一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及工业现场总线系统领域,尤其一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，其特征在于:包括CAN收发器、总线驱动电路、与CAN收发器连接的单片机，总线驱动电路分别与CAN收发器、单片机和总线连接，所述总线驱动电路包括第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关、衰减电路、滤波电路，CAN收发器与第一模拟开关连接，单片机通过模拟开关驱动电路分别与第一模拟开关和第二模拟开关连接，总线与第二模拟开关连接，第一模拟开关通过放大电路与第二模拟开关连接，第二模拟开关与总线连接，第二模拟开关与滤波电路连接，滤波电路与衰减电路连接，衰减电路与第一模拟开关连接；本发明专利技术具有较好的抗干扰性能，能够实现低速远距离的正常通信。通信。通信。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路


[0001]本专利技术涉及工业现场总线系统领域，具体涉及一种用于长距离低速数据传输的CAN总线和差分总线的强干扰环境下的现场总线驱动电路。

技术介绍

[0002]随着DCS系统架构向FCS方向发展。通过一个现场总线接口模块替代原有的中心化通信电缆是一个趋势,可以节省大量的电缆和避免故障的发生。CAN是控制器局域网络的简称，具有很高的可靠性和通用性；CAN通过一根双绞线以差分信号的形式进行数据传输，目前现有的CAN的总线架构存在的主要问题是：在工业生产现场的长距离传输时，由于器件之间的电缆距离较远且总线驱动能力较弱，容易感应出一些大功率低频设备（中频炉、变频器等）的电磁干扰，使信号波形出现毛刺，影响正常通信；在工业生产现场的长距离传输时，总线连接不同的终端设备，设备的电源情况不一定相同，导致各个设备电位通常不一致，很容易产生共模干扰，有时候共模干扰甚至会超过12V，过大的共模干扰会影响数据的正常传输甚至导致总线收发芯片的损坏；同时连接各个设备的长电缆带有较大的寄生电感和寄生电容，使得在信号在电平跳变时容易产生较大的过冲或者滞后，甚至出现丢包的情况，此外，若遭受如雷击或者设备触点拉弧放电等带来的高压浪涌干扰，很容易使收发器芯片出现异常甚至板卡烧毁。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供了一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，总线包括CAN总线与差分信号串行总线，总线上挂接着很多节点，每个节点上都需要具有这一组驱动电路，采用加入本专利技术驱动电路的总线架构具有较好的抗干扰性能，能够实现低速远距离的正常通信。
[0004]本专利技术提供如下技术方案：一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，包括CAN收发器、总线驱动电路、与CAN收发器连接的单片机，总线驱动电路分别与CAN收发器、单片机和总线连接。所述总线驱动电路包括第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关、衰减电路、滤波电路。
[0005]CAN收发器与第一模拟开关连接，单片机通过模拟开关驱动电路分别与第一模拟开关和第二模拟开关连接，总线与第二模拟开关连接，第一模拟开关通过放大电路与第二模拟开关连接，第二模拟开关与总线连接，第二模拟开关与滤波电路连接，滤波电路与衰减电路连接，衰减电路与第一模拟开关连接；其中第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关组成发送电路，第二模拟开关、滤波电路、衰减电路、第一模拟开关组成接收电路。第一模拟开关和第二模拟开关均采用HEF4053BT。
[0006]放大电路包括放大器U1.1和放大器U6.2，放大器U1.1的反相输入端通过电阻R2接地，放大器U1.1的输出端通过电阻R6与放大器U1.1的反相输入端连接，放大器U1.1的同相
输入端通过电阻R7与第一模拟开关U10连接，放大器U1.1的4脚接地，放大器U1.1的输出端通过电阻R1与第二模拟开关U8连接，放大器U1.1的输出端通过电阻R11与放大器U6.2的输出端连接，放大器U6.2的反相输入端通过电阻R4接地，放大器U6.2的同相输入端通过电阻R8与第一模拟开关U10连接，放大器U6.2的输出端通过电阻R5与放大器U6.2的反相输入端连接，放大器U6.2的输出端通过电阻R3与第二模拟开关U8连接。当处于数据发送模式时，运算放大器将收发器芯片送来的低压差小电流信号放大到高压差大电流驱动信号，并通过第二模拟开关传送到总线上。上述放大器可以采用LM358，总线应采用截面积不小于0.2平方毫米的屏蔽双绞线。
[0007]所述的滤波电路包括共模电感和全桥整流电路，全桥整流电路包括依次首尾相连的二极管U2、U3、U4、U5，二极管U4的阴极与第二模拟开关U8连接，二极管U5的阴极与第二模拟开关U8连接，二极管U4的阴极和二极管U5的阴极之间串接电阻R9,U2、U3的阴极连接到稳压管D1的一端，U4、U5的阳极连接到稳压管D1的另一端，U2的阳极连接到共模电感L1的第二脚，U3的阳极连接到共模电感L1的第三脚，共模电感的1脚和4脚分别与第一模拟开关U10连接。衰减电路包括电阻R10和稳压管D2，电阻R10串接在共模电感的第一脚和第四脚之间，稳压管D2与电阻R10并联。当共模干扰来临时，由于共模干扰的电流具有同向性，会在共模电感L1的线圈内产生同向的磁场使得线圈的感性阻抗增大，线圈表现为高阻抗，产生较强的共模干扰阻尼效果。当差模干扰来临时，全桥整流电路的二极管会交替导通，使差模干扰的能量转化为直流电并在整流桥直流输出端连接的瞬态抑制二极管上被消耗掉。稳压管D2和电阻R10，用于降低滤波电路输入的电平，削掉高电平的不平整部分，使输入总线收发器芯片的信号符合总线收发器芯片的输入电平要求，防止烧毁总线接口收发器芯片。
[0008]所述模拟开关驱动电路包括第一模拟开关驱动电路和第二模拟开关驱动电路，第一模拟开关驱动电路包括三极管AQ1，三极管AQ1通过电阻AR2与单片机连接，三极管AQ1的发射极接地，三极管AQ1的发射极通过电阻AR1与三极管AQ1的基极连接，三极管AQ1的集电极与第一模拟开关连接，三极管AQ1的集电极通过电阻AR7与+VCC连接，电阻AR3与发光二极管LED1串联后与电阻AR7并联；第二模拟开关驱动电路包括三极管AQ2，三极管AQ2通过电阻AR6与单片机连接，三极管AQ2的发射极接地，三极管AQ2的发射极通过电阻AR8与三极管AQ2的基极连接，三极管AQ2的集电极与第二模拟开关连接，三极管AQ2的集电极通过电阻AR4与+VCC连接，电阻AR5与发光二极管LED2串联后与电阻AR4并联。
[0009]在第二模拟开关与总线之间设置气体放电管，所述气体放电管的开启电压为75V。当总线上由对地或者总线之间的较大压差的尖峰脉冲时，会在此被吸收削弱。
[0010]通过上述描述可以看出，本方案通过发送时加高压差和接收时滤波限幅的方式，来抑制传输过程中可能带来的干扰，使得如锻造工业等恶劣环境下低速长距离的串行差分总线通信得以正常进行。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的总体结构框图。
[0012]图2为CAN收发器示意图。
[0013]图3为本专利技术具体实施方式驱动电路的电路图。
[0014]图4为CAN总线长距离传输的典型通信波形图。
[0015]图5为本专利技术中CAN总线长距离传输波形图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术具体实施方式中的附图，对本专利技术具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本专利技术一种具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本专利技术中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]通过附图可以看出，本专利技术的适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，包括CAN收发器、总线驱动电路、与CAN收发器连接的单片机，总线驱动电路分别与CAN收发器、单片机和总线连接，所述总线驱动电路包括第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关、衰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，其特征在于:包括CAN收发器、总线驱动电路、与CAN收发器连接的单片机，总线驱动电路分别与CAN收发器、单片机和总线连接，所述总线驱动电路包括第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关、衰减电路、滤波电路，CAN收发器与第一模拟开关连接，单片机通过模拟开关驱动电路分别与第一模拟开关和第二模拟开关连接，总线与第二模拟开关连接，第一模拟开关通过放大电路与第二模拟开关连接，第二模拟开关与总线连接，第二模拟开关与滤波电路连接，滤波电路与衰减电路连接，衰减电路与第一模拟开关连接；其中第一模拟开关、放大电路、第二模拟开关组成发送电路，第二模拟开关、滤波电路、衰减电路、第一模拟开关组成接收电路。2.根据权利要求1所述适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，其特征在于，放大电路包括放大器U1.1和放大器U6.2，放大器U1.1的反相输入端通过电阻R2接地，放大器U1.1的输出端通过电阻R6与放大器U1.1的反相输入端连接，放大器U1.1的同相输入端通过电阻R7与第一模拟开关U10连接，放大器U1.1的4脚接地，放大器U1.1的输出端通过电阻R1与第二模拟开关U8连接，放大器U1.1的输出端通过电阻R11与放大器U6.2的输出端连接，放大器U6.2的反相输入端通过电阻R4接地，放大器U6.2的同相输入端通过电阻R8与第一模拟开关U10连接，放大器U6.2的输出端通过电阻R5与放大器U6.2的反相输入端连接，放大器U6.2的输出端通过电阻R3与第二模拟开关U8连接。3.根据权利要求1所述适用于强干扰环境下的现场总线驱动电路，其特征在于，所述的滤波电路包括共模电感和全桥整流电路，全桥整流电路包括依次首尾相连的二极管U2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天元，孙宝江，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：