專利名稱：：Can總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及工業(yè)控制通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及到一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
：在相當(dāng)一段時期，串行接口總線依靠其連線少、總線結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價格低廉等優(yōu)點，在對傳送速度要求不太高的系統(tǒng)環(huán)境中占有一席之地，特別是遠(yuǎn)距離信息傳輸中串行接口總線發(fā)揮著不可替代的作用。隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，為適應(yīng)各種系統(tǒng)對于外部擴(kuò)展及系統(tǒng)之間相互通訊的要求，各種串行接口應(yīng)運(yùn)而生，依靠其結(jié)構(gòu)簡單、靈活，串行接口總線在單片微機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中為自己開辟了新的生存環(huán)境，并為許多半導(dǎo)體廠商所接受。工業(yè)現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。CAN(ControIlerAreaNetwork-控制器局域網(wǎng)絡(luò))屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。相比于串行接口總線，CAN總線具有以下的特性報文的優(yōu)先權(quán)、保證延遲時間、多主機(jī)制、多點接收、錯誤檢測和錯誤標(biāo)定。對于傳統(tǒng)工農(nóng)業(yè)控制技術(shù)而言，串行接口RS-232/RS-485是應(yīng)用非常普遍的串行通信技術(shù)，許多儀器儀表都帶有RS-232/RS-485串行接口。由于RS-232串行接口的傳輸距離只有幾十米，而RS-485串行接口最多也不過3000米，因此盡管現(xiàn)在的很多儀器設(shè)備可以通過串口來和外界進(jìn)行通信，但是當(dāng)用戶要進(jìn)行遠(yuǎn)距離大量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時，普通串行接口就不能滿足需求了。而通過改造儀器設(shè)備，使之具備遠(yuǎn)距離高速通訊功能，很顯然是個高成本、低效率的事情，在不斷投入新型工業(yè)現(xiàn)場總線的同時，要在短期內(nèi)改造或淘汰這些舊設(shè)備是不現(xiàn)實的。在這種情況下，把傳統(tǒng)串行設(shè)備通過協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)集成到新型現(xiàn)場總線系統(tǒng)中將是一種很好的選擇，可以適應(yīng)更高層級數(shù)據(jù)傳輸。
實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于針對目前市場上CAN通信適配卡種類單一、價格昂貴等不足，提供一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，包括主控制器，所述主控制器分別電連接CAN通信單元和串口單元，以對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)；所述主控制器包括MAX232芯片及MAX485芯片；CAN通信單元，所述CAN通信單元分別電連接所述主控制器的MAX232芯片及MAX485芯片，所述CAN通信單元具有與CAN總線連接的接口；串口單元，所述串口單元具有RS232接口和RS485接口；所述RS232接口電連接所述主控制器的MAX232芯片；所述RS485接口電連接所述主控制器的MAX485芯片。所述MAX232芯片包括一個電源電壓變換器，用于將輸入的+5VTTL電平電壓轉(zhuǎn)換為RS-232電平輸出所需的士IOV電壓；所述MAX232芯片上的T1IN、T2IN連接TTL/CM0S電平的單片機(jī)串行接收端RXD；所述MAX232芯片上的T1QUT、T2qut連接RS-232電平接收端RXD；所述MAX232芯片上的R1IN、R2IN連接RS-232電平發(fā)送端TXD；所述MAX232芯片上的T1OTT，R2IN和GND分別和RS-232電平上的第3腳的發(fā)送端TXD,第2腳的接收端RXD和第5腳的公共端GND相連。所述MAX485芯片上的接收器輸出端RO連接RS-485電平的串行接收端RXD；所述MAX485芯片上的驅(qū)動器的輸入端DI連接RS-485電平的串行發(fā)送端TXD。所述轉(zhuǎn)換器還包括串口轉(zhuǎn)無線單元，所述串口轉(zhuǎn)無線單元分別電連接串口單元及無線通信設(shè)備。本實用新型同時采用MAX232及MAX485芯片，可適用于RS-232串口設(shè)備及RS-485串口設(shè)備，根據(jù)不同的的組網(wǎng)方式，采用不同的總線接法，簡單靈活；同時本實用新型引入串口無線通信單元，間接實現(xiàn)了無線通信設(shè)備與CAN總線的通信，可用于測試無線通信的質(zhì)量及監(jiān)測CAN總線到串口設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。圖1為串口總線及CAN總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖；圖2為本實用新型技術(shù)方案中CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器模型；圖3為MAX232芯片引腳圖；圖4為MAX485芯片引腳圖；圖5為本實用新型技術(shù)方案中無線通信網(wǎng)絡(luò)與CAN總線轉(zhuǎn)換器模型。具體實施方式為使本實用新型的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護(hù)范圍。實施例1本實施例具體描述本實用新型所提出的CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器技術(shù)方案，首先對CAN總線及串口總線做一些簡單說明CAN總線是現(xiàn)場總線的一種，遵循串行通信協(xié)議。根據(jù)ISO的參考模型，CAN具有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，以幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，且每幀均攜帶相應(yīng)的ID標(biāo)識符；而串口總線RS-232本質(zhì)上僅僅是一個物理層標(biāo)準(zhǔn)，以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，不帶任何附屬信息，其幀格式完全由用戶自己定義。CAN數(shù)據(jù)幀和RS-232幀結(jié)構(gòu)的比較如下表所示。V^Ψ貞類型械結(jié)構(gòu)串口數(shù)據(jù)帕巾貞起始數(shù)據(jù)域奇偶校驗域幀結(jié)尾CAN數(shù)據(jù)械械起始仲裁域控制域數(shù)據(jù)域CRC域應(yīng)答域WWW[0027]由上表可以看出，CAN數(shù)據(jù)幀比串口數(shù)據(jù)幀多了仲裁域、控制域、CRC校驗和應(yīng)答域。仲裁域使得各個節(jié)點之間存在區(qū)別(每個節(jié)點都有自己的ID號)，并可在總線上以競爭的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送；控制域可以確定一次傳送數(shù)據(jù)的長度，根據(jù)規(guī)定，CAN幀一次最多能傳送8字節(jié)數(shù)據(jù)，而串口一次只能收發(fā)5-8位數(shù)據(jù)；CRC校驗取代了奇偶校驗，這使得其數(shù)據(jù)幀的可靠性更高。CAN總線為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，具有非破壞性總線仲裁，支持競爭。而RS-232總線不支持競爭，采用主從方式工作，運(yùn)行效率低，高峰期易堵塞。CAN總線在通信協(xié)議中加入了較強(qiáng)地故障定位和錯誤處理功能，而RS-232總線只是一個電氣標(biāo)準(zhǔn)，沒有自己的通信協(xié)議，所以處理故障和錯誤的能力不強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)也較困難。從通信的位速率來看，使用RS-232控制芯片，位速率為115.2kbps，同樣的條件下，CAN可達(dá)1Mbps。對于CAN的數(shù)據(jù)幀，分為幀起始，仲裁域，控制域，數(shù)據(jù)域，應(yīng)答域和幀結(jié)尾六個部分，其中幀起始，應(yīng)答域和幀結(jié)尾是根據(jù)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的規(guī)定，由硬件自動完成，需要分析的是仲裁域，控制域和數(shù)據(jù)域。在SJA1000(CAN通信單元)中使用了BasicCAN的模式，該模式下，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)放在發(fā)送和接收緩沖器中，其結(jié)構(gòu)相似，只是在CAN寄存器中的地址不同。發(fā)送和接收緩沖器的列表如下表所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0030]其中ID10-ID0是標(biāo)識符，RTR是判斷數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)志，DLC是要收發(fā)數(shù)據(jù)的長度，數(shù)據(jù)則在收發(fā)數(shù)據(jù)中。可以看出，CAN總線在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時，前兩個字節(jié)用于標(biāo)識和判斷數(shù)據(jù)，真正收發(fā)的數(shù)據(jù)從第三個字節(jié)開始。這里收發(fā)的字節(jié)主要有兩種具有獨(dú)立功能的節(jié)點，節(jié)點的數(shù)據(jù)，根據(jù)上面對節(jié)點的定義，第一種節(jié)點的數(shù)據(jù)為一個字節(jié)，加上標(biāo)識符字節(jié)，總共是三個字節(jié)，而第二種節(jié)點數(shù)據(jù)為四個字節(jié)，總共六個字節(jié)。對于串口數(shù)據(jù)幀，分為幀起始，數(shù)據(jù)域，奇偶校驗和幀結(jié)尾四個部分，其中幀起始，奇偶校驗和幀結(jié)尾由硬件完成，也就是說，通過串口傳送的就是數(shù)據(jù)，這樣的方式比較直觀和簡單，但不能很好的保障數(shù)據(jù)的正確性，并且串口一次最多只能收發(fā)8位的數(shù)據(jù)，而CAN總線一次最多收發(fā)10個字節(jié)的數(shù)據(jù)(包括標(biāo)識符的2個字節(jié))，對于DI和AI節(jié)點來說，也需要收發(fā)四個和六個字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此CAN進(jìn)行一次通信發(fā)送的字節(jié)需要串口幾次的收發(fā)，來保證收發(fā)數(shù)據(jù)的完整。由串口協(xié)議和CAN總線協(xié)議的比較可以看出，兩種協(xié)議有很多不同的地方，而在具體應(yīng)用時，串口和CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換是整個設(shè)計的重點和難點。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換有直接轉(zhuǎn)發(fā)和存儲轉(zhuǎn)發(fā)兩種方式，存儲轉(zhuǎn)發(fā)要求在接收到全部數(shù)據(jù)幀后再決定如何轉(zhuǎn)發(fā)，而直接轉(zhuǎn)發(fā)則是在收到整個幀之前就已經(jīng)開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)了，這樣可以有效地降低交換延遲，但是，如果在沒有完全接收并檢查數(shù)據(jù)幀的正確性之前就已經(jīng)開始了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣在通訊質(zhì)量不高的環(huán)境下，交換機(jī)會轉(zhuǎn)發(fā)所有的完整數(shù)據(jù)幀和錯誤數(shù)據(jù)幀，這實際上是給整個交換網(wǎng)絡(luò)帶來了許多垃圾通訊包。在本實用新型中使用了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式，具體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式如圖1所示，即在89S52單片機(jī)的RAM區(qū)開辟一段區(qū)域，分別存放串口的數(shù)據(jù)和CAN的數(shù)據(jù)，在完整接收到一幀數(shù)據(jù)的情況下，再進(jìn)行發(fā)送。同時，為了轉(zhuǎn)換的方便和對各個節(jié)點幀進(jìn)行區(qū)別，將CAN幀的標(biāo)識符當(dāng)作數(shù)據(jù)收發(fā)。本實用新型所提出的CAN總線與串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器模型主要由主控制器、CAN通信單元、串口單元組成。具體的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主控制器包括MAX232芯片及MAX485芯片，用于連接CAN通信單元及串口單元并進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。CAN通信單元分別電連接主控制器的MAX232芯片及MAX485芯片，具有與CAN總線連接的接口；串口單元具有RS232接口和RS485接口，其中RS232接口電連接主控制器的MAX232芯片，RS485接口電連接主控制器的MAX485芯片。其中，主控制器MAX232芯片是專門用于串口的RS-232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換的芯片。對于PC以及嵌入式設(shè)備，串口一般是RS-232電平，而單片機(jī)，特別是51系列的單片機(jī)的串口一般是TTL電平，RS-232電平采用的是負(fù)邏輯，而TTL電平均為0-5V的正邏輯，雖然可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠，MAX232正是這樣的芯片。MAX232芯片是包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，適用于各種通信接口。芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS-232輸出電平所需的士IOV電壓。所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的+5V電源就可以了。MAX232接口芯片的引腳圖如圖3所示，在實際應(yīng)用中，T1IN、T2IN可直接接TTL/CMOS電平的單片機(jī)串行接收端RXD；T1qut、T2qut可直接接RS-232串口接收端RXD；R1IN、R2IN可直接接串口發(fā)送端TXD0同時將TIoutUGND引出來，分別和RS232的第3腳的串口發(fā)送端TXD，第2腳的串口接收端RXD和第5腳的公共端GND相連，構(gòu)成串口通信的物理線路。而MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS-485芯片。采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能。其ΜΑΧ485接口芯片引腳結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，從圖中可以看出，ΜΑΧ485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的串口接收端RXD和串口發(fā)送端TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為ΜΑΧ485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個管腳控制這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當(dāng)A引腳的電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時接線非常簡單，只需要一個信號控制ΜΑΧ485的接收和發(fā)送即可。同時將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。本技術(shù)方案通過同時采用ΜΑΧ232及ΜΑΧ485芯片，可適用于CAN總線與RS-232串口設(shè)備及RS-485串口設(shè)備之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，根據(jù)不同的的組網(wǎng)方式，采用不同的總線接法，簡單靈活。[0040]實施例2本實施例描述實現(xiàn)無線與CAN總線的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。無線技術(shù)的引進(jìn)將真正的可移動性引入了計算機(jī)世界。雖然目前的無線技術(shù)還不能像有線網(wǎng)絡(luò)那樣提供高速傳輸，也不能實現(xiàn)有線網(wǎng)絡(luò)的安全性和工作時間可靠性，但其靈活性彌補(bǔ)了這些不足。掌握無線技術(shù)的規(guī)定才能確保所部署的網(wǎng)絡(luò)的兼容性和互操作性，無線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)的主要發(fā)布者是IEEE，這些標(biāo)準(zhǔn)是在美國聯(lián)邦通信委員會以前制定的規(guī)范的框架下創(chuàng)立的。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵技術(shù)是DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum-直接序列擴(kuò)頻)，DSSS適用于工作在1至2Mbps范圍的無線設(shè)備。本實用新型在串口與CAN總線實現(xiàn)透明轉(zhuǎn)換之后，加入了串口與無線通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，間接實現(xiàn)了無線與CAN總線的通信，該部分主要用來測試無線通信和監(jiān)測CAN總線到串口數(shù)據(jù)。串口轉(zhuǎn)無線單元使用的是上海桑銳電子科技有限公司生產(chǎn)的SRWF-I型微功率無線數(shù)傳模塊，該模塊特點如下微發(fā)射功率最大10DBM的發(fā)射功率；ISM頻段工作頻率，無需申請頻點；高抗干擾能力和低誤碼率；完善的通訊協(xié)議；傳輸距離遠(yuǎn)；透明的數(shù)據(jù)傳輸；多信道，多速率；雙串口，3種接口方式；支持有無校驗兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；高速無線通訊和大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；智能數(shù)據(jù)控制，用戶無需編制多余的程序；低功耗及休眠功能；高可靠性，體積小，重量輕；兩種接口收發(fā)等待時間；看門狗實時監(jiān)控。硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器包括主控制器，所述主控制器分別電連接CAN通信單元和串口單元，以對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)；所述主控制器包括MAX232芯片及MAX485芯片；CAN通信單元，所述CAN通信單元分別電連接所述主控制器的MAX232芯片及MAX485芯片，所述CAN通信單元具有與CAN總線連接的接口；串口單元，所述串口單元具有RS232接口和RS485接口；所述RS232接口電連接所述主控制器的MAX232芯片；所述RS485接口電連接所述主控制器的MAX485芯片。2.如權(quán)利要求1所述的一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述MAX232芯片包括一個電源電壓變換器，用于將輸入的+5VTTL電平電壓轉(zhuǎn)換為RS-232電平輸出所需的士IOV電壓；所述MAX232芯片上的T1IN、T2in連接TTL/CMOS電平的單片機(jī)串行接收端RXD；所述MAX232芯片上的T1OTT、T2out連接RS-232電平接收端RXD；所述MAX232芯片上的R1in、R2in連接RS-232電平發(fā)送端TXD；所述MAX232芯片上的T1OTT，R2in和GND分別和RS-232電平上的第3腳的發(fā)送端TXD，第2腳的接收端RXD和第5腳的公共端GND相連。3.如權(quán)利要求1所述的一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述MAX485芯片上的接收器輸出端RO連接RS-485電平的串行接收端RXD；所述MAX485芯片上的驅(qū)動器的輸入端DI連接RS-485電平的串行發(fā)送端TXD。4.如權(quán)利要求1所述的一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器包括串口轉(zhuǎn)無線單元，所述串口轉(zhuǎn)無線單元分別電連接串口單元及無線通信設(shè)備。專利摘要本實用新型涉及工業(yè)控制通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種CAN總線與串口總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括主控制器，電連接CAN通信單元和串口單元，對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)發(fā)；CAN通信單元，電連接主控制器的MAX232芯片及MAX485芯片，具有與CAN總線連接的接口；串口單元，具有RS232接口和RS485接口；分別電連接主控制器的MAX232芯片及MAX485芯片。本實用新型可適用于RS-232及RS-485串口設(shè)備，根據(jù)不同的組網(wǎng)方式，采用不同總線接法，簡單靈活；同時本實用新型引入串口無線通信單元，間接實現(xiàn)無線通信設(shè)備與CAN總線的通信，可用于測試無線通信的質(zhì)量及監(jiān)測CAN總線到串口總線設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。文檔編號H04L29/06GK201571081SQ200920246290公開日2010年9月1日申請日期2009年10月19日優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日發(fā)明者萬傳飛,劉濤,姜國權(quán),杜尚豐,竇楠,陳家敏申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)