CN102324179B - 一种二总线通信接口电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二总线通信技术领域。本发明的二总线通信接口电路，包括：一主机单元和多个从机单元，主机单元通过二芯线连接各个从机单元。所述的主机单元包括：微控制器处理电路、通信信号发送电路、通信信号接收电路、通信线路保护电路和通信线路供电源；所述的从机单元包括：极性变换电路、稳压电源、通信信号接收电路、通信信号发送电路、微控制器处理电路和传感信号采集电路。本发明通过在主机单元的二芯线设置共模、差模和过流保护电路，对雷击或其它电力线路的串入，也能够保证各个通信节点设备的安全；通过对主机单元和从机单元的通信信号接收电路和通信信号发送电路的电路细节的改进，提高了通信信号的传输质量。
Description
技术领域
本发明涉及二总线通信技术领域，尤其涉及一种二总线通信接口电路。
背景技术
在需要对分散分布于不同位置的各种环境变量进行实施数据采集和监控的领域，常采用二总线通信技术进行通信数据的传输，因需要采集和监控的现场环境的各个位置之间的距离比较远时，二总线的通信方式可极大地节约通信的布线本。另外，为节约通信布线成本，分散设置于数据采集现场不同位置的各个数据采集器的电源也是通过二总线的线缆由数据采集主机提供。
而现有的二总线通信方案尚具有以下不足之处：1,通信线材的二芯线通常是室外布线且布线距离较远，对雷击或其它电力线路的串入，不能保证各个通信节点设备的安全；2，现有的数据采集器和数据采集主机的通信信号发射和接受接口电路的设计较为简陋，使得其通信信号的传输质量不高，其信道容量难以实现2000米左右的信号传输且支持数据采集器的数目也难以达到200个。3，每个数据采集器电源由外部供电，其材料和人工成本高，特别在供电困难的地方。
发明内容
针对现有技术方案的不足，本发明提出一种改善了信道容量和设备安全性的二总线通信接口电路。
本发明采用的技术方案如下：
一种二总线通信接口电路，包括：一主机单元和多个从机单元，所述的主机单元通过二芯线连接各个从机单元，其中：
所述的主机单元包括：微控制器处理电路、通信信号发送电路、通信信号接收电路、通信线路保护电路和通信线路供电源，其中，所述的通信信号发送电路的输入端接所述微控制器处理电路的码电平输出端口，其输出端一端接所述的通信线路供电源，另一端接于所述二芯线的第一支，所述的通信信号接收电路的输入端接所述二芯线的第二支，其输出端接所述微控制器处理电路的码电平输入端，所述的通信线路保护电路是接于所述二芯线上的共模、差模保护电路和过流保护电路；
所述的从机单元包括：极性变换电路、稳压电源、通信信号接收电路、通信信号发送电路、微控制器处理电路和传感信号采集电路，其中，所述的极性变换电路的输入端接所述二芯线的两支，其输出的负端接地，其输出的正端分别和所述稳压电源的输入端、通信信号发送电路的输出端以及通信信号接收电路的输入端并联连接，所述通信信号发送电路的输入端接所述微控制器处理电路的码信号输出端，所述通信信号接收电路的输出端接所述微控制器处理电路的码信号输入端，所述的传感信号采集电路输出端接于所述微控制器处理电路的数据采集端口。
进一步的，所述主机单元的通信信号发送电路，包括：码整形电路和功率信号输出电路，所述的码整形电路是一施密特触发电路，所述的功率信号输出电路是一MOS管开关电路，所述施密特触发电路的输入端接微控制器处理电路的码信号输出端，其输出端接所述MOS管开关电路的输入端，该MOS管开关电路的MOS管的源极和漏极的一端接所述的通信线路供电源，另一端接于所述二芯线的第一支。
更进一步的，所述功率信号输出电路的MOS管开关电路，还包括一MOS开关管电压钳位电路，该MOS开关管电压钳位电路包括：达林顿三极管Q5、稳压二极管D2、二极管D3和电阻R5，其中，所述达林顿三极管Q5的集电极接于所述MOS管开关电路中MOS管的漏极，其发射极通过正向连接的二极管D3接于所述MOS管的源级，其基极通过电阻R5接地，所述的稳压二极管D2的负极接达林顿三极管Q5的集电极，其正极接达林顿三极管Q5的基极。
进一步的，所述主机单元的通信信号发送电路，还包括一MOS管开关电路，该MOS管开关电路的控制端接所述微控制器处理电路的通信信号发送电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述通信信号发送电路的输出端，另一端接于所述的通信线路供电源。
进一步的，所述主机单元的通信信号接收电路包括：电阻取样电路、信号放大电路、信号判别电路和信号整形电路，其中，所述的电阻取样电路的输入端接所述二芯线的第二支，其输出端接所述信号放大电路的输入端，该信号放大电路的输出端接所述信号判别电路的输入端，该信号判别电路的输出端接所述信号整形电路的输入端，该信号整形电路的输出端接所述微控制器处理电路的码电平输入端口。
更进一步的，所述主机单元的通信信号接收电路还包括一MOS管开关电路，该MOS管开关电路的控制端接所述微控制器处理电路的通信信号接收电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述二芯线的第二支，另一端接所述电阻取样电路的输入端。
进一步的，所述通信线路保护电路的过流保护电路，包括：三极管Q6-Q7、二极管D6-D7、电阻R6-R12、电容C1，其中，所述的电阻R7串联接于所述二芯线的第一支，所述的三极管Q6的基极通过电阻R6接所述电阻R7的一端，该三极管的发射极接所述电阻R7的另一端，其集电极串联电阻R8、二极管D6后接所述电容C1的一端，所述二芯线的另一支串联所述的二极管D7、二极管D8和电阻R12后接所述二极管D6的正极，所述电容C1的另一端接地，所述三极管Q7的基极通过电阻R9接所述电容C1的一端，其发射极接地，其集电极通过电阻R11接于供电源，所述电阻R10并联接于三极管Q7的基极和发射极，该三极管的集电极接所述微控制器处理电路的过流信号输入端。
进一步的，所述从机单元的极性变换电路是一整流桥。
进一步的，所述从机单元的通信信号发送电路包括：三极管Q8、电阻R13-R15、二极管D8、电容C2，其中所述三极管Q8的集电极通过电阻R13接所述极性变换电路的输出正端，其发射极接地，其基极串联所述的二极管D8、电阻R14后接所述微控制器处理电路的码信号输出端，所述的电容C2并联接于电阻R14的两端，所述电阻R15并联接于三极管Q8的基极和发射极。
更进一步的，所述从机单元的通信信号接收电路包括：电容C3-C4、电阻R16-R19、二极管D9、三极管Q9，其中，所述电容C3的一端接所述通信信号发送电路中三极管Q8的集电极，另一端依次串联所述的电阻R16和电容C4后接地，该电阻R16和电容C4的连接点接所述三极管Q9的基极并通过电阻R17接供电源，所述二极管D9并联接于电阻R17的两端，所述三极管Q9的发射极接地，其集电极通过电阻R10接供电源并通过电阻R19接所述微控制器处理电路的码信号输入端。
本发明通过采用上述技术方案，具有的有益效果是：1,通过在主机单元的二芯线设置共模、差模和过流保护电路，对雷击或其它电力线路的串入，也能够保证各个通信节点设备的安全；2，通过对主机单元和从机单元的通信信号接收电路和通信信号发送电路的改进方案，提高了通信信号的传输质量，其信道容量可实现2000米的远距离信号传输且其支持数据采集器的数目也可达到200个。
附图说明
图1是本发明一优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如附图1所示的本发明的二总线通信接口电路，包括：一主机单元1和多个从机单元2，所述的主机单元1通过二芯线L+和L-连接各个从机单元2，其中：
所述的主机单元1包括：微控制器处理电路101、通信信号发送电路102、通信信号接收电路103、通信线路保护电路104和通信线路供电源105，其中，所述的通信信号发送电路102的输入端接所述微控制器处理电路101的码电平输出端口，其输出端一端接所述的通信线路供电源105，另一端接于所述二芯线的第一支芯线L+，所述的通信信号接收电路103的输入端接所述二芯线的第二支芯线L-，其输出端接所述微控制器处理电路101的码电平输入端，所述的通信线路保护电路104是接于所述二芯线上的共模、差模保护电路和过流保护电路104A。
所述的从机单元2包括：极性变换电路201、稳压电源202、通信信号接收电路203、通信信号发送电路204、微控制器处理电路205和传感信号采集电路206，其中，所述的极性变换电路201的输入端接所述二芯线L+和L-两支，其输出的负端接地，其输出的正端分别和所述稳压电源202的输入端、通信信号发送电路204的输出端以及通信信号接收电路203的输入端并联连接，所述通信信号发送电路204的输入端接所述微控制器处理电路205的码信号输出端，所述通信信号接收电路203的输出端接所述微控制器处理电路205的码信号输入端，所述的传感信号采集电路206输出端接于所述微控制器处理电路205的数据采集端口。
进一步的，所述主机单元1的通信信号发送电路102，包括：码整形电路和功率信号输出电路，所述的码整形电路是一施密特触发电路，所述的功率信号输出电路是一MOS管开关电路，所述施密特触发电路的输入端接微控制器处理电路101的码信号输出端，其输出端接所述MOS管开关电路的输入端，该MOS管开关电路的MOS管的源极和漏极的一端接所述的通信线路供电源105，另一端接于所述二芯线的第一支芯线L+。
更进一步的，所述功率信号输出电路的MOS管开关电路，还包括一MOS开关管电压钳位电路102A，该MOS开关管电压钳位电路102A包括：达林顿三极管Q5、稳压二极管D2、二极管D3和电阻R5，其中，所述达林顿三极管Q5的集电极接于所述MOS管开关电路中MOS管的漏极，其发射极通过正向连接的二极管D3接于所述MOS管的源级，其基极通过电阻R5接地，所述的稳压二极管D2的负极接达林顿三极管Q5的集电极，其正极接达林顿三极管Q5的基极。
进一步的，所述主机单元1的通信信号发送电路102，还包括一开关电路102B，该开关电路102B是一MOS管开关电路，该MOS管开关电路的控制端接所述微控制器处理电路101的通信信号发送电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述通信信号发送电路102的输出端，另一端接于所述的通信线路供电源105。
进一步的，所述主机单元1的通信信号接收电路103包括：电阻取样电路、信号放大电路、信号判别电路和信号整形电路，其中，所述的电阻取样电路的输入端接所述二芯线的第二支芯线L-，其输出端接所述信号放大电路的输入端，该信号放大电路的输出端接所述信号判别电路的输入端，该信号判别电路的输出端接所述信号整形电路的输入端，该信号整形电路的输出端接所述微控制器处理电路101的码电平输入端口。
更进一步的，所述主机单元1的通信信号接收电路还包括一MOS管开关电路103B，该MOS管开关电路103B的控制端接所述微控制器处理电路101的通信信号接收电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述二芯线的第二支芯线L-，另一端接所述电阻取样电路的输入端。
进一步的，所述通信线路保护电路的过流保护电路104A，包括：三极管Q6-Q7、二极管D6-D7、电阻R6-R12、电容C1，其中，所述的电阻R7串联接于所述二芯线的第一支芯线L+，所述的三极管Q6的基极通过电阻R6接所述电阻R7的一端，该三极管的发射极接所述电阻R7的另一端，其集电极串联电阻R8、二极管D6后接所述电容C1的一端，所述二芯线的另一支L-串联所述的二极管D7、二极管D8和电阻R12后接所述二极管D6的正极，所述电容C1的另一端接地，所述三极管Q7的基极通过电阻R9接所述电容C1的一端，其发射极接地，其集电极通过电阻R11接于5V的供电源，所述电阻R10并联接于三极管Q7的基极和发射极，该三极管的集电极接所述微控制器处理电路101的过流信号输入端。
进一步的，所述从机单元2的极性变换电路201是一整流桥。
进一步的，所述从机单元2的通信信号发送电路204包括：三极管Q8、电阻R13-R15、二极管D8、电容C2，其中所述三极管Q8的集电极通过电阻R13接所述极性变换电路201的输出正端，其发射极接地，其基极串联所述的二极管D8、电阻R14后接所述微控制器处理电路205的码信号输出端，所述的电容C2并联接于电阻R14的两端，所述电阻R15并联接于三极管Q8的基极和发射极。
更进一步的，所述从机单元2的通信信号接收电路203包括：电容C3-C4、电阻R16-R19、二极管D9、三极管Q9，其中，所述电容C3的一端接所述通信信号发送电路204中三极管Q8的集电极，另一端依次串联所述的电阻R16和电容C4后接地，该电阻R16和电容C4的连接点接所述三极管Q9的基极并通过电阻R17接供电源，所述二极管D9并联接于电阻R17的两端，所述三极管Q9的发射极接地，其集电极通过电阻R10接供电源并通过电阻R19接所述微控制器处理电路205的码信号输入端。
该二总线通信接口电路中的熔断型保险丝F1、F2和自恢复保险丝F3为过流保护器件，对共模电压差模电压的过流起保护作用。T1、T2、T3为玻璃放电管对高压信号进行箝位，D12、D13、D14为双向TVS管对超限低压信号进行箝位，R23为压敏电阻，R20、R27、R47为限流电阻，R7为芯片L+的电流检测电阻，当电流超过1A时，三极管Q6输出电压到三极管Q7，三极管Q7导通输出低电平到单片机U8的检测端P0.2，单片机的P0.4输低电平到三极管Q3，经过三极管Q3反相后变为高电平控制场效应三极管Q4（IRF9530）关断芯线L+输出。R26为信号和电流釆样电阻，当电流超过1A时，输出电压经二极管D7箝位后送到三极管Q7，三极管Q7导通输出低电平到单片机U8的检测端P0.2，单片机的P0.3输高电平到三级管Q13，控制Q12（IRF630）关断芯线L-输出。当过流关断自保时，单片机每隔2秒开关断5毫秒，检测过流是否消失，当过流消失时，二总线恢复输出。微控制器处理电路101的单片机发出的数据经U2B74HC14和三极管Q1控制场效应三极管Q2（IRF9530）的通断，形成脉冲信号。三级管Q5输出电压大约为VDD-5V，经隔离二极管D3与脉冲信号合并，形成在VDD-5V上的脉冲信号。为了提高给传感信号采集电路的电压，不发数据时场效应三极管Q2导通输出电源电压VDD给传感信号采集电路。经釆样电阻R26取出脉冲电流信号经隔直电容C13送到运放U2、U3，经运放二级同相放大后进入比较器U4形成脉冲信号，再经过74HC14芯片U5进行整形后送到单片机U8的P0.0解码。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种二总线通信接口电路，包括：一主机单元和多个从机单元，所述的主机单元通过二芯线连接各个从机单元，其特征在于：
所述的主机单元包括：微控制器处理电路、通信信号发送电路、通信信号接收电路、通信线路保护电路和通信线路供电源，其中，所述的通信信号发送电路的输入端接所述微控制器处理电路的码电平输出端口，其输出端一端接所述的通信线路供电源，另一端接于所述二芯线的第一支，所述的通信信号接收电路的输入端接所述二芯线的第二支，其输出端接所述微控制器处理电路的码电平输入端，所述的通信线路保护电路是接于所述二芯线上的共模、差模保护电路和过流保护电路；所述通信信号发送电路，具体包括：码整形电路和功率信号输出电路，所述的码整形电路是一施密特触发电路，所述的功率信号输出电路是一MOS管开关电路，所述施密特触发电路的输入端接微控制器处理电路的码信号输出端，其输出端接所述MOS管开关电路的输入端，该MOS管开关电路的MOS管的源极和漏极的一端接所述的通信线路供电源，另一端接于所述二芯线的第一支；所述主机单元的通信信号接收电路，具体包括：电阻取样电路、信号放大电路、信号判别电路和信号整形电路，其中，所述的电阻取样电路的输入端接所述二芯线的第二支，其输出端接所述信号放大电路的输入端，该信号放大电路的输出端接所述信号判别电路的输入端，该信号判别电路的输出端接所述信号整形电路的输入端，该信号整形电路的输出端接所述微控制器处理电路的码电平输入端口；
所述的从机单元包括：极性变换电路、稳压电源、通信信号接收电路、通信信号发送电路、微控制器处理电路和传感信号采集电路，其中，所述的极性变换电路的输入端接所述二芯线的两支，其输出的负端接地，其输出的正端分别和所述稳压电源的输入端、通信信号发送电路的输出端以及通信信号接收电路的输入端并联连接，所述通信信号发送电路的输入端接所述微控制器处理电路的码信号输出端，所述通信信号接收电路的输出端接所述微控制器处理电路的码信号输入端，所述的传感信号采集电路输出端接于所述微控制器处理电路的数据采集端口。
2.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述功率信号输出电路的MOS管开关电路，还包括一MOS开关管电压钳位电路，该MOS开关管电压钳位电路包括：达林顿三极管Q5、稳压二极管D2、二极管D3和电阻R5，其中，所述达林顿三极管Q5的集电极接于所述MOS管开关电路中MOS管的漏极，其发射极通过正向连接的二极管D3接于所述MOS管的源级，其基极通过电阻R5接地，所述的稳压二极管D2的负极接达林顿三极管Q5的集电极，其正极接达林顿三极管Q5的基极。
3.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述主机单元的通信信号发送电路，还包括一MOS管开关电路，该MOS管开关电路的控制端接所述微控制器处理电路的通信信号发送电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述通信信号发送电路的输出端，另一端接于所述的通信线路供电源。
4.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述主机单元的通信信号接收电路还包括一MOS管开关电路，该MOS管开关电路的控制端接所述微控制器处理电路的通信信号接收电路开关控制端，其MOS管的源级和漏极一端接所述二芯线的第二支，另一端接所述电阻取样电路的输入端。
5.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述通信线路保护电路的过流保护电路，包括：三极管Q6-Q7、二极管D6-D7、电阻R6-R12、电容C1，其中，所述的电阻R7串联接于所述二芯线的第一支，所述的三极管Q6的基极通过电阻R6接所述电阻R7的一端，该三极管的发射极接所述电阻R7的另一端，其集电极串联电阻R8、二极管D6后接所述电容C1的一端，所述二芯线的另一支串联所述的二极管D7、二极管D8和电阻R12后接所述二极管D6的正极，所述电容C1的另一端接地，所述三极管Q7的基极通过电阻R9接所述电容C1的一端，其发射极接地，其集电极通过电阻R11接于供电源，所述电阻R10并联接于三极管Q7的基极和发射极，该三极管的集电极接所述微控制器处理电路的过流信号输入端。
6.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述从机单元的极性变换电路是一整流桥。
7.如权利要求1所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述从机单元的通信信号发送电路包括：三极管Q8、电阻R13-R15、二极管D8、电容C2，其中所述三极管Q8的集电极通过电阻R13接所述极性变换电路的输出正端，其发射极接地，其基极串联所述的二极管D8、电阻R14后接所述微控制器处理电路的码信号输出端，所述的电容C2并联接于电阻R14的两端，所述电阻R15并联接于三极管Q8的基极和发射极。
8.如权利要求7所述的二总线通信接口电路，其特征在于：所述从机单元的通信信号接收电路包括：电容C3-C4、电阻R16-R19、二极管D9、三极管Q10，其中，所述电容C3的一端接所述通信信号发送电路中三极管Q8的集电极，另一端依次串联所述的电阻R16和电容C4后接地，该电阻R16和电容C4的连接点接所述三极管Q10的基极并通过电阻R17接供电源，所述二极管D9并联接于电阻R17的两端，所述三极管Q10的发射极接地，其集电极通过电阻R10接供电源并通过电阻R19接所述微控制器处理电路的码信号输入端。
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