CN101820314A - 单线双向通信光耦隔离电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及单线双向通信光耦隔离电路，其主要包括带有I/O口的第一控制单元，及与所述第一控制单元相连的至少一个被控装置，所述每个被控装置包括与所述第一控制单元相电连接的第一输入输出自动转换模块、与所述第一输入输出自动转换模块相电连接的光耦隔离模块、与所述光耦隔离模块相电连接的第二输入输出自动转换模块、及与所述第二输入输出自动转换模块相电连接的带有I/O口的第二控制单元。其可实现一对一或一对多的单线双向通信且为光耦隔离通信，其简化了多机通信所需的大量线缆、成本低、可靠性高。

Description

单线双向通信光耦隔离电路
技术领域
本发明涉及光耦隔离通信电路，更具体地说，涉及一种单线双向通信光耦隔离电路。
背景技术
当前，双向光耦隔离通信通常要占用设备中主控单元的两个I/O口，一个用于发送，另一个用于接收。但是，随着市场上电器快速的发展，例如：家电中的电磁炉、冰箱、空调等，其种类和功能越来越多，因此，其需要多个控制器，再例如，随着多头电磁炉和多头电磁社等相类似的多设备或系统的出现，很多用户要求只用一个显示控制板控制多个电磁炉的工作，从而使操作简化。从工作安全上考虑，多机之间的数据传输和电源需要安全隔离，而且在当今成本压力不断加大的形势下，尽量少占资源以节省成本显得十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述双向通信难以用一个控制器控制多个被控装置且占用资源多、成本高的缺陷，提供一种可以实现两个或两个以上MCU之间的单个或多个I/O口间一对一或一对多双向隔离通信，且成本低、可靠性高的单线双向通信光耦隔离电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单线双向通信光耦隔离电路，其包括带有I/O口的第一控制单元，及与所述第一控制单元相连的至少一个被控装置，且所述每个被控装置包括与所述第一控制单元相电连接的第一输入输出自动转换模块、与所述第一输入输出自动转换模块相电连接的光耦隔离模块、与所述光耦隔离模块相电连接的第二输入输出自动转换模块、及与所述第二输入输出自动转换模块相电连接的带有I/O口的第二控制单元。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，每个光耦隔离模块包括两个光耦IC1及IC2。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，所述每个第一输入输出自动转换模块包括与第一控制单元的I/O口相连的三极管Q1、Q3、Q4，其中，Q1的基极分别与所述第一控制单元的I/O口、Q4、及Q3的发射极相连，Q4的基极分别与Q1的基极、Q3的发射极相连，Q3的基极与Q2的集电极相连，Q2的基极与所述IC2的光敏管相连，Q1的发射极与所述IC1的发光二极管相连，且Q1、Q4、Q3的集电极和Q2的发射极均接地。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，所述每个第二输入输出自动转换模块包括Q5、Q6、Q7、Q8，其中，Q6的基极与IC1的光敏管相连，Q6的集电极与Q7的基极相连，Q7的发射极与Q8的基极相连，Q8的发射极和Q5的基极均与所述第二控制单元的I/O口相连，Q5的发射极与所述IC2的发光二极管相连，且Q5、Q7、Q8的集电极和Q6的发射极均接地。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，所述Q1、Q4、Q3为PNP型三极管，且Q2为NPN型三极管。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，所述Q5、Q7、Q8为PNP型三极管，且Q6为NPN型三极管。
在上述的单线双向通信光耦隔离电路中，所述第一控制单元包括MCU1，所述第二控制单元包括MCU2。
实施本发明的单线双向通信光耦隔离电路，通过采用输入输出自动转换模块及光耦隔离模块，使其可以实现单个I/O口的双向通信及光耦隔离，其不仅可实现一对一隔离通信，还可实现一对多隔离通信，本发明可大大减化多机通信所需的大量线缆，降低成本，提高可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中单I/O口的一对一隔离通信的电路结构框图；
图2是图1一实施例的电路原理图；
图3是本发明中单I/O口的一对多隔离通信的电路结构框图。
具体实施方式
参见图1及图3所示的单线双向通信光藕隔离电路结构框图，其包括第一控制单元1、一个或多个被控装置2。详见图1，图1是本发明中单I/O口的一对一隔离通信的电路结构框图。
第一控制单元1包括MCU1及I/O口，被控装置2包括依次连接的第一输入输出自动转换模块21、光电隔离模块、第二输入输出自动转换模块23、第二控制单元24，第二控制单元24包括MCU1及I/O口。第一控制单元1及第二控制单元24中的I/O口都既可以做输入接收数据，也可以做输出发送数据，其详细电路见图2所示。
第一输入输出自动转换模块21包括：分别与电源相连的上拉电阻R1、R3、R4、R5及接地的电阻R2，还包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4。其中，Q1的基极分别与第一控制单元1的I/O口、Q4、及Q3的发射极相连，Q4的基极分别与Q1的基极、Q3的发射极相连，Q3的基极与Q2的集电极相连，Q2的基极与光耦隔离模块22中的光耦IC2的光敏管相连，Q1的发射极与光耦IC1的发光二极管相连，且Q1、Q4、Q3的集电极和Q2的发射极均接地。且Q1、Q4、Q3为PNP型三极管，Q2为NPN型三极管。
第二输入输出自动转换模块23包括：分别与电源相连的上拉电阻R6、R8、R9、R10及接地的电阻R7，还包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8。其中，Q6的基极与IC1的光敏管相连，Q6的集电极与Q7的基极相连，Q7的发射极与Q8的基极相连，Q8的发射极和Q5的基极均与所述第二控制单元24的I/O口相连，Q5的发射极与所述IC2的发光二极管相连，且Q5、Q7、Q8的集电极和Q6的发射极均接地。且Q5、Q7、Q8为PNP型三极管，Q6为NPN型三极管。
从图2可看出，每个光耦隔离模块22包括两个光耦IC1及IC2，优选地，两个光耦相同，当与光耦相连的三极管导通时，可驱动光耦，从而实现双向通信的同时，可以实现光耦隔离。两个光耦IC1及IC2可以为普通的单路光耦以降低成本。
其工作原理如下：
一、MCU1的I/O口作为输出发送数据，MCU2的I/O口作为输入接收数据的过程：
当MCU 1的I/O口输出高电平时，Q1截止，光耦IC1不工作，Q6的基极没有偏置电流和电压而截止，从而导致Q7、Q8截止，因MCU2的I/O口为输入，则由于上拉电阻R10上拉为高电平，因此，此时的高电平信号传输给了MCU2。
当MCU1的I/O口输出低电平时，Q1饱和导通，光耦IC1工作，Q6的基极得到偏置电流和电压而饱和导通，从而导致Q7、Q8饱和导通，MCU2的I/O口为输入，则由于Q8饱和导通而将电平拉为低电平，因此，此时的低电平信号传输给了MCU2。
二、MCU2的I/O口作为输出发送数据，MCU1的I/O口作为输入接收数据的过程：
因第二输入输出自动转换模块23与第一输入输出自动转化模块的电路是对称的，本过程与上述过程原理一样。
当MCU2的I/O口输出高电平时，Q5截止，光耦IC2不工作，Q2的基极没有偏置电流和电压而截止、从而导致Q3、Q4截止，MCU1的I/O口为输入，则由于上拉电阻R5而将电平上拉为高电平，因此，此时的高电平信号传输给了MCU1。
当MCU2的I/O口输出低电平时，Q5饱和导通，光耦IC2工作，Q2的基极得到偏置电流和电压饱和导通、从而导致Q3、Q4饱和导通，MCU1的I/O口为输入，则由于Q4饱和导通而将电平拉为低电平，因此此时的低电平信号传输给了MCU1。
本发明还可以采用其它的实施方式实现，例如，每个第一输入输出自动转换模块及第二输入输出自动转换模块中的三极管不局限于上述情形，其均可以采用两个或两个以上的三极管以导通驱动光耦，优选地，采用上述的含有四个三极管的方式。
本发明还可以实现一对多隔离通信，这样可以实现一个控制板控制多个电器的工作。其实现原理如下：
如图3，其为一对多隔离通信框图，其包括一个第一控制单元1及多个被控装置或系统，每个被控装置或系统的构成与图1中的被控装置一样。当控制器(相当于主机)要控制某一被控装置或系统(相当于从机)时，首先通过I/O口将一个地址码和控制命令发送给所有被控装置或系统，当被控装置或系统接收到相匹配的地址时则作出相应的动作回应，没有与自己相符的地址码的被控装置或系统则不响应，其对应I/O口始终保持输入状态，从而不影响选中的被控装置或系统向控制器发送响应数据。所有被控装置或系统在没有接收到控制器的命令时都不主动发数据给控制器，整个过程通过软件控制数据发送和接收的时序，可确保数据不发生紊乱。提高了单线双向通信的可靠性。
由于MCU1和MCU2中的I/O口既可作为输入也可作为输出口线，通过第一输入输出自动转换模块21、第二输入输出自动转换模块23和光耦隔离模块22，本发明可以完成单I/O的一对一或一对多的隔离通信，解决了以往单一I/O口在隔离通信中只能作为输入或输出一个功能，从而造成MCU资源紧张的问题。同时，本发明的控制装置与多个被控制装置或系统之间为一对多的关系，各个被控制装置之间是相互独立的，且被控装置中也可以输出反馈信号给主机以更好的进行控制。而且，本发明只需要将多根线转换到一根线上并进行隔离即可，这样简化了线路，减少了成本，且本发明只需要普通单路光耦、若干电阻及三极管组成输入输出自动转换电路，电子元器件简单、价格较低，其也大大简化了多机通信所需的大量线缆，降低了整个电路成本，提高了可靠性。
综上所述，本发明可广泛应用于用一个控制器控制多个需要安全隔离的被控装置或系统之间的通信。且通信可靠，成本较低。

Claims (7)

1.一种单线双向通信光耦隔离电路，包括带有I/O口的第一控制单元，及与所述第一控制单元相连的至少一个被控装置，其特征在于，所述每个被控装置包括与所述第一控制单元相电连接的第一输入输出自动转换模块、与所述第一输入输出自动转换模块相电连接的光耦隔离模块、与所述光耦隔离模块相电连接的第二输入输出自动转换模块、及与所述第二输入输出自动转换模块相电连接的带有I/O口的第二控制单元。
2.根据权利要求1所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述每个光耦隔离模块包括两个光耦IC1及IC2。
3.根据权利要求1或2所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述每个第一输入输出自动转换模块包括与第一控制单元的I/O口相连的三极管Q1、Q3、Q4，其中，Q1的基极分别与所述第一控制单元的I/O口、Q4及Q3的发射极相连，Q4的基极分别与Q1的基极、Q3的发射极相连，Q3的基极与Q2的集电极相连，Q2的基极与所述IC2的光敏管相连，Q1的发射极与所述IC1的发光二极管相连，且Q1、Q4、Q3的集电极和Q2的发射极均接地。
4.根据权利要求1或2所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述每个第二输入输出自动转换模块包括Q5、Q6、Q7、Q8，其中，Q6的基极与所述IC1的光敏管相连，Q6的集电极与Q7的基极相连，Q7的发射极与Q8的基极相连，Q8的发射极和Q5的基极均与所述第二控制单元的I/O口相连，Q5的发射极与所述IC2的发光二极管相连，且Q5、Q7、Q8的集电极和Q6的发射极均接地。
5.根据权利要求3所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述Q1、Q4、Q3为PNP型三极管，且Q2为NPN型三极管。
6.根据权利要求4所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述Q5、Q7、Q8为PNP型三极管，且Q6为NPN型三极管。
7.根据权利要求1所述的单线双向通信光耦隔离电路，其特征在于，所述第一控制单元包括MCU1，所述第二控制单元包括MCU2。
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