CN210225447U - 通信转换电路及转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通信技术领域，提供了一种通信转换电路及转换装置。上述通信转换电路包括：第一通信模块、通信隔离模块、主控模块、第二通信模块及电源隔离模块；电源隔离模块的输入端分别与通信隔离模块的第一电源端及第一通信模块连接，电源隔离模块的输出端分别与通信隔离模块的第二电源端、主控模块及第二通信模块连接；第一通信模块接收总线信号经通信隔离模块隔离后发送给主控模块，主控模块将经过协议转换后的总线信号经第二通信模块发送给第三方设备。反之，第一通信模块将经通信隔离及协议转换后的第三方设备信号发送给总线，实现第三方设备和总线之间的接口匹配及协议匹配，从而实现第三方设备和总线之间的互联互通。

Description

通信转换电路及转换装置

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其涉及一种通信转换电路及转换装置。

背景技术

在土木工程及城市公共设施网络建设中需设置大量的第三方监测设备对环境、气候等进行监测。

现有的第三方监测设备大多采用工业标准RS485和RS232作为数据交换接口，但由于接口性质、通讯协议等标准不同，因此导致设备与总线之间无法互联互通，协同工作。传统的工控机及PC机(personal computer，个人计算机)可以实现第三方设备与总线之间的互通，但由于工控机和PC机体积大、能耗大及成本高，导致不能满足分布式工业控制的需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种通信转换电路及转换装置，以解决现有技术中传统工控机及PC机实现第三方设备与总线之间的互通无法满足分布式工业控制的需求的问题。

本实用新型实施例第一方面提供了一种通信转换电路，包括：第一通信模块、通信隔离模块、主控模块、第二通信模块及电源隔离模块；

电源隔离模块的输入端分别与通信隔离模块的第一电源端及第一通信模块连接，电源隔离模块的输出端分别与通信隔离模块的第二电源端、主控模块及第二通信模块连接；

第一通信模块接收总线发送的总线信号，并将总线信号发送给通信隔离模块；通信隔离模块接收总线信号，并将经过隔离后的总线信号发送给主控模块；主控模块接收经过隔离后的总线信号，并将经过协议转换后的总线信号发送给第二通信模块；第二通信模块接收经过协议转换后的总线信号，并将经过协议转换后的总线信号发送给第三方设备；

第二通信模块接收第三方设备发送的设备信号，并将设备信号发送给主控模块；主控模块接收设备信号，并将经过协议转换后的设备信号发送给通信隔离模块；通信隔离模块接收经过协议转换后的设备信号，并将经过隔离后的设备信号发送给第一通信模块；第一通信模块接收经过隔离后的设备信号，并将经过隔离后的设备信号发送给总线。

本实用新型实施例第二方面提供了一种通信转换装置，包括本实用新型实施例第一方面中的任一种通信转换电路。

综上，本实用新型实施例提供的通信转换电路包括：第一通信模块、第二通信模块、主控模块、通信隔离模块及电源隔离模块；第一通信模块及第二通信模块实现第三方设备和总线之间的硬件接口匹配及信号的收发；通信隔离模块实现通信隔离，避免了总线与第三方设备之间信号的互扰；电源隔离模块实现电源隔离，进一步避免第三方设备对总线的影响；主控模块用于实现协议的转换；通过以上各模块之间的协作实现第三方设备和总线之间的接口匹配及协议匹配，从而实现第三方设备和总线之间的互联互通。该通信转换电路结构简单、体积小、能耗低且成本低，可满足分布式工业控制的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种通信转换电路的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种通信转换电路的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的再一种通信转换电路的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的电源模块的电路示意图；

图5是本实用新型实施例提供的电源隔离模块的电路示意图；

图6是本实用新型实施例提供的第一通信模块及通信隔离模块的电路示意图；

图7是本实用新型实施例提供的第二通信模块的电路示意图；

图8是本实用新型实施例提供的主控模块的电路示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本实用新型实施例提供了一种通信转换电路10，包括：第一通信模块11、通信隔离模块12、主控模块13、第二通信模块14及电源隔离模块15。

电源隔离模块15的输入端分别与通信隔离模块12的第一电源端及第一通信模块11连接，电源隔离模块15的输出端分别与通信隔离模块12的第二电源端、主控模块13及第二通信模块14连接。从而实现了电源隔离，通信隔离模块12与第一通信模块11连接的一部分与第一通信模块11共用一个电源及接地端，通信隔离模块12与主控模块13连接的一部分与主控模块13及第二通信模块14共用一个电源及接地端，从而实现通信隔离模块12前后的电源隔离，防止通信串扰及第三方设备对总线的影响。

第一通信模块11接收总线发送的总线信号，并将总线信号发送给通信隔离模块12；通信隔离模块12接收总线信号，并将经过隔离后的总线信号发送给主控模块13；主控模块13接收经过隔离后的总线信号，并将经过协议转换后的总线信号发送给第二通信模块14；第二通信模块14接收经过协议转换后的总线信号，并将经过协议转换后的总线信号发送给第三方设备。

反之，第二通信模块14接收第三方设备发送的设备信号，并将设备信号发送给主控模块13；主控模块13接收设备信号，并将经过协议转换后的设备信号发送给通信隔离模块12；通信隔离模块12接收经过协议转换后的设备信号，并将经过隔离后的设备信号发送给第一通信模块11；第一通信模块11接收经过隔离后的设备信号，并将经过隔离后的设备信号发送给总线。本领域的技术人员应当清楚，本实施例中所述总线为数据总线，用于传输数据。

上述实用新型实施例提供了一种通信转换电路，第一通信模块11及第二通信模块14实现第三方设备和总线之间的硬件接口匹配及信号的收发；通信隔离模块12实现信号的隔离，避免了第三方设备对总线的干扰；电源隔离模块15实现电源隔离，进一步避免了第三方设备对总线的干扰，防止第三方设备发生故障时损坏总线上的设备；主控模块13用于实现协议的转换；通过以上各模块之间的协作实现第三方设备和总线之间的接口匹配及协议匹配，将第三方设备与总线之间的通讯数据流相互映射，对通讯数据进行解析和转发，从而实现第三方设备和总线之间的互联互通，结构简单、能耗低且成本低，可满足分布式工业控制的需求。

参考图2，一些实施例中，上述通信转换电路10还可以包括电源模块16；电源模块16的输出端与电源隔离模块15的输入端连接，用于提供电源。

一些实施例中，参考图3，电源模块16可以包括：相互连接的稳压单元161及电压转换单元162；电压转换单元162的输出端与电源隔离模15的输入端连接。

一些实施例中，参考图4，稳压单元161可以包括稳压器U104、电容C131、电容C132、电容C133、电容C134、稳压二极管D101及电感L102。

稳压器U104的电源输入端(1脚)与外部电源供电端OutVCC连接，电容C131及电容C132并联在U104的1脚与上行接地端ExGND之间；稳压二极管D101的负极与稳压器U104的输出端(2脚)连接，稳压二极管D101的正极与上行接地端ExGND连接；电感L102的第一端与稳压器U104的输出端(2脚)连接，电感L102的第二端经过电容C133与上行接地端ExGND连接，电容C134与电容C133并联；稳压器U104的接地端(3脚)及控制端(5脚)均与上行接地端ExGND连接。

电容C131和电容C132为旁路电容，防止在稳压器U104的电源输入端(1脚)出现大的瞬时电压。一些实施例中，出于安全考虑，电容C132和电容C133的额定电压为最大输入电压的1.5倍。稳压二极管D101用于稳定输出电压。电感L102、电容C133及电容C134组成一个滤波电路，用于稳定输出电压。

稳压器U104选用LM2576系列输出降压开关型集成稳压电路模块，将输出电压的分压电阻网络的输出同内部基准稳压值进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。

一些实施例中，电压转换单元162可以包括电阻R113、电阻R114及电容C135，电阻R113并联在稳压器U104的反馈端(4脚)及控制端(5脚)之间，电阻R114的第一端与稳压器U104的反馈端(4脚)连接，电阻R114的第二端与上行电源端ExVCC连接，电容C135并联在电阻R114的第二端与上行接地端ExGND之间。电压转换单元162的输出电压(即上行电源端ExVCC的电压)可根据电阻R113及电阻R114的阻值进行调节，输出电压V_ExVCC为：

V_ExVCC＝1.23×(1+R114/R113)

一些实施例中，外部电源供电端OutVCC的电压可以为+24V，上行电源端ExVCC及下行电源端VCC的电压均可以为+5V。

一些实施例中，参考图3，电源隔离模块15可以包括：直流电源隔离单元151及滤波单元152。

直流电源隔离单元151的输入端分别与通信隔离模块12的第一电源端(上行电源端ExVCC)及第一通信模块11连接，直流电源隔离单元151的输出端与滤波单元152的输入端连接，滤波单元152的输出端分别与通信隔离模块12的第二电源端、主控模块13及第二通信模块14连接。

一些实施例中，参考图5，直流电源隔离单元151包括电源隔离器件U101。

电源隔离器件U101的输入端(1脚)与上行电源端ExVCC连接，输入接地端(2脚)与上行接地端ExGND连接，输出接地端(3脚)与下行接地端GND连接，输出端(4脚)与滤波单元152的输入端连接。一些实施例中，U101可以选用DCDC5S电源隔离芯片。

一些实施例中，滤波单元152包括电容C110、电感L101及电容C109。电容C101的第一端与电感L101的第一端连接，电容C101的第二端与下行接地端GND连接，电感L101的第二端与下行电源端VCC连接，电容C109并联在下行电源端VCC与下行接地端GND之间。电感器件及电容器件组成滤波单元152用于对直流电源隔离单元151的输出电压进行滤波。

一些实施例中，参考图3，第一通信模块11可以包括：相互连接的第一通信硬件接口111及第一通信收发单元112。

第一通信硬件接口111与总线连接，第一通信收发单元112与通信隔离模块12连接。

一些实施例中，参考图6，第一通信收发单元112包括：第一485通信电路及第二485通信电路；第一485通信电路及第二485通信电路分别与通信隔离模块12及第一通信硬件接口111连接。

相应的，第一通信硬件接口111为485总线接口。

第一485通信电路包括485芯片U102，U102的非反相输入输出端(6脚)和反相输入输出端(7脚)接收差分时钟信号，输出端(1脚)输出单端时钟信号，并与通信隔离模块12连接。

第二485通信电路包括485芯片U103、电阻R112、电容C129及电阻R116。U103的电源端(8脚)与上行电源端ExVCC连接，R112的第一端与U103的电源端(8脚)连接，R112的第二端与电容C129的第一端连接，电容C129的第二端与上行接地端ExGND连接，电容C129与电阻R112的连接点与通信隔离模块12连接，U103的接收使能端(2脚)与驱动使能端(3脚)连接后与电阻R116的第一端连接，电阻R116的第二端与上行接地端ExGND连接，U103的非反相输入输出端(6脚)和反相输入输出端(7脚)与第一通信硬件接口111连接，用于接收或发送数据，U103的接收器输出端(1脚)、接收器输出使能端(2脚)、驱动器输出使能端(3脚)和驱动器输入端(4脚)均与通信隔离模块12连接，用于将接收的总线数据发送给通信隔离模块12，或接收通信隔离模块12发送的数据并将数据发送给总线。一些实施例中，485芯片U102和485芯片U103可以选用MAX485芯片。通过第一485通信电路及第二485通信电路，可实现多模式通信，多模式通信包括：第一预设模式和第二预设模式。第一预设模式可以包括：同步模式或异步模式；第二预设模式可以包括：网络模式或点对点模式。

一些实施例中，通信隔离模块12可以包括数字隔离电路121，数字隔离电路121可以包括通信隔离芯片U105、电阻R111、电阻R104及电容C108。U105的第一电源端(1脚)与上行电源端ExVCC连接，第一接地端(2脚和8脚)与上行接地端ExGND连接，第一通信端(3脚、4脚、5脚、6脚)和第一控制端(7脚)均与第一通信收发单元112连接，第二电源端(16脚)与下行电源端VCC连接，第二接地端(15脚和9脚)均与下行接地端GND连接，电阻R104串联在U105的通信端11脚和9脚之间，电阻R111串联在U105的16脚和第二控制端(10脚)之间，电容C108的第一端与下行接地端GND连接，电容C108的第二端与U105的第二控制端(10脚)连接，U105的第二通信端(11脚、12脚、13脚及14脚)均与主控模块13连接，用于传输通信数据。

通信隔离芯片U105可以为SI8442数字隔离器，SI8442数字隔离器的输入、输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，使用其而使整体电路具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。

一些实施例中，参考图3，第二通信模块14包括：相互连接的第二通信硬件接口142及第二通信收发单元141。

第二通信收发单元141与主控模块13连接，第二通信硬件接口142与第三方设备连接。

一些实施例中，第二通信收发单元141包括：第三485通信电路，相应的，第二通信硬件接口142为485接口；或第二通信收发单元141包括：232通信电路，相应的，第二通信硬件接口142为232接口。

一些实施例中，参考图7，第三485通信电路可以包括：485芯片U104及电阻R117。电阻R117并联在U104的驱动使能端(3脚)及接地端(5脚)之间，U104的接地端(5脚)与下行接地端GND连接，U104的电源端(8脚)与下行电源端VCC连接，U104的接收器输出端(1脚)、接收器输出使能端(2脚)、驱动器输出使能端(3脚)和驱动器输入端(4脚)均与主控模块13连接，用于传输通信数据，U104的接地端(5脚)、非反相输入输出端(6脚)和反相输入输出端(7脚)分别与第二通信硬件接口J103连接，第二通信收发单元141通过J103与第三方设备连接，实现接口的匹配。一些实施例中，485芯片U104可以为MAX485芯片。

232通信电路可以包括：232芯片U103、电容C112、电容C113、电容C114及电容C115。电容C112并联在U103的C1⁺(1脚)和C1^-(3脚)之间，电容C114并联在U103的C2⁺(4脚)和C2^-(5脚)之间，电容C113并联在U103的V⁺端(2脚)及下行电源端VCC之间，电容C115并联在U103的V^-端(6脚)及下行接地端GND之间，U103的电源端(16脚)及T1In端(11脚)均与下行电源端VCC连接，U103的接地端(15脚)与下行接地端GND连接，U103的R2In端(8脚)与V^-端(6脚)连接，U103的TxD1端(10脚)和R1Out(12脚)均与主控模块13连接，用于传输通信数据。实际应用中，可根据第三方设备选择第二通信硬件接口142及第二通信收发单元141。布线时可同时设置第三485通信电路及232通信电路，根据实际需求选择焊接第三485通信电路或232通信电路。一些实施例中，232芯片U103可以为MAX232芯片。

考虑到现实中不同的传输方式和不同的传输距离，RS-232采用了单端通信，RS-485采用差分传输方式。RS-232只允许一对一通信，适用于本地设备之间的通信，传输距离一般不超过20米，RS-485的传输距离为数十米至数千米。对于本电路采用的兼容设置，可使其针对不同的环境需求应用不同的解决方案，提升了设备的整体信号传输速度抗共模干能力增强，抗噪声干扰性。

一些实施例中，通信转换电路10还可以通过第二通信硬件接口142为第三方设备供电。

一些实施例中，参考图8，主控模块13可以包括：主控芯片U100及外围电路。主控芯片U100内嵌有计算机程序，用于对通信数据进行解析并转换格式后转发，实现了双向数据映射，从而保证了第三方设备与总线之间的双向通信。

一些实施例中，U100可以采用ATmega128，ATmega128具有高可靠性，功能强，高速度，低功耗，低价位的特点，在电路中起着最重要的作用，构成了系统的控制中心，对各部件进行统一协调和控制，其具有一些特殊的调试控制形式，而这种控而这种控制部分或全部由JTAG管理。

第三方设备多为被动工作模式，不断的采集数据并存放在本地，当总线通过通讯接口请求数据时，第三方设备将采集到的数据传输给总线，第三方设备无法主动请求数据，也无法主动的、有逻辑的对总线进行回复。本实用新型实施例中的主控芯片U100内嵌的计算机程序利用主控芯片的精确定时，可根据一定的采样率控制第三方设备进行采样，并将采样数据放入主控芯片U100的数据缓冲区，当总线请求数据时，主控芯片U100将数据缓存区内的采样数据按照上级网络的通信协议发送给总线，将第三方设备映射到现在的总线上，从而实现第三方设备与总线之间的双向通信。

对应于上述任一种通信转换电路，本实用新型实施例还提供了一种通信转换装置，该通信转换装置包括上述任一种通信转换电路，且具有上述通信转换电路所具有的优点，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信转换电路，其特征在于，包括：第一通信模块、通信隔离模块、主控模块、第二通信模块及电源隔离模块；

所述电源隔离模块的输入端分别与所述通信隔离模块的第一电源端及所述第一通信模块连接，所述电源隔离模块的输出端分别与所述通信隔离模块的第二电源端、所述主控模块及所述第二通信模块连接；

所述第一通信模块接收总线发送的总线信号，并将所述总线信号发送给所述通信隔离模块；所述通信隔离模块接收所述总线信号，并将经过隔离后的总线信号发送给所述主控模块；所述主控模块接收所述经过隔离后的总线信号，并将经过协议转换后的总线信号发送给所述第二通信模块；所述第二通信模块接收所述经过协议转换后的总线信号，并将所述经过协议转换后的总线信号发送给第三方设备；

所述第二通信模块接收所述第三方设备发送的设备信号，并将所述设备信号发送给所述主控模块；所述主控模块接收所述设备信号，并将经过协议转换后的设备信号发送给所述通信隔离模块；所述通信隔离模块接收所述经过协议转换后的设备信号，并将经过隔离后的设备信号发送给所述第一通信模块；所述第一通信模块接收所述经过隔离后的设备信号，并将所述经过隔离后的设备信号发送给总线。

2.如权利要求1所述的通信转换电路，其特征在于，还包括：电源模块；所述电源模块的输出端与所述电源隔离模块的输入端连接。

3.如权利要求2所述的通信转换电路，其特征在于，所述电源模块包括：相互连接的稳压单元及电压转换单元；

所述电压转换单元的输出端与所述电源隔离模块的输入端连接。

4.如权利要求1所述的通信转换电路，其特征在于，所述电源隔离模块包括：直流电源隔离单元及滤波单元；

所述直流电源隔离单元的输入端分别与所述通信隔离模块的第一电源端及所述第一通信模块连接，所述直流电源隔离单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接，所述滤波单元的输出端分别与所述通信隔离模块的第二电源端、所述主控模块及所述第二通信模块连接。

5.如权利要求1所述的通信转换电路，其特征在于，所述第一通信模块包括：相互连接的第一通信硬件接口及第一通信收发单元；

所述第一通信硬件接口与所述总线连接，所述第一通信收发单元与所述通信隔离模块连接。

6.如权利要求5所述的通信转换电路，其特征在于，所述第一通信收发单元包括：第一485通信电路及第二485通信电路；所述第一485通信电路及所述第二485通信电路分别与所述通信隔离模块及所述第一通信硬件接口连接；

相应的，所述第一通信硬件接口为485总线接口。

7.如权利要求1所述的通信转换电路，其特征在于，所述通信隔离模块包括：数字隔离电路。

8.如权利要求1所述的通信转换电路，其特征在于，所述第二通信模块包括：相互连接的第二通信硬件接口及第二通信收发单元；

所述第二通信收发单元与所述主控模块连接，所述第二通信硬件接口与所述第三方设备连接。

9.如权利要求8所述的通信转换电路，其特征在于，所述第二通信收发单元包括：第三485通信电路，相应的，所述第二通信硬件接口为485接口；或

所述第二通信收发单元包括：232通信电路，相应的，所述第二通信硬件接口为232接口。

10.一种通信转换装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的通信转换电路。

Images