总线的另一端连接在上行通信设备上，此处所述的上位RS485总线为通信模块至上行通信设备的上位RS485总线，n为1。
如上所述，便可较好的实现本实用新型。
Claims (9)
1.一种通信模块，其特征在于：包括电源转换模块、以及依次连接的输入屏蔽线缆、信号接收模块、信号处理模块、信号发送模块、输出屏蔽线缆组成，电源转换模块分别与信号接收模块、信号处理模块以及信号发生模块连接，所述信号发生模块包括至少一个子发送模块组成，所述子发送模块均与信号处理模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种通信模块，其特征在于：所述电源转换模块包括依次连接于输入外部供电电源的过流过压保护电路、电源转换电路、隔离转换电源电路，所述隔离转换电源电路与信号接收模块连接并为信号接收模块提供隔离电源。
3.根据权利要求2所述的一种通信模块，其特征在于：所述过流过压保护电路包括自恢复保险PTC0603、TVS管SMAJ24A、共模抑制线圈DLW21SN371SQ2，所述输入外部供电电源包括外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND，其中，自恢复保险PTC0603和共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的3脚串联在外部电源Extem+12V的线路上，共模抑制线圈DLW21SN371SQ2的1脚串联在外部地Extem_GND的线路上，且所述TVS管SMAJ24A反向并联在外部电源Extem+12V和外部地Extem_GND之间。
4.根据权利要求2所述的一种通信模块，其特征在于：电源转换电路包括电源转换芯片LM22674和电源转换芯片TPS767D318PWP，电源转换芯片LM22674产生+5V电源后通过输出端与电源转换芯片TPS767D318PWP的输入端连接，且电源转换芯片LM22674产生+5V电源后还通过输出端与隔离转换电源电路连接；所述隔离转换电源电路包括隔离转换电源芯片B0505LS-1W，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输入端1号引脚通过电感L2后与电源转换芯片LM22674的输出端连接，隔离转换电源芯片B0505LS-1W的输出端6号引脚通过电感L3后形成隔离电源端口ISO-5V，其隔离电源端口ISO-5V与信号接收模块的电源输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种通信模块，其特征在于：输入屏蔽线缆连接有上位RS485总线，信号接收模块包括保护电路和RS485隔离通讯电路，保护电路包括依次串接于上位RS485总线信号点A的自恢复保险U12、共模抑制线圈U8的3脚、TVS管阵列A，保护电路还包括依次串接于上位RS485总线信号点B的自恢复保险U11、共模抑制线圈U8的1脚、TVS管阵列B，TVS管阵列A包括反向串联的TVS管D23和TVS管D24，TVS管D23与共模抑制线圈U8的4脚串联，TVS管阵列B包括反向串联的TVS管D21和TVS管D22，TVS管D21与共模抑制线圈U8的2脚串联，其中共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485隔离通讯电路连接；RS485隔离通讯电路包括互相连接的RS485控制器U7和数字隔离器U6，共模抑制线圈U8的2引脚和4引脚分别与RS485控制器U7的A引脚和B引脚连接，数字隔离器U6的3和5引脚接至信号处理模块。
6.根据权利要求1所述的一种通信模块，其特征在于：信号处理模块包括高速DSP数字信号处理器，高速DSP数字信号处理器的型号为TMS320F2808PZ，TMS320F2808PZ的输入输出端口4脚和92脚与信号接收模块连接，TMS320F2808PZ的其余输入输出端口与子发送模块连接。
7.根据权利要求1所述的一种通信模块，其特征在于：输出屏蔽线缆连接有下位RS485总线，子发送模块包括与信号处理模块连接的RS485控制器IC1，RS485控制器IC1的R、D引脚分别与信号处理模块连接，且子发送模块还包括信号输出保护电路，信号输出保护电路包括依次串联的自恢复保险U3、共模抑制线圈U1的主线圈、TVS管D211、TVS管D222，信号输出保护电路还包括依次串联的自恢复保险U4、共模抑制线圈U1的副线圈、TVS管D233、TVS管D244，其中TVS管D211、TVS管D222反向串联，TVS管D233、TVS管D244反向串联，且自恢复保险U3与下位RS485总线的信号点B连接，自恢复保险U4与下位RS485总线的信号点A连接， RS485控制器IC1的B引脚和A引脚分别与共模抑制线圈U1的引脚4和引脚2连接。
8.含有权利要求 1-7 之一所述通信模块的多级远程通讯系统，其特征在于：包括若干个依次连接于上行通讯设备的通信模块，相邻通信模块之间通过上位RS485总线连接，与上行通讯设备连接的通信模块为首位通信模块，首位通信模块也通过上位RS485总线与上行通讯设备连接；每一个通信模块还连接有若干下行通讯设备，通信模块与下行通讯设备之间采用下位RS485总线连接。
9.根据权利要求8所述的多级远程通讯系统，其特征在于：通信模块的数目有N个，每一个通信模块都包含若干个子发送模块和一个信号接收模块，上位RS485总线的一端连接在第N个通信模块的信号接收模块上，则上位RS485总线的另一端连接在第N-1个通信模块的子发送模块上，此处所述的上位RS485总线为相邻通信模块之间的上位RS485总线，N为≥2的正整数。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130612 Termination date: 20181123 |
|
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