CN218998065U - 基于高速隔离的rs-485与can总线复用电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及基于高速隔离的RS‑485与CAN总线复用电路，其包括信号切换开关单元、用于通信信号的高速容藕隔离单元、微控制器、RS‑485收发器以及CAN收发器；微控制器通过高速容藕隔离单元后，通过信号切换开关单元，控制并联的RS‑485收发器以及CAN收发器，接CAN/RS‑485总线；本实用新型设计合理、结构紧凑且使用方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路。
背景技术
部分电力采集终端(如Ⅲ型专变)等一些设备受限于结构空间，其中一路RS-485接口要作为复用接口，需要在RS-485与CAN总线之间进行切换使用，并且没有提供硬件拨码开关用于功能切换，需要通过电路设计并由程序进行配置，实现RS-485与CAN总线的复用。
在改进之前的产品对外通信部分可总结为：MCU+收发器+外部总线，其中，常用的微控制器MCU都集成有RS-485或CAN控制器。从微控制器MCU出来的电平信号一般为3.3V或者5V，为了达到与总线连接和信号传输的目的，改进之前，需要在微控制器MCU与总线之间增加收发器，起到电平转换的作用。RS-485总线与CAN总线通信基本都是分开使用的，如图1所示。
经检索，与本实用新型最接近的技术方案叫：一种隔离式RS-485、I2C和CAN通信模块。该实用新型属于通信技术领域，具体说的是RS 485、I2C和CAN通信接口隔离保护。该隔离式RS 485、I2C和CAN通信模块包括：微控制器模块、电压调整器模块、隔离式DC/DC模块、RS 485收发器模块、I2C收发器模块、CAN收发器模块。该实用新型使用隔离DC/DC电源为通信链路提供电源隔离，使用隔离式RS 485、I2C和CAN通信端口，防止噪声环境中的尖峰电压和接地环路，在工业环境下具有高可靠性和稳定性。
本实用新型申请人发现的外部环境中复杂多变的电磁场会间接抬高总线的电势，浪涌、静电、短路等会直接作用到通信信号线上，轻则导致收发器损坏，重则造成主板微控制器MCU故障，为此，本实用新型申请人认为在总线连接前进行隔离是非常必要的。
RS-485采用二线差分平衡传输技术，具有结构简单，抗干扰能力强等优点。CAN总线协议采用了许多新技术，与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的实时性、可靠性和灵活性。本实用新型申请人认为在复杂的工业环境中，需要利用总线通信技术对控制系统进行高效管理、预防性维护和故障诊断，隔离式的通信模块对于控制系统的可靠性至关重要。
总之，该设计要解决的技术问题是：克服结构上接线端子的不足，提供一种两根接线就可以满足CAN总线和RS-485总线复用的要求，同时具有高速隔离功能的复用电路。
实用新型内容
本实用新型申请人认为隔离的方法及原理与I/O隔离相似，不同的是通信隔离需要考虑到隔离器件对通信速率的影响，不当的隔离可能导致通信中断或通信不畅。对收发器来说，本实用新型的隔离可以从两个方面着手，通信隔离和供电隔离。通信隔离可以采用高速容藕，容藕是通过电场的形式进行信号传输；供电隔离可以采用DC-DC隔离电源，使输入与输出之间没有电气连接，避免供电端对收发器的影响。
本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路。
为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：
它包括微控制器模块、电压调整器模块、隔离式DC/DC模块、高速隔离模块、信号切换模块、RS-485收发器模块、CAN收发器模块；电压调整器模块的输出和微控制器及高速隔离模块的1端相连；隔离式DC/DC模块的输出和高速隔离模块的2端及2个信号切换模块(模拟开关)、2个收发器模块的电源输入端相连；RS-485收发器和CAN收发器的通信端和第一个信号切换开关单元(模拟开关)相连；RS-485收发器及CAN收发器的总线端和第二个信号切换开关单元(模拟开关)相连。
本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。本设计相较于改进前技术,其电路连接简单且实用性强,通过各个模块间的相互隔离,减小了各个模块之间的相互影响,实现了自身电磁辐射的减小的同时,大大增加了抗电磁干扰的能力,进而保证了数据传输的稳定性。本实用新型使用双路模拟开关BL1555或者SGM3005对RS-485收发器和CAN收发器进行复用选择,实现共用一对接线端子，节省结构空间。
本实用新型使用高速数字隔离器(容藕)取代光耦对通信信号进行隔离，实现信号高速传输。
附图说明
图1是改进前的RS-485与CAN通信示意图。
图2是本实用新型基于容藕隔离的RS-485与CAN总线复用原理框图。
图3是本实用新型的电气原理结构示意图。
图4是图3的局部结构示意图A。
图5是图3的局部结构示意图B。
图6是图2的改进示意图。
具体实施方式
基于图1的改进，本实用新型如图2-6所示，本设计包括信号切换开关单元、用于通信信号的高速容藕隔离单元、微控制器、RS-485收发器以及CAN收发器；微控制器通过高速容藕隔离单元后，通过信号切换开关单元，控制并联的RS-485收发器以及CAN收发器，接CAN/RS-485总线；
信号切换开关单元采用两路单刀双掷模拟开关BL1555或者SGM3005，用于对RS-485收发器和CAN收发器的通信线进行复用选择,实现共用一对接线端子，节省结构空间。供电隔离采用DC-DC隔离电源，至少给RS-485收发器供电，使输入与输出之间没有电气连接，避免供电端对收发器的影响。
如图3-5，该基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路包括高速隔离单元(容藕NSi8241W0-DSWR)、信号切换开关单元(模拟开关BL1555/SGM3005)、RS-485收发器(BL3085)、CAN收发器(SIT1044T)和第二信号切换开关单元(模拟开关BL1555/SGM3005)；当外部总线接口J2接RS-485总线时，将CPU(微控制器)的RS-485/CAN复用控制器接口模式设为RS-485通信模式，
RS485-TXD、RS485-RXD信号及高电平开关控制信号SWITCH-IN经过高速隔离单元(容藕)隔离传输后得到RS485-TX、RS485-RX和高电平SWITCH1,将隔离后的信号输入到信号切换开关单元(模拟开关U2)的3脚和9脚；SWITCH1高电平信号同时控制两个信号切换开关单元(模拟开关)到RS-485通道，高电平接通U2的3脚、2脚及9脚、10脚，同时接通U5的2脚、3脚及10脚、9脚，将RS-485信号连接RS-485收发器(U3),RS-485收发器的输出信号由6脚、7脚连通模拟开关U5的2脚、10脚，经模拟开关的3脚、9脚与外部RS-485总线通信。
当外部总线接口J2接CAN总线时，将CPU(微控制器)的RS-485/CAN复用控制器接口模式设为CAN通信模式，CAN-TXD、CAN-RXD信号及低电平开关控制信号SWITCH-IN经过高速隔离单元(容藕)隔离传输后得到CAN-TX、CAN-RX和低电平SWITCH1,将隔离后的信号输入到信号切换开关单元(模拟开关U2)的3脚和9脚；SWITCH1低电平信号同时控制两个信号切换开关单元(模拟开关)到CAN通道，低电平接通U2的3脚、5脚及9脚、7脚，同时连通U5的5脚、3脚及7脚、9脚，将CAN信号连接CAN收发器(U4),CAN收发器的输出信号由6脚、7脚连通模拟开关U5的5脚、7脚，经模拟开关的3脚、9脚与外部CAN总线通信。
以上所诉设计中的高速隔离单元跟RS-485收发器、CAN收发器可以由隔离式RS-485收发器、隔离式CAN收发器替代，也能实现同样功能。
本电路能够实现通过MCU(微控制器)的代码程序由一个I/O口同时控制两个模拟开关选通RS-485总线或者CAN总线通道进行通信，并且是经过容藕隔离高速传输，防止MCU损坏,实现共用一对接线端子，节省结构空间。
本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一列举。
最后应说明的是：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；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。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实施例技术方案的精神和范围。本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。
Claims (5)
1.一种基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路，其特征在于：包括信号切换开关单元、用于通信信号的高速容藕隔离单元、微控制器、RS-485收发器以及CAN收发器；微控制器通过高速容藕隔离单元后，通过信号切换开关单元，控制并联的RS-485收发器以及CAN收发器，接CAN/RS-485总线。
2.根据权利要求1所述的基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路，其特征在于：信号切换开关单元采用两路单刀双掷模拟开关，用于对RS-485收发器及CAN收发器的通信线进行复用选择；
配套的电源采用DC-DC隔离电源，至少给RS-485收发器供电。
3.根据权利要求1所述的基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路，其特征在于：高速容藕隔离单元的芯片U1采用容藕NSi8241W0-DSWR，采用模拟开关BL1555或SGM3005，RS-485收发器的模拟开关U3采用BL3085，CAN收发器的芯片U4采用SIT1044T；
信号切换开关单元包括电连接并联的模拟开关U3及芯片U4两端的模拟开关U2及模拟开关U5。
4.根据权利要求3所述的基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路，其特征在于：当模拟开关U2通过外部总线接口J2接RS-485总线时，将微控制器CPU的RS-485/CAN复用控制器接口模式设为RS-485通信模式，
RS-485总线将RS485-TXD、RS485-RXD信号及高电平开关控制信号 SWITCH-IN经过高速容藕隔离单元隔离传输后得到RS485-TX、RS485-RX和高电平SWITCH1,将隔离后的信号输入到模拟开关U2的3脚和9脚；
SWITCH1的高电平信号同时控制模拟开关U3及模拟开关U5到RS-485通道，高电平接通模拟开关U2的3脚、2脚及9脚、10脚，同时接通模拟开关U5的2脚、3脚及10脚、9脚，将RS-485信号连接模拟开关U3；RS-485收发器的输出信号由6脚、7脚连通模拟开关U5的2脚、10脚，经模拟开关U5的3脚、9脚与外部RS-485总线通信。
5. 根据权利要求3所述的基于高速隔离的RS-485与CAN总线复用电路，其特征在于：当外部总线接口J2接CAN总线时，将微控制器的RS-485/CAN复用控制器接口模式设为CAN通信模式，CAN-TXD、CAN-RXD信号及低电平开关控制信号SWITCH-IN经过高速容藕隔离单元传输后得到CAN-TX、CAN-RX和低电平SWITCH1,将隔离后的信号输入到模拟开关U2的3脚和9脚；
SWITCH1低电平信号同时控制模拟开关U3及模拟开关U5到CAN通道，低电平接通U2的3脚、5脚及9脚、7脚，同时连通U5的5脚、3脚及7脚、9脚，将CAN信号连接CAN收发器的芯片U4,芯片U4的输出信号由6脚、7脚连通模拟开关U5的5脚、7脚，经模拟开关U5的3脚、9脚与外部CAN总线通信。
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