Конвертор интерфейсов
Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована для преобразования сигналов последовательного интерфейса USB в сигналы магистрального интерфейса RS-485 и магистрального интерфейса связи RS-422. Цель полезной модели - повышение быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в конверторе интерфейсов, содержащем блок интерфейса USB, блок гальванической развязки, блок управления, блок интерфейса RS-485 и блок интерфейса RS-422, последний снабжен дополнительными сигнальными линиями запроса передачи (RTS+, RTS-) и готовности приемника (CTS+.CTS-). Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении скорости передачи данных в автоматизированных системах на большие расстояния (до 1200 м) с большой скоростью (до 1 Мбит/с).
Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована для преобразования сигналов последовательного интерфейса USB в сигналы магистрального интерфейса RS-485 и магистрального интерфейса связи RS-422.
Цель полезной модели - повышение быстродействия.
Уровень техники
Известен автоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4, содержащий блоки интерфейсов USB и RS-485 и блок управления, описанный на сайте компании ОВЕН, 111024, Москва, 2 ул. Энтузиастов, д.5, корп.5 - http://www.owen.ru 
измерительные приборы, датчики, регуляторы приборы преобразователи интерфейсов [1].
При работе с известным преобразователем данные, поступающие в интерфейс блока USB передаются в блок управления, который устанавливает управляющий сигнал интерфейса блока RS-485 в режим передачи, блок управления передает данные через развязывающий трансформатор в интерфейс блока RS-485. Данные, поступающие в интерфейс блока RS-485 передаются через развязывающий трансформатор в блок управления и далее в интерфейс блока USB и затем в линию связи.
Недостатком известного преобразователя является недостаточное быстродействие, т.е. низкая скорость передачи данных.
Известен интеллектуальный преобразователь интерфейсов, содержащий блок интерфейса RS-232, блок интерфейса RS-485, управляющий микроконтроллер с блоком запоминающего устройства и блок интерфейса CAN, описанный в Патенте РФ на полезную модель 
62310 U1, МПК H04L 12/66, 2006 г, опубл. 27.03. 2007 г. [2].
При работе с известным преобразователем данные, поступающие в интерфейс блока RS-232 передаются управляющему микроконтроллеру, который шифрует их в блоке запоминающего устройства по определенному алгоритму, устанавливает интерфейс блока RS-485 в режим передачи и передает зашифрованные данные упомянутому интерфейсу блока RS-485, после завершения передачи данных интерфейсом блока RS-485 управляющий микроконтроллер устанавливает его в режим приема, а затем упаковывает зашифрованные данные и передает интерфейсу блока CAN.
Данные, поступающие в интерфейс блока RS-485 передаются управляющему микроконтроллеру, который упаковывает их и передает интерфейсу блока CAN, после этого, управляющий микропроцессор расшифровывает данные и передает их в интерфейс блока RS-232.
Данные, поступающие в интерфейс блока CAN передаются управляющему микроконтроллеру, который распаковывает их, устанавливает интерфейс блока RS-485 в режим передачи и передает распакованные данные упомянутому интерфейсу блока RS-485, после завершения передачи данных интерфейсом блока RS-485 управляющий микроконтроллер устанавливает его в режим приема, затем управляющий микропроцессор расшифровывает данные и передает их интерфейсу блока RS-232 и затем в линию связи.
Недостатком известного преобразователя является малая помехозащищенность из-за отсутствия гальванической развязки сигналов и питания, что приводит к искажению сигналов и снижает защиту всей системы от высоковольтных переходных процессов.
За прототип принят преобразователь (конвертер) интерфейсов RSX4.4.1 (USB<=>RS-422, RS-485) содержащий блок интерфейса RS-485, блок интерфейса RS-422, блок интерфейса USB, управляющий микроконтроллер и блок гальванической развязки, описанный на сайте ООО «Фрактал», 124460, Москва, Зеленоград, Панфиловский пр. - http://fractal.com.ru конвертеры интерфейсов [3].
При работе с преобразователем - прототипом данные, поступающие в интерфейс блока USB, через блок гальванической развязки (в зависимости от выставленного режима) передаются управляющему микроконтроллеру, который передает их интерфейсу блока RS-485 или интерфейсу блока RS-422, при этом, упомянутый блок гальванической развязки обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания.
Данные, поступающие в интерфейс блока RS-485, через блок гальванической развязки (в зависимости от выставленного режима) передаются управляющему микроконтроллеру, который передает их интерфейсу блока USB, при этом блок гальванической развязки обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания.
Данные, поступающие в интерфейс блока RS-422, через блок гальванической развязки (в зависимости от выставленного режима) передаются управляющему микроконтроллеру, который передает их интерфейсу блока USB и далее в линию связи, при этом блок гальванической развязки обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания.
Недостатком преобразователя - прототипа является недостаточное быстродействие, т.е. низкая скорость передачи данных (115200 Кб/с), что не удовлетворяет современным требованиям к подобной технике.
Цель полезной модели - повышение быстродействия.
Указанная цель достигается тем, что в конверторе интерфейсов, содержащем блок интерфейса USB, блок интерфейса RS-485, блок интерфейса RS-422, блок переключателей и блок гальванической развязки, упомянутый блок интерфейса RS-422 снабжен дополнительными сигнальными линиям RTS+, RTS (запрос передачи) и CTS+, CTS (готовность приемника).
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении скорости передачи данных в автоматизированных системах на большие расстояния (до 1200 м) с большой скоростью (до 1 Мбит/с).
Раскрытие и осуществление полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель заключается в следующем.
Для испытаний на воздействие климатических факторов (повышенная и пониженная температура, термический удар, повышенная влажность, морской и соляной туман) стендового и серийного радиоэлектронного оборудования требуются 4 климатические камеры типа КТК-300. Для автоматизации процесса с целью экономии человеческих ресурсов и времени необходимо все камеры объединить в локальную сеть, управляемую персональным компьютером (ПК), выходной интерфейс камер - RS-422 - с сигнальными линиями RX+, RX-, ТХ+, ТХ-, а выходной интерфейс ПК - с интерфейсом USB.
Для связи компьютерного интерфейса USB с магистральным интерфейсом RS-422 необходим конвертор (преобразователь) интерфейсов. Сложность реализации состоит в том, что климатические камеры находятся на удаленном расстоянии от управляющего ПК (200 м) и скорость в линиях связи должна быть достаточно высокой, поскольку в ПК происходит архивирование показаний, снятых с камер при интервале опроса не более 3 миллисекунд.
Посылка запроса от одной камеры составляет 8 кадров, посылка ответа от одной камера - 8 кадров. Формат кадра - 1 стартовый бит, 8 бит данных и 1 стоповый бит, таким образом длительность одного кадра составляет 10 бит. В итоге, за время опроса необходимо передавать по линии связи 640 бит (8 байт×10 бит×2 стороны×4 камеры). Поскольку интервал опроса не должен превышать 3·10 -3 с, то скорость передачи должна быть - 640 бит/3·10 -3 с=213333 бит/с. При такой скорости передачи и указанном расстоянии избежать потери данных практически невозможно.
Устройства, известные из уровня техники не позволяют обеспечить необходимое быстродействие, поэтому оптимальным вариантом решения обозначенной задачи является снабжение блока интерфейса RS-422 сигнальными линиями запроса передачи - RTS+, RTS- и готовности приемника - CTS+, CTS-.
Краткое описание чертежа
На чертеже приведена функциональная схема конвертора интерфейсов.
Конвертор интерфейсов состоит из блока интерфейса USB (1), блока гальванической развязки (2), блока управления (3), блока интерфейса RS-485 (4), блока интерфейса RS-422 (5), сигнальной линии запроса передачи - RTS+, RTS- (6) и сигнальной линии готовности приемника - CTS+, CTS- (7).
Конвертор интерфейсов работает следующим образом.
Данные, поступающие из ПК (на схеме не обозначен) в интерфейс блока USB (1), последний передает в блок гальванической развязки (2) и устанавливает управляющие сигналы блока интерфейса RS-485 (4) и блока интерфейса RS-422 (5) в режимы передачи. Блок гальванической развязки (2) обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания и передает данные в блок управления (3), который, в зависимости от установленного режима, передает данные в блок интерфейса RS-485 (4) или в блок интерфейса RS-422 (5). Последний, в свою очередь, выставляет сигнал RTS (6), означающий готовность к передаче данных и ждет ответного сигнала CTS (7) от климатической камеры (на схеме не обозначена), означающего готовность приемника к приему данных из линии связи. При получении сигнала по линии связи CTS (7), т.е. готовность к передаче данных от камеры, конвертор выставляет ответный сигнал RTS (6), т.е. готовность к приему данных из линии связи от камеры.
Данные, поступающие из линии связи с климатическими камерами в интерфейс блока RS-485 (4), последний передает в блок гальванической развязки (2). Блок гальванической развязки (2) обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания и передает данные в блок интерфейса USB (1).
Данные, поступающие в интерфейс блока RS-422 (5), последний передает в блок управления (3), который передает их в блок гальванической развязки (2). Блок гальванической развязки (2) обеспечивает гальваническую развязку сигналов и питания и передает данные в блок интерфейса USB (1), который передает их в ПК, где они обрабатываются.
Использование сигнальных линий запроса передачи RTS (6) и готовности приемника CTS (7) позволяет исключить потерю данных из-за неготовности одной из сторон принять эти данные и соответственно повысить скорость передачи.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении скорости передачи данных в автоматизированных системах на большие расстояния (до 1200 м) с большой скоростью (до 1 Мбит/с).
Конвертор интерфейсов, содержащий блок интерфейса USB, блок гальванической развязки, блок управления, блок интерфейса RS-485 и блок интерфейса RS-422, отличающийся тем, что упомянутый блок интерфейса RS-422 снабжен дополнительными сигнальными линиями запроса передачи и готовности приемника.
