一种接口转换器.pdf

《一种接口转换器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种接口转换器.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 104077251 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104077251 A (21)申请号 201310109415.8 (22)申请日 2013.03.30 G06F 13/38(2006.01) (71)申请人 宝山钢铁股份有限公司 地址 201900 上海市宝山区富锦路 885 号 (72)发明人 陈志荣 荣鸿伟 陆德忠 王喆 费正峰 胡林成 (74)专利代理机构 上海三和万国知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 31230 代理人 刘立平 (54) 发明名称 一种接口转换器 (57) 摘要 本发明涉及电子技术领域。一种接口转换 器， 包括。

2、 COM1 接口模块、 CPLD 处理器系统、 COM2 接口模块， COM1 接口模块由电平转换电路、 数据 隔离电路、 数据整形滤波电路组成， 用来读取接口 的 18bit 加权平行数据 ； CPLD 处理器系统是由格 雷码转换电路、 数据冗余处理电路、 数据平串转换 电路、 发送寄存器电路组成， 用来转换 18bit 加权 平行数据 ； COM2 口由发送控制器、 数据发送电路 组成， 用来发送转换后的数据。本发明通过可在 1580热轧产线上的使用， 保证了1580热轧产线的 基础自动化与特殊传感器分离， 提供了新基础自 动化采集特殊传感器设备的技术保障 ； 该产品适 合在同类产线改造中。

3、推广应用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104077251 A CN 104077251 A 1/1 页 2 1. 一种接口转换器， 包括 COM1 接口模块、 CPLD 处理器系统、 COM2 接口模块， 其特征在 于， COM1 接口模块由电平转换电路、 数据隔离电路、 数据整形滤波电路组成， 用来读取接口 的 18bit 加权平行数据 ； CPLD 处理器系统是由格雷码转换电路、 数据冗余处理电路、 数据平串转换电路、 。

4、发送寄 存器电路组成， 用来转换 18bit 加权平行数据 ； COM2 口由发送控制器、 数据发送电路组成， 用来发送转换后的数据。 2. 根据权利要求 1 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述电平转换电路将传感器 送输出 0-48V 或 0-24V 电压信号转换成 0-5V（R1、 R5、 R6、 R7、 R8） 。 3. 根据权利要求 1 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述数据隔离电路采用电气 三隔离技术， 电气三隔离技术指的是数据总线隔离、 通讯总线隔离和电源隔离。 4. 根据权利要求 3 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述数据隔离电路中的数据 总线采用数字隔离器。

5、件 ISO7240。 5. 根据权利要求 1 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述数据整形滤波电路采用 电容滤波， 分别对电源正负极 （+/-） 之间和数据线对地 （GND） 进行电容滤波。 6. 根据权利要求 1 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述格雷码转换电路是将传 感器送出的 18 位平行二进制数转换成相应的格雷码， 以提高 SSI 接口发送的正确性。 7. 根据权利要求 1 所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述数据冗余处理电路是对 传感器送出的 18 位平数据进行双通道读取、 真伪鉴别、 格雷码转换， 然后将两组数据进行 比较。 8. 根据权利要求 1 所述的一种接。

6、口转换器， 其特征在于， 所述 CPLD 处理器系统采用 EPM570 可编程逻辑芯片。 9.根据权利要求1所述的一种接口转换器， 其特征在于， 所述发送控制器采用ISO7220 发送控制器， 所述 ISO7220 发送控制器由 ISO7221 数字隔离器和 SN65176 组成， 所述 SN65176BD 是工业级单 RS485 收发器。 权 利 要 求 书 CN 104077251 A 2 1/4 页 3 一种接口转换器 技术领域 0001 本发明涉及电子技术领域， 具体涉及接口转换器。 背景技术 0002 热轧 1580mm 产线三电系统改造于 2009 年 12 月决定由宝钢自主完成改。

7、造。项目 组开展改造方案及技术研究工作， 经过综合比对研究并结合宝钢对三电技术的储备和今 后发展规划， 热轧 1580mm 产线三电系统采用西门子 TDC 系统为架构进行改造。在深入调 研 1580mm 产线现有传感器接口技术过程中， 发现轧线液压控制器使用的油缸位置传感器 MP-SCALE 在西门子 TDC 中较难处理。西门子提议液压调节器采用 S7-400， 宝钢曾经采用单 独的 TDCCPU 加 SM500 接口卡进行数据读写测试。两种方案都存在明显的不足并需要投入 大量的硬件设备， 投资费用较高。因此， 需要研究开发一种能不改变西门子 SIROLL 架构的 MP-SCALE 特殊传感器。

8、读取方式。 发明内容 0003 本发明的目的在于， 提供一种接口转换器， 以解决上述技术问题。 0004 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现 ： 0005 一种接口转换器， 包括COM1接口模块、 CPLD处理器系统、 COM2接口模块， 其特征在 于， COM1 接口模块由电平转换电路、 数据隔离电路、 数据整形滤波电路组成， 用来读取接口 的 18bit 加权平行数据 ； 0006 CPLD 处理器系统是由格雷码转换电路、 数据冗余处理电路、 数据平串转换电路、 发 送寄存器电路组成， 用来转换 18bit 加权平行数据 ； 0007 COM2 口由发送控制器、 数据发送电路。

9、组成， 用来发送转换后的数据。 0008 所述 COM1 接口模块是一个 18BIT 高速平行数据输入接口。其中电平转换电路其 功能是实现将传感器送输出 0-48V 或 0-24V 电压信号转换成 0-5V（R1、 R5、 R6、 R7、 R8） ， 以 解决输入信号电平匹配问题。作为一种优选方案， 所述电平转换电路将传感器的 DC48V 电 压信号转换成 DC5V 电压。电平匹配电路必须具有极小的吸收能耗， 本电平匹配的吸收能耗 控制在 100uW 以内。数据隔离电路是解决系统的共模和串模干扰， 提高系统的抗 EMS 能力。 数据整形滤波电路是用来消除高速数据传输过程产生的波形畸变和毛刺。 。

10、数据隔离电路采 用电气三隔离技术。电气三隔离技术指的是数据总线隔离、 通讯总线隔离和电源隔离。可 以有效地消除系统间的串扰和共地寄生干扰。在本数据隔离电路中数据总线采用美国 TI 公司高速数字隔离器件 ISO7240。此器件的工作最高频率 0009 20MHz, 最高工作温度为 120。数据整形滤波电路采用常规的电容滤波。分别对 电源正负极 （+/-） 之间和数据线对地 （GND） 进行电容滤波。 0010 格雷码转换电路是将传感器送出的 18 位平行二进制数转换成相应的格雷码。以 提高SSI接口发送的正确性。 数据冗余处理电路是对传感器送出的18位平数据进行双通道 读取、 真伪鉴别、 格雷码。

11、转换， 然后将两组数据进行比较。 两组数据相同， 表明获取和处理的 说 明 书 CN 104077251 A 3 2/4 页 4 数据真确有效， 被存入寄存器。数据平串转换电路是将寄存器内保存的 18 位平行格雷码转 换成一串符合西门子 SSI 通讯规约的数据流。待 SSI 接口空闲时送入发送寄存器。发送寄 存器是用来锁存被发送的数据流。在 SSI 接口发送期间， 发送寄存器内信息被锁存， 在 SSI 接口空闲时， 允许对发送寄存器进行信息更新。 CPLD处理器系统可采用EPM570可编程逻辑 芯片。 0011 COM2 口是一个高速同步串行通讯口， 其电气特性为差分驱动的 RS485/422。

12、 结构， 通讯规约为通用 SSI 协议。由发送控制器、 数据发送电路组成。发送控制器优选 ISO7220 发送控制器。发送控制器同步 SSI 发送时钟， 有序地将发送寄存器中的信息通过 SSI 接口 发往 PLC。监视 SSI 接口忙闲状态， 控制开放数据寄存器。监控 SSI 接口数据发送过程， 发 现异常， 激励报警。并根据异常情况， 恢复 SSI 接口的工作状态。其中， ISO7220 发送控制 器由 ISO7221 数字隔离器和 SN65176 组成。SSI 转发卡中的 CPLD 在新 PLC 系统发出的同步 时钟控制下， 将符合SSI通讯规约的串行数据流依次送入新PLC系统中。 ISO。

13、7221数字隔离 器用来进行数据隔离， 实现SSI转发卡与新PLC系统在电气上完全隔离。 SN65176BD是工业 级单 RS485 收发器， 它的最高传输频率为 10MHz， 工作环境温度 -20-120C0 SN65176BD 是将 CPLD 送出的 TTL 电平信号转换成对称差分信号， 以满足 SSI 信号远传的需要。 0012 一种接口转换器， 还包括一电源， 所述电源采用冗余方式的电源， 以提高 SSI 转发 卡工作的可靠性， 将因板卡故障而影响生产的事件降为零。在正常情况下两个电源自动动 态轮换工作， A、 B 两路电源指示灯同时点亮。当某一路电源发生故障， 另一路电源将单独工 作。

14、， 同时故障一路电源指示灯息灭。由于 D1、 D3 二极管单向导通作用， 所以故障电源不会影 响正常电源的输出。同时在两个 DC/DC 隔离电源模块的 DC24 输入端接有 PTC 自恢复电子 保险器。当某一路电源发生故障， 电流超过 50MA 时， PTC 阻值会急剧增加， 自动切断故障电 源与外界的连接。确保万一某一电源发生故障， 不会影响整个系统正常工作。 0013 有益效果 ： 本发明通过可在1580热轧产线上的使用， 保证了1580热轧产线的基础 自动化与特殊传感器分离， 提供了新基础自动化采集特殊传感器设备的技术保障 ； 该产品 适合在同类产线改造中推广应用。 附图说明 0014 。

15、图 1 为本发明的结构示意图 ； 0015 图 2 为 COM1 接口模块的电路图 ； 0016 图 3 为 COM2 接口模块的电路图 ； 0017 图 4 为电源冗余电路图 ； 0018 图 5 为 CPLD 处理器系统原理流程图。 具体实施方式 0019 为了使本发明实现的技术手段、 创作特征、 达成目的与功效易于明白了解， 下面进 一步阐述本发明。 0020 参照图 1 和图 2， 一种接口转换器， 包括 COM1 接口模块、 CPLD 处理器系统、 COM2 接 口模块， COM1 接口模块由电平转换电路、 数据隔离电路、 数据整形滤波电路组成， 用来读取 接口的 18bit 加权平。

16、行数据 ； CPLD 处理器系统是由格雷码转换电路、 数据冗余处理电路、 数 说 明 书 CN 104077251 A 4 3/4 页 5 据平串转换电路、 发送寄存器电路组成， 用来转换 18bit 加权平行数据 ； COM2 口由发送控制 器、 数据发送电路组成， 用来发送转换后的数据。 0021 结合图 2 对 COM1 接口模块进一步说明， 即各电路功能描述如下 ： 0022 电平转换电路其功能是实现将特殊传感器送的 0-48V 或 0-24V 信号转换成 0-5V （R1、 R5、 R6、 R7、 R8） 。 0023 数据隔离电路 ： 采用电气三隔离技术。 电气三隔离技术指的是数据。

17、总线隔离、 通讯 总线隔离和电源隔离。可以有效地消除系统间的串扰和共地寄生干扰。在本数据隔离电路 中数据总线采用美国 TI 公司高速数字隔离器件 ISO7240。此器件的工作最高频率 20MHz, 最高工作温度为 120。 0024 数据整形滤波电路 ： 采用常规的电容滤波。分别对电源正负极 （+/-） 之间和数据 线对地 （GND） 进行电容滤波。 0025 结合图 5， 对 CPLD 芯片及原理进一步说明 ： CPLD 芯片采用软件硬件化技术。随着 超大规模现场可编程逻辑器 CPLD/FPGA 的出现， 使得软件硬件化变为可能。对于消除信号 中各种高频干扰和毛刺以及处理并发时间可变得非常容。

18、易。 采用软件硬件化后系统运行更 加稳定可靠。采用信号鉴别和数据冗余处理技术。信号鉴别是对信号的真实性进行鉴别， 通过对信号真伪的鉴别可以有效剔除突发干扰和毛刺。 数据冗余处理技术是指对同一信号 或数据进行双通道处理， 并把处理结果进行比对。一致， 这说明本次操作正确。处理的数据 真实有效。 0026 格雷码转换电路是将特殊传感器送出的 18 位平行二进制数转换成相应的格雷 码。以提高 SSI 接口发送的正确性。 0027 数据冗余处理电路是对特殊传感器送出的 18 位平数据进行双通道读取、 真伪鉴 别、 格雷码转换， 然后将两组数据进行比较。两组数据相同， 表明获取和处理的数据真确有 效， 。

19、被存入 SSI 数据寄存器。 0028 SSI数据平串转换电路是将SSI数据寄存其内保存的18位平行格雷码转换成一串 符合西门子 SSI 通讯规约的数据流。待 SSI 接口空闲时送入 SSI 发送寄存器。 0029 SSI 发送寄存器是用来锁存被发送的数据流。在 SSI 接口发送期间， SSI 发送寄存 器内信息被锁存， 在 SSI 接口空闲时， 允许对 SSI 发送寄存器进行信息更新。 0030 采用器件为 EPM570 超大规模可编程逻辑芯片。CLPD （EPM570） 实现上述功能电路 程序流程图如附图五。 0031 结合图 3， 对 COM2 接口模块进一步说明， 其中 COM2 口电。

20、路由 SSI 发送控制器及数 据发送电路组成。SSI 发送控制器 ISO7220 其功能是同步 SSI 发送时钟， 有序地将 SSI 发送 寄存器中的信息通过 SSI 接口发往 PLC。监视 SSI 接口忙闲状态， 控制开放 SSI 数据寄存 器。监控 SSI 接口数据发送过程， 发现异常， 激励报警。并根据异常情况， 恢复 SSI 接口的 工作状态。其中， 数据发送电路是由 ISO7221 数字隔离器和 SN65176 组成。SSI 转发卡中的 CPLD 在新 PLC 系统发出的同步时钟控制下， 将符合 SSI 通讯规约的串行数据流依次送入新 PLC系统中。 ISO7221用来进行数据隔离，。

21、 实现SSI转发卡与新PLC系统在电气上完全隔离。 SN65176BD是工业级单RS485收发器， 它的最高传输频率为10MHz， 工作环境温度-20-120C0 SN65176BD 是将 CPLD 送出的 TTL 电平信号转换成对称差分信号， 以满足 SSI 信号远传的需 要。 说 明 书 CN 104077251 A 5 4/4 页 6 0032 结合图 4， 一种接口转换器， 还包括一电源， 所述电源采用冗余方式的电源， 在正常 情况下两个电源自动动态轮换工作， A、 B 两路电源指示灯同时点亮。当某一路电源发生故 障， 另一路电源将单独工作， 同时故障一路电源指示灯息灭。由于 D1、 。

22、D3 二极管单向导通作 用， 所以故障电源不会影响正常电源的输出。同时在两个 DC/DC 隔离电源模块的 DC24 输入 端接有 PTC 自恢复电子保险器。当某一路电源发生故障， 电流超过 50MA 时， PTC 阻值会急 剧增加， 自动切断故障电源与外界的连接。 确保万一某一电源发生故障， 不会影响整个系统 正常工作。 0033 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。 本行业的技术 人员应该了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进， 这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。 说 明 书 CN 104077251 A 6 1/3 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104077251 A 7 2/3 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104077251 A 8 3/3 页 9 图 5 说 明 书 附 图 CN 104077251 A 9 。