CN217935635U - 一种数据转换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了数据转换电路，包括：CAN收发器；光纤收发器，其具有TD和RD；RCD电路；第一与门电路，其具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，电容的一端、电阻和二极管并联后的另一端和第一输入端连接在一起，第二输入端连接电源，电容的另一端接地；可控开关，其具有控制端、输入端和输出端；控制端连接第一输出端；输入端连接RXD口；第二与门电路，其具有第三输入端、第四输入端和第二输出端，第三输入端连接第一上拉电阻，第四输入端、输出端和第二上拉电阻连接在一起，第二输出端连接TD。本实用新型实现CAN收发器和光纤收发器之间数据转换的纯硬件电路。

Description

一种数据转换电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于的数据转换电路。

背景技术

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

CAN总线的数据传输是按照竞争机制进行控制的。CAN总线逻辑电平分为显性电平（代表逻辑“0”）和隐性电平（代表逻辑“1”），在仲裁的时候，ID（Identifier，标识符）越小的帧优先级越高，在收到显性电平的时候，芯片会在RX脚输出低电平，即逻辑“0”，如此，实现CAN差分电平与TTL电平的转换。

CAN总线在长距离数据传输时导致使用电信号实现数据传输的能力严重不足，对长距离（大于1km）的CAN通讯需要进行信号转换，目前市场上CAN总线数据转换为以太网数据，或者转换为光纤传输。

但是现有CAN转以太网，需要借助井下工业环网实现数据传输，电路设计复杂，且参与节点多；电路需要嵌入CPU，电路结构复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种数据转换电路，其结构简单，易于实现，且为纯硬件电路，在使用时无需任何设置，即接即用。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

本申请涉及一种数据转换电路，其特征在于，包括：

CAN收发器，其与CAN总线电连接，且具有RXD口和TXD口；

光纤收发器，其具有光纤发送口TD和光纤接收口RD；

RCD电路，其包括电阻、与电阻并联的二极管、及电容，所述电阻和二极管并联后的一端分别连接所述TXD口和所述光纤接收口RD；

第一与门电路，其具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述电容的一端、所述电阻和二极管并联后的另一端和所述第一输入端连接在一起，所述第二输入端连接电源电平，所述电容的另一端接地；

可控开关，其具有控制端、输入端和输出端；所述控制端连接所述第一输出端，用于控制所述输入端和所述输出端连通或断开；所述输入端连接所述RXD口；

第二与门电路，其具有第三输入端、第四输入端和第二输出端，所述第三输入端连接第一上拉电阻，所述第四输入端、所述输出端和第二上拉电阻连接在一起，所述第二输出端连接所述光纤发送口TD。

在本申请的一些实施例中，所述数据转换电路还包括：

CAN端口保护电路，其设置在CAN接线端口和所述CAN收发器之间。

在本申请的一些实施例中，CAN接线端口处设置有终端电阻，所述CAN端口保护电路包括：

第一限流电阻，其设置在所述CAN接线端口CANH和所述CAN收发器的CANH口之间的支路上；

第二限流电阻，其设置在所述CAN接线端口CANL和所述CAN收发器的CANL口之间的支路上；

支路组合，其设置在所述CAN收发器的CANH口和CANL口之间，所述支路组合包括彼此并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路和第二支路结构相同且其上均设置有双向TVS，第三支路上设置有两个串联的第一双向TVS和第二双向TVS，所述第一双向TVS和第二双向TVS之间的连接点接所述CAN收发器的地；

第一熔断器，其设置在所述第一限流电阻和所述CANH口之间；

第二熔断器，其设置在所述第二限流电阻和所述CANL口之间。

在本申请的一些实施例中，所述数据转换电路还包括：

电源转换模块，其接收外部电源并转换为所需直流电源，用于向所述CAN收发器、第一与门电路、第二与门电路、可控开关和光纤收发器供电。

在本申请的一些实施例中，所述电源转换模块采用隔离型开关电源，用于转换生成5V直流电电源。

在本申请的一些实施例中，所述数据转换电路还包括：

第一保护电路，其连接所述电源转换模块的输入地，且由所述外部电源供电；和/或

第二保护电路，其设置在所述电源转换模块的输出端处。

在本申请的一些实施例中，在所述数据转换电路包括第一保护电路时，所述第一保护电路包括：

电流保护熔断器，其连接在所述第一保护电路的主路上；

并联的两条稳压支路，每个稳压支路上分别设置有稳压管；

二极管，其连接在所述主路上，且阳极连接输入电源，阴极连接所述外部电源；

在所述数据转换电路包括第二保护电路时，所述第二保护电路包括并联的第一过压保护支路和第二过压保护支路，所述第一过压保护支路和第二过压保护支路的结构相同；所述第一过压保护支路包括：

高电平可控开关元件，一端连接所述电源转换模块的输出地，另一端连接所述电源转换模块的输出电源；

第一稳压电路，其包括第一电阻和第一稳压管，所述第一电阻一端连接所述输出地，另一端分别连接所述高电平可控开关元件的控制端和所述第一稳压管的阳极，所述第一稳压管的阴极连接所述输出电源。

在本申请的一些实施例中，在所述数据转换电路包括第一保护电路时，所述第一保护电路还包括：

第一滤波单元，其用于对所述外部电源滤波；

在所述数据转换电路包括第二保护电路时，所述第二保护电路还包括：

第二滤波单元，其用于对所述输出电源滤波。

在本申请的一些实施例中，所述数据转换电路还包括：

第一指示电路，其设置在所述电源转换模块的输出端处。

在本申请的一些实施例中，所述数据转换电路还包括：

第二指示电路，其输入端与所述光纤发送口TD连接；和/或

第三指示电路，其输入端与所述光纤接收口RD连接。

与现有技术相比，本实施例的数据转换电路的优点及有益效果如下：

（1）可控开关控制实现CAN收发器的RXD口和光纤收发器的光纤发送口TD之间接通或断开，而可控开关受因光纤接收口RD和RCD电路影响的第一与门电路的输出端的控制，第二与门电路用于在可控开关断开时，释放光纤发送口TD的有效电平状态，实现CAN收发器和光纤收发器之间的数据转换；

（2）该结构为纯电路结构，电路简单可靠，成本低，实现即接即用；

（3）巧妙运用RCD电路，实现CAN总线收发竞争机制的精确控制；

（4）该数据转换电路采用的器件简单，易于搭建，且占用空间小，使得搭建完成后的整个数据转换电路体积小，便于携带及施工安装。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本实用新型提出的数据转换电路一实施例的电路图；

图2是本实用新型提出的数据转换电路实施例中的CAN端口保护电路的的电路图；

图3是本实用新型提出的数据转换电路实施例中第一保护电路、电源转换模块、第二保护电路及第一指示电路的电路图；

图4是本实用新型提出的数据转换电路实施例中第二指示电路的电路图；

图5是本实用新型提出的数据转换电路实施例中第三指示电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

为了组装用于转换RS485和光纤之间的数据的数据转换电路，使得该数据转换电路体积小且施工安装方便，本申请提供了一种数据转换电路。

参考图1，本申请涉及的数据转换电路包括CAN收发器10、光纤收发器20、可控开关30、第一与门电路40、RCD电路50和第二与门电路60。

CAN收发器10具有CANH口、CANL口、CANG口（即，CAN收发器10的地）、RXD口（即接收口）、TXD口（即发送口）和VCC（即，电源端）。

CANH口及CANL口分别和CAN总线中的CANH及CANL连接；RXD口和TXD口用于与光纤收发器20数据传输。

光纤收发器20具有光纤发送口TD和光纤接收口RD。

RCD电路50包括电阻R10、与电阻R10并联的二极管D6、及电容C14，电阻R10和二极管D6并联后的一端分别连接TXD口和光纤接收口RD。

第一与门电路40具有第一输入端A、第二输入端B和第一输出端Y，电容C14的一端、电阻R10和二极管D6并联后的另一端和第一输入端A连接在一起，第二输入端B连接电源电平VCC，电容C14的另一端接地。

RCD电路50为缓冲快降的电路，用于实现CAN总线数据收发竞争控制（如下将描述）。

可控开关30能够实现CAN收发器10的RXD口与光纤收发器20的光纤发送口TD之间的接通或断开。

该可控开关30具有输入端XA、输出端YA和控制端CNTL，输入端XA连接CAN收发器10的RXD口，输出端YA、第一上拉电阻R14（即，电阻R14上拉连接至电源VCC）和第二与门电路60（如下将描述）的第四输入端B连接在一起，控制端CNTL受第一与门电路40的第一输出端Y控制，其控制逻辑为：当控制端CNTL为低电平时，可控开关30断开，即，输入端XA和输出端YA不连通；当控制端CNTL为高电平时，可控开关30接通，即，输入端XA和输出端YA连通。

可控开关30可以选择型号为MC74VHC1G66的开关芯片。

第二与门电路60的结构与第一与门电路40的结构相同，可以选择为与门芯片。

第二与门电路60具有第三输入端A、第四输入端B和第二输出端Y，第三输入端A连接第二上拉电阻R15（即，电阻R15上拉连接至电源VCC），第二输出端Y连接光纤收发器20的光纤发送口TD。

在光纤接收口RD处为逻辑“0”时，由于RCD电路50的存在，第一与门电路40的第一输入端A处为低电平，此时第一与门电路40的第一输出端Y处输出低电平，使得可控开关30断开。

此时，第二与门电路60的第四输入端B由第一上拉电阻R14上拉至高电平，且第三输出端A连接第二上拉电阻R15，因此，第二与门电路60的第二输出端Y输出高电平，即，光纤收发器20的光纤发送口TD处为高电平，表示光纤收发器20的光纤发送口TD强制发送隐性电平。

如此，接通了光纤收发器20接收到CAN收发器10发送显性电平的通路，且如上所述，可控开关30断开，切断了CAN收发器10接收到光纤收发器20发送隐性电平的通路。即，光口到电口的显示传输是优先的。

在光纤收发器20的光纤接收口RD空闲时，信号为高电平，经RCD电路50后，第一与门电路40的第一输入端A处为高电平，由于第二输入端B也为高电平，因此，第一与门电路40的第一输出端Y为高电平，可控开关30接通。

由于可控开关30的输出端YA为高电平，则是可控开关30的输入端XA也为高电平，因此，CAN收发器10的RXD也为高电平，此时CAN收发器10处于接收使能状态，此时数据传输方向为CAN收发器10至光纤收发器20。

在光纤收发器20的光纤接收口RD处有数据接收时，光纤接收口RD的数据电平波动，受到RCD电路50的影响，在光纤接收口RD的数据电平为低时，快速拉低二极管D6阳极处的电平，而在光纤接收口RD的数据电平为高时，缓慢抬高二极管D6阳极处的电平，可控开关30接通，此时数据传输方向为光纤收发器20至CAN收发器10。

其中，RCD电路50中电阻R10和电容C14充电上升至高电平门限时间基本等于一个标准数据帧的传输时间，如此可以保证光纤收发器20至CAN收发器10的数据传送时间能够保证一条完整的数据帧顺利传送。

如此，实现CAN收发器10和光纤收发器20之间的数据转换。

为了保护CAN收发器10与总线之间的连接端口（包括CANH和CANL)，在本申请中，参见图2，在CAN接线端口P2和CAN收发器10之间设置CAN端口保护电路70。

CAN接线端口P2具有分别与CAN收发器10的CANH口和CANL口连接的CAN接线端口CANH和CAN接线端口CANL。

参见图2，在CAN接线端口P2处设置有终端电阻R12，通过CAN接线端口P2处2和3引脚短接，将终端电阻R12并入CAN口。

CAN端口保护电路70包括第一限流电阻R9、第二限流电阻R18、支路组合、第一熔断器F2和第二熔断器F3。

其中支路组合设置在CAN收发器10的CANH口和CANL口之间，包括彼此并联的第一支路、第二支路和第三支路。

第一限流电阻R9设置在CAN接线端口CANH和CAN收发器10的CANH口之间的支路上。

第二限流电阻R18设置在CAN接线端口CANL和CAN收发器10的CANL口之间的支路上。

如上第一限流电阻R9和R18确保限制进入CAN收发器10的电流，以对CAN收发器10进行过流保护。

第一支路和第二支路的结构是相同的。

第一支路包括双向TVS（瞬态二极管（Transient Voltage Suppressor）Z2，第二支路包括双向TVS Z3，第三支路包括串联的第一双向TVS Z1和第二双向TVS Z4。

第一支路的一端、第二支路的一端、第一限流电阻R9的一端和第一熔断器F2的一端连接在一起，第一支路的另一端、第二支路的另一端、第二限流电阻R18的一端和第二熔断器F3的一端连接在一起。

第一熔断器F2的另一端连接CAN收发器10的CANH口，第二熔断器F3的另一端连接CAN收发器10的CANL口。

第一双向TVS Z1和第二双向TVS Z4之间连接的位置与CAN收发器10的地连接（即CANG口）。

如上所述的CAN收发器10的对外接口部分具有过压保护、过流保护的功能，符合本安标准要求。

设置CAN接线端口P2，方便接入外部CAN总线，参见图2。

为了能够保证对数据转换电路中各用电部件的可靠用电，参见图3，在本申请中，设置有电源转换模块U1，其接收外部电源DC+并转换为直流电源VCC，为CAN收发器10、光纤收发器20、可控开关30、第一与门电路40、第二与门电路60供电。

本申请中，电源转换模块U1采用隔离型开关电源，例如电源模块URB2405MT-3WR3。

参见图3，为了保证电源转换模块U1所接收的外部电源DC+的可靠性，在外部电源DC+的前端设置有第一保护电路80，其接收通过接线端子P1供电的电源V并输出电源DC+。

第一保护电路80包括电流保护熔断器F1、并联的两条稳压支路和用于防止电源反接的二极管D3。

电流保护熔断器F1串联于第一保护电路80的主路上。

并联的两条稳压支路包括第一稳压支路和第二稳压支路，第一稳压支路上连接有稳压管D1，第二稳压支路上连接有稳压管D2，用于输入过压保护。

二极管D3设置在并联的两条稳压支路的后端且设置在第一保护电路80的主路上，二极管D3的阳极连接稳压管D1和D2的阴极，二极管D3的阴极连接输出的外部电源DC+。

采用二极管D3单向导通的特性，实现防止电源V反接的目的。

为了对输入电源V进行滤波，第一保护电路80还包括第一滤波电路，其包括两个并联的电容C3和C4，确保所获取到的外部电源DC+的可靠性。

为了保障电源转换模块U1输出的电源VCC的可靠性，在电源转换模块U1的输出端设置有第二保护电路80'，输出电源VCC为+5V DC。

第二保护电路80'包括并联的第一过压保护支路和第二过压保护支路。

第一过压保护支路和第二过压保护支路的结构相同。

第一过压保护支路包括第一高电平可控开关元件Q1和第一稳压电路，其中第一高电平可控开关元件Q1的一端连接电源转换模块U1的输出地0V，另一端连接电源转换模块U1的输出电源+Vo。

第一稳压电路包括第一电阻R1和第一稳压管D4，第一电阻R1一端连接电源转换模块U1的输出地0V，另一端分别连接第一高电平可控开关元件Q1的控制端和第一稳压管D4的阳极，第一稳压管D4的阴极连接输出电源+Vo。

第二过压保护支路包括第二高电平可控开关元件Q2和第二稳压电路，其中第二高电平可控开关元件Q2的一端连接电源转换模块U1的输出地0V，另一端连接电源转换模块U1的输出电源+Vo。

第二稳压电路包括第二电阻R2和第二稳压管D5，第二电阻R2一端连接电源转换模块U1的输出地0V，另一端分别连接第二高电平可控开关元件Q2的控制端和第二稳压管D5的阳极，第二稳压管D5的阴极连接输出电源+Vo。

第一高电平可控开关元件Q1和第二高电平可控开关元件Q2可以分别选择为晶闸管。

第一过压保护支路和第二过压保护支路的结构用于对输出电源+Vo的过压保护，在输出电源+Vo过压（例如，超过5V）时，超过第一稳压管D4/第二稳压管D5的稳压值，会有电流流过第一稳压电路/第二稳压电路，第一高电平可控开关元件Q1/第二高电平可控开关元件Q2的电位升高，第一高电平可控开关元件Q1/第二高电平可控开关元件Q2导通，使得输出电源+Vo和0V短路，此时前级电源部分会保护，截止输出。

为了对转换后的电源进行滤波，第二保护电路80'还包括第二滤波电路，其包括两个并联的电容C1和C2，确保所获取到的电源VCC的可靠性。

如上所述的，电源VCC具有多重双配置保护功能，符合本安要求。

且为了实现带电指示，参见图3，在电源转换模块U1的输出端还设置有第一指示电路90，其与第二保护电路80'并联，用于在电源转换模块U1输出电源VCC时指示灯L1点亮。

为了指示光纤收发器20的发送数据及接收数据的状态，参见图1、图4和图5，设置有第二指示电路90'和第三指示电路90''，两者结构相同。

第二指示电路90'的输入端连接光纤收发器20的光纤接收口TD（即图1和图4中标记的TX_Sig）。

第三指示电路90''的输入端连接光纤收发器20的光纤发送口RD（即图1和图5中标记的RX_Sig）。

通过第二指示电路90'和第三指示电路90''的带电指示，可以分析CAN收发器10和光纤收发器20之间的通讯是否正常，为现场调试提供了有利的提示。

本申请涉及的数据转换电路，因具有CAN端口保护电路70和电源转换模块U1，能够在现有危险性环境下实现长距离CAN通讯的转接光纤的方便施工的问题，且该装置结构简单，易于搭建，且该装置中各部件体积小，降低数据转换电路整个体积，便于携带及施工使用，适用范围广；且该数据转换电路为本安型，可使得该数据转换装置能够应用在爆炸性环境中，扩大了使用场景。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数据转换电路，其特征在于，包括：

CAN收发器，其与CAN总线电连接，且具有RXD口和TXD口；

光纤收发器，其具有光纤发送口TD和光纤接收口RD；

RCD电路，其包括电阻、与电阻并联的二极管、和电容，所述电阻和二极管并联后的一端分别连接所述TXD口和所述光纤接收口RD；

第一与门电路，其具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，所述电容的一端、所述电阻和二极管并联后的另一端和所述第一输入端连接在一起，所述第二输入端连接电源电平，所述电容的另一端接地；

可控开关，其具有控制端、输入端和输出端；所述控制端连接所述第一输出端，用于控制所述输入端和所述输出端连通或断开；所述输入端连接所述RXD口；

第二与门电路，其具有第三输入端、第四输入端和第二输出端，所述第三输入端连接第一上拉电阻，所述第四输入端、所述输出端和第二上拉电阻连接在一起，所述第二输出端连接所述光纤发送口TD。

2.根据权利要求1所述的数据转换电路，其特征在于，还包括：

CAN端口保护电路，其设置在CAN接线端口和所述CAN收发器之间。

3.据权利要求2所述的数据转换电路，其特征在于，CAN接线端口处设置有终端电阻，所述CAN端口保护电路包括：

第一限流电阻，其设置在所述CAN接线端口CANH和所述CAN收发器的CANH口之间的支路上；

第二限流电阻，其设置在所述CAN接线端口CANL和所述CAN收发器的CANL口之间的支路上；

支路组合，其设置在所述CAN收发器的CANH口和CANL口之间，所述支路组合包括彼此并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路和第二支路结构相同且其上均设置有双向TVS，第三支路上设置有两个串联的第一双向TVS和第二双向TVS，所述第一双向TVS和第二双向TVS之间的连接点接所述CAN收发器的地；

第一熔断器，其设置在所述第一限流电阻和所述CANH口之间；

第二熔断器，其设置在所述第二限流电阻和所述CANL口之间。

4.根据权利要求1所述的数据转换电路，其特征在于，还包括：

电源转换模块，其接收外部电源并转换为所需直流电源，用于向所述CAN收发器、第一与门电路、第二与门电路、可控开关和光纤收发器供电。

5.根据权利要求4所述的数据转换电路，其特征在于，

所述电源转换模块采用隔离型开关电源，用于转换生成5V直流电电源。

6. 根据权利要求5所述的数据转换电路，其特征在于，还包括：

第一保护电路，其设置在所述外部电源的前端；和/或

第二保护电路，其设置在所述电源转换模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的数据转换电路，其特征在于，在所述数据转换电路包括第一保护电路时，所述第一保护电路包括：

电流保护熔断器，其连接在所述第一保护电路的主路上；

并联的两条稳压支路，每个稳压支路上分别设置有稳压管；

二极管，其连接在所述主路上，且阳极连接输入电源，阴极连接所述外部电源；

在所述数据转换电路包括第二保护电路时，所述第二保护电路包括并联的第一过压保护支路和第二过压保护支路，所述第一过压保护支路和第二过压保护支路的结构相同；所述第一过压保护支路包括：

高电平可控开关元件，一端连接所述电源转换模块的输出地，另一端连接所述电源转换模块的输出电源；

第一稳压电路，其包括第一电阻和第一稳压管，所述第一电阻一端连接所述输出地，另一端分别连接所述高电平可控开关元件的控制端和所述第一稳压管的阳极，所述第一稳压管的阴极连接所述输出电源。

8.根据权利要求7所述的数据转换电路，其特征在于，在所述数据转换电路包括第一保护电路时，所述第一保护电路还包括：

第一滤波单元，其用于对所述外部电源滤波；

在所述数据转换电路包括第二保护电路时，所述第二保护电路还包括：

第二滤波单元，其用于对所述输出电源滤波。

9.根据权利要求4所述的数据转换电路，其特征在于，还包括：

第一指示电路，其设置在所述电源转换模块的输出端处。

10. 根据权利要求1所述的数据转换电路，其特征在于，还包括：

第二指示电路，其输入端与所述光纤发送口TD连接；和/或

第三指示电路，其输入端与所述光纤接收口RD连接。

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