CN103400493A - 有线测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供一种有线测温系统，包括MCU、接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）、切换收发状态模块（RD）、若干个数据总线接口收发模块、若干个总线连接器和若干个数字式温度传感器，总线连接器将DS18B20的OD门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，数据总线接口收发模块将MCU的GPIO的三态门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式。本方案使DS18B20这种数字式温度传感器更加适应使用于电磁干扰的工业生产现场；通讯距离有了很大提高；可将采集器的总线接口数量进行扩展，向不同方向布线，提高了采集器的温度收集范围，降低使用和设计难度；节省可编程器件，降低整个测温系统的成本。

Description

有线测温系统

技术领域

本发明创造涉及一种对大功率设备进行温度检测的测温系统，采用有线的数据传输结构，数据信号的传输方式采用类似于RS485总线通讯技术。

背景技术

现代工业生产现场常用的大功率电机、减速机、皮带滚筒、托辊等机械传动设备，因为运行环境恶劣、负荷高、速度快、运行时间长等因素，会带来不可避免的机械磨损，使设备严重发热损坏，甚至引起火灾，造成生产安全和人身事故；

针对上述问题，申请人所研发生产的有线测温系统，可有效实时在线检测此类设备的轴承、外壳等部位温度，并可进行超温报警和温度数据上传，实现故障早期诊断，防止设备损坏和火灾的发生。核心设备是数字式温度采集器、DS18B20数字式温度传感器和数据总线连接器，其中：

数字式温度采集器负责温度数据的采集、温度显示和上传以及超温报警功能；本专利所述MCU数据通讯电路为此设备电路的一部分，实现温度数据隔离通讯、三态门电平信号转换为差分电平信号和接口数量扩展功能；

DS18B20数字式温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的一线式数字温度传感器，是常用的标准数字式温度传感器，负责温度的探测和转换功能，本专利所述发明都使用此设备作为温度传感器，同时市场上也有很多仪表使用此温度传感器；

数据总线连接器负责将DS18B20的一线式数字总线的OD门电平信号转换为类似于RS485数据总线的差分电平信号，并将DS18B20接入数据总线；本专利所述数据总线连接器电路即为此设备的电路；

目前市场上的各类使用DS18B20数字式温度传感器的测温仪表，与DS18B20之间的数据总线连接技术，是直接使用DS18B20提供的一线式数据总线工作原理，将MCU（微型控制单元，以下简称“MCU”）的任一GPIO（通用输入/输出，或总线扩展器，以下简称为“GPIO”）引脚与DS18B20的DQ引脚相连；MCU的GPIO工作于三态门模式，可对DS18B20进行读写操作，DS18B20的DQ辅以上拉电阻，可以OD门工作方式收发数据，如图1所示：

图中uP为MCU的任一GPIO接口，4.7K电阻为DS18B20的上拉电阻，也是整条一线式数字总线的上拉电阻，DS18B20使用外部DC3.3～5.5V供电；

此种一线式数据总线的连接方法电路原理简单易行，仅需MCU的一个接口、一根数据线就能完成读写数据功能，可以达到比较高的通讯速度（最高约500Kbps）并且一条数据总线上可同时挂接多个DS18B20温度传感器。

使用上述一线式数据总线的连接方法时，由于直接使用MCU的GPIO接口的三态门工作方式、以及DS18B20的OD门工作方式组成共模信号传输数据的方式，但是这种共模传输数据的工作方式有一个致命的弱点，就是抗电磁干扰能力太差，并且数据总线距离不能达到比较长的距离；在需要长数据总线（50米到200米范围内）通讯，并且用于充满了高压设备和变频设备的工业生产现场环境中时，会受到非常强烈的电磁干扰，造成数据通讯失败。

发明内容

上述技术缺点的根本原因，就是MCU的GPIO接口以三态门工作方式、DS18B20以OD门工作方式，使用共模信号传输方式进行通讯，造成抗电磁干扰能力低下和通讯距离较短的结果；

作为本领域技术人员应都知晓：RS485总线通讯技术在工业现场得到广泛运用的一个重要原因，就是其抗电磁干扰能力强大，通讯工作稳定，而且数据总线能够达到比较长的传输距离（最远约1.2Km）；而RS485总线通讯具备此特性的根本原因，就是总线接口采用了平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，具有强大的抑制共模干扰的能力；

本专利所要解决的技术问题，就是将MCU的GPIO接口的三态门工作方式和DS18B20的OD门工作方式、以及它们组建的共模信号传输方式全部转换为类似于RS485总线通讯技术的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，并且不再增加其它可编程器件，从本质上提供一种解决其抗电磁干扰能力差和通讯距离短的问题的廉价简易方案。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：有线测温系统，包括MCU、接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）、切换收发状态模块（RD）、若干个数据总线接口收发模块、若干个总线连接器和若干个数字式温度传感器，

接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）和切换收发状态模块（RD）各自的一端与MCU的具有三态门功能的一个GPIO的引脚相连，另一端接入并联的至少1个数据总线接口收发模块；

每个数据总线接口收发模块通过总线接入若干个并联的总线连接器；

每个总线连接器对应接入一个数字式温度传感器；所述数字式温度传感器采用型号为DS18B20的传感器芯片；

总线连接器将DS18B20的OD门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，将DS18B20的数据经总线传递给数据总线接口收发模块；

数据总线接口收发模块将MCU的GPIO的三态门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，将各个总线连接器传输的信号再经接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）和切换收发状态模块（RD）传递给MCU处理。

进一步，所述接受数据模块（RXD）电路包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP6），

第二十七电阻（R27）的一端与光电耦合器（OP6）第六管脚并联作为接受数据模块（RXD）的输出端再接入MCU的一GPIO引脚，第二十七电阻（R27）的另一端与光电耦合器的第七、第八引脚以及第二十三电容（C23）的一端并接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1），第二十三电容（C23）的另一端与光电耦合器的第五管脚并接第一组+5V直流电源的负极（GND），光电耦合器（OP6）的第二管脚接第二组+5V直流电源的正极（+5V2），光电耦合器（OP6）的第三管脚接第三十电阻（R30）的一端，第三十电阻的另一端作为接受数据模块（RXD）的输入端。

进一步，所述切换收发状态模块（RD）包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP7），

第二十八电阻（R28）的一端作为切换收发状态模块（RD）的输入端接入MCU的一GPIO引脚，另一端接光电耦合器（OP7）的第三引脚；光电耦合器（OP7）的第二引脚接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1）；第三十一电阻（R31）的一端与光电耦合器（OP7）的第八引脚、第七引脚以及第二十四电容（C24）的一端并接入第二组+5V直流电源的正极（+5V2），第三十一电阻（R31）的另一端与光电耦合器（OP7）的第六管脚并联作为切换收发状态模块（RD）的输出端；第二十四电容（C24）的另一端与光电耦合器（OP7）的第五管脚共同接第二组+5V直流电源的负极（DGND）。

进一步，所述发送数据模块（TXD）包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP8），

第二十九电阻（R29）的一端作为发送数据模块（TXD）的输入端接入MCU的一GPIO引脚，另一端接光电耦合器（OP8）的第三引脚；光电耦合器（OP8）的第二引脚接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1）；第三十二电阻（R32）的一端与光电耦合器（OP8）的第八引脚、第七引脚以及第二十五电容（C25）的一端并接入第二组+5V直流电源的正极（+5V2），第三十二电阻（R32）的另一端与光电耦合器（OP8）的第六管脚并联作为发送数据模块（TXD）的输出端；第二十五电容（C25）的另一端与光电耦合器（OP8）的第五管脚共同接第二组+5V直流电源的负极（DGND）。

进一步，所述接受数据模块（RXD）、切换收发状态模块（RD）和发送数据模块（TXD）各自的光电耦合器（OP6、OP7、OP8）的第一和第四引脚断接。

进一步，所述每个数据总线接口收发模块包括

一型号为SP485的RS485数据总线接口收发器，

一高速开关二极管，其正极接入接受数据模块（RXD）的输出端，负极接SP485的RO引脚；

SP485的RE引脚和DE引脚并联接所述切换收发状态（RD）的输出端；

SP485的DI引脚接发送数据模块（TXD）的输出端；

一退耦滤波电容的一端接第二组+5V直流电源的负极（DGND），另一端与SP485的VCC引脚并接第二组+5V直流电源的正极（+5V2）；

SP485的GND引脚接第二组+5V直流电源的负极（DGND）；

SP485的B引脚接一自恢复保险作为所述总线的总线B线；

SP485的A引脚接一自恢复保险作为所述总线的总线A线；

进一步，所述SP485的B引脚和A引脚之间还接一总线终端电阻；

进一步，所述SP485的A引脚与第二组+5V直流电源的正极（+5V2）之间连接有一总线A线上拉电阻；

进一步，所述SP485的B引脚与第二组+5V直流电源的负极（DGND）之间连接有一总线B线下拉电阻；

进一步，所述总线B线下拉电阻两端还并联一瞬态抑制二极管(D13\D15)，此二极管的正极接第二组+5V直流电源的负极（DGND）；

进一步，所述SP485的A引脚与第二组+5V直流电源的负极（DGND）之间连接有另一瞬态抑制二极管(D14\D16)，此二极管的正极接第二组+5V直流电源的负极（DGND）；

进一步，所述每个总线连接器包括一型号为SP485的RS485数据总线接口收发器，

此SP485的B引脚经一自恢复保险接数据总线接口收发模块的总线B线；此SP485的A引脚经一自恢复保险接数据总线接口收发模块的总线A线；

此SP485的VCC引脚接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），GND引脚接第三组+5V直流电源的负极（DG），两管脚之间还连接有一退耦滤波电容（C104）；此SP485的RE引脚接第三组+5V直流电源的负极（DG），DI引脚通过一下拉电阻（R104）接第三组+5V直流电源的负极（DG）；

还包括一模拟比较器（U103A），进一步，此模拟比较器是型号为LM293的双路模拟比较器的一路；所述模拟比较器（U103A）的第1引脚即输出引脚连接总线连接器的SP485的DE引脚，模拟比较器（U103A）的第2引脚分别接一线式数据总线上拉电阻(R101)的一端、一快速整流二极管（D105）的阳极和DS18B20的数据引脚（DATA），一线式数据总线上拉电阻(R101)的另一端接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），快速整流二极管（D105）的阴极接此SP485的RO引脚；优选的，模拟比较器（U103A）的第1引脚还与第三组+5V直流电源的正极（+5V3）通过一上拉电阻(R107)连接;模拟比较器（U103A）的第三引脚接入0.3V的正极参考电压；优选的实现方式为，在第三组+5V直流电源的正极和负极之间串联有一47K欧姆1/8W1%精度和一3K欧姆1/8W1%精度的两个分压电阻，模拟比较器（U103A）的第三引脚接在两个分压电阻之间；

优选的，在第三组+5V直流电源的正极和负极之间依次串联有阴极朝向电源的正极的一快速整流二极管（D103）和一瞬态抑制二极管(D104)，两个二极管之间的连接端与模拟比较器（U103A）的第2引脚连接；

DS18B20的电源输入端通过一50mA的自恢复保险连接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），DS18B20的接地端连接第三组+5V直流电源的负极（DG）；进一步，在第三组+5V直流电源的正极和负极之间还并联有一压敏电阻(RS102)和一滤波电容（C105），优选的，此滤波电容选型为独石104。

进一步，所述总线连接器的SP485的B引脚与第三组+5V直流电源的负极（DG）之间连接有一下拉电阻(R105)，此下拉电阻(R105)两端并联一瞬态抑制二极管(D106)，此瞬态抑制二极管(D106)的阳极接第三组+5V直流电源的负极（DG）；进一步，总线连接器的SP485的A引脚与第三组+5V直流电源的正极（+5V3）之间连接有一上拉电阻(R106)；总线连接器的SP485的A引脚与第三组+5V直流电源的负极（DG）之间连接有另一瞬态抑制二极管(D107)，此瞬态抑制二极管(D107)的阳极接第三组+5V直流电源的负极（DG）。

本发明创造具有的优点和积极效果是：1、使DS18B20这种数字式温度传感器更加适应使用于电磁干扰的工业生产现场；2、实测在连接32个DS18B20及其配置的总线连接器时，可将转换后的类RS485数据总线的通信距离延长至至少200m，相比DS18B20一线式数据总线最高只能达到50m的通讯距离有了很大提高；可将采集器的总线接口数量进行扩展，向不同方向布线，极大提高了采集器的温度收集范围，降低现场使用和设计难度；3、节省可编程器件，无需编程，降低整个测温系统的成本。

附图说明

图1是现有技术中采用DS18B20的一线式数据总线连接电路原理图

图2是MCU数据通讯电路部分原理图

图3是数据总线连接器部分原理图

图4是有线测温系统连接示意图

具体实施方式

如图2所示，图中给出了2个数据总线接口收发模块与接受数据模块（RXD）、切换收发状态模块（RD）、发送数据模块（TXD）并联的示例，其中：

OP6、OP7、OP8为数据通讯用高速隔离光电耦合器芯片，选用型号为HCPL0601；这三个光耦将内部MCU的GPIO接口电路与外部通讯接口电路进行隔离保护，并能够高速传输数据；其中OP6用于接收数据（相对于MCU来说，下同），OP8用于发送数据，OP7用于切换收发状态；

任意选用MCU的三个具有三态门功能的GPIO引脚，分别连接到标号为RXD、RD、TXD的连线上，用于接收数据、切换收发状态和发送数据；注意此电路不是使用MCU的UART外设功能收发标准UART数据帧格式，而是靠GPIO引脚直接读取和发送连线上的电平状态，因为DS18B20的通讯数据帧不是标准的UART帧格式；

R28、R29、R30为光耦发射端的限流电阻，R27、R31、R32为光耦接收端的输出上拉电阻，选用型号为1KΩ1/8W；

U7、U8为RS485数据总线接口收发器芯片，选用型号为SP485，用于将共模信号传输方式转换为平衡发送和差分接收数据信号的传输方式；

D10、D11为高速开关二极管，选用型号为1N4148，用于将各个SP485芯片的RO引脚的数据输出隔开，使其输出数据时不会出现短路；图1中使用此原理扩展出2个RS485接口，也可以使用同样方法增加接口数量；注意每个DS18B20都具有全球唯一序列号，所以在实际传输数据时只有与MCU发送的序列号数据匹配的DS18B20会发送数据，而不会出现多个DS18B20同时发送数据造成总线冲突的情况；

R34、R36为RS485总线A线上拉电阻，选型为1KΩ1/8W，用于确定总线空闲电平，并辅助总线连接器接口电路发送正向差分信号；

R33、R35为RS485总线B线下拉电阻，选型为1KΩ1/8W，用于确定总线空闲电平，并辅助总线连接器接口电路发送正向差分信号；

R44、R45为总线终端电阻，选型为200Ω1/8W，用于消除总线信号反射波；

F7、F8、F9、F10为自恢复保险，选型为50mA，保护性器件，用于防止短路或浪涌电流烧毁电路；

D13、D14、D15、D16为瞬态抑制二极管，选型为SA5.0，保护性器件，用于防止浪涌电压烧毁电路；

C23、C24、C25、C26、C27为电容，选型为独石104，分别用于为OP6、OP7、OP8、U7、U8退耦滤波；

由于此电路要求电气隔离，必须使用2路相互隔离的DC5V电源为被OP6、OP7、OP8隔离开的内部MCU电路和外部通讯接口电路供电；此2路相互隔离的DC5V电源分别标为+5V1和+5V2，对应的电源负极标为GND和DGND。

图2详细连接描述：

标号为RXD、RD、TXD的连线分别连接MCU的任意三个具备普通GPIO功能的引脚；RXD另接R27和OP6的6脚，R27的另一端接+5V1；RD另接R28，R28另一端接OP7的3脚；TXD的另端接R29，R29的另一端接OP8的3脚；

OP6、OP7、OP8的1脚和4脚断路；OP6的2脚接+5V2，3脚接R30，R30的另一端接D10和D11的阳极，D10和D11的阴极分别接U7和U8的1脚；OP6的5脚接GND，7脚和8脚接+5V1和C23，C23另一端接GND；OP7和OP8的2脚接+5V1，5脚接DGND，7脚和8脚接+5V2并分别接C24和C25，C24和C25的另一端接DGND；R31一端接+5V2，另一端接OP7的6脚、U7和U8的2脚和3脚；R32一端接+5V2，另一端接OP8的6脚、U7和U8的4脚；

U7和U8的5脚接DGND，8脚接+5V2并分别接C25和C27，C25和C27的另一端接DGND；U7的6脚接F8、R44、R34和D14阳极，F8另一端为此RS485接口总线A线并标为DS18B20/A1，R34另一端接+5V2，D14阴极接DGND；U7的7脚接F7、R44另一端、R33和D13阳极，F7另一端为此RS485接口总线B线并标为DS18B20/B1，R33另一端接DNGD，D13阴极接DGND；

U8的6脚接F10、R45、R36和D16阳极，F10另一端为此RS485接口总线A线并标为DS18B20/A2，R36另一端接+5V2，D16阴极接DGND；U8的7脚接F9、R45另一端、R35和D15阳极，F9另一端为此RS485接口总线B线并标为DS18B20/B2，R35另一端接DNGD，D15阴极接DGND。

如图3所示，数据总线连接器部分原理图，主要实现功能说明：

a、将DS18B20的OD门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式；

b、防止DS18B20的数据线的信号在高低电平转换时出现短路；

c、防止RS485总线上的信号在正向差分信号和反向差分信号转换时出现短路；

图中，此电路供电电源为DC24V和DC5V，DC24V电源正极标为VDD，DC5V电源正极标为+5V3，这两个电源共用同一负极并标为DG；

P103为接插件，选型为2EDG5.08-3P，用于连接DS18B20，为其供电并连接其一线式数据总线；使用时P103的1脚到3脚分别接DS18B20的供电电源正极引脚、数据引脚和电源负极引脚；

F102为自恢复保险，选型为50mA，保护性器件，用于防止对外供电输出短路；

RS102为压敏电阻，选型为10D560K，保护性器件，用于防止雷击烧毁电路；

D103为快速整流二极管，选型为UF4003，用于将DS18B20的一线式数据总线上的信号高电平钳位于供电电压；

D104为瞬态抑制二极管，选型为SA6.0，保护性器件，用于防止浪涌电压烧毁电路；

C105为电容，选型为独石104，用于对外供电的滤波；

U102为RS485数据总线接口收发器芯片，选用型号为SP485，用于将共模信号传输方式转换为平衡发送和差分接收数据信号的传输方式；

R101为DS18B20一线式数据总线上拉电阻，选型为2KΩ1/8W，用于辅助DS18B20一线式数据总线输出高电平；

R102和R103为分压电阻，选型分别为47KΩ1/8W1%精度和3KΩ1/8W1%精度，用于输出0.3V电压作为模拟比较器的正极参考电压；

R104为下拉电阻，选型为10KΩ1/8W，用于将SP485的DI引脚电平下拉为低电平；

R105为RS485总线B线下拉电阻，选型为1KΩ1/8W，用于确定总线空闲电平，并辅助RS485接口电路发送正向差分信号；

R106为RS485总线A线上拉电阻，选型为1KΩ1/8W，用于确定总线空闲电平，并辅助RS485接口电路发送正向差分信号；

R107为模拟比较器输出引脚上拉电阻，选型为4.7KΩ1/8W，用于辅助模拟比较器输出高电平；

D105为快速整流二极管，选型为FR107，利用其正向压降特性可使SP485接收器输出的低电平有一定抬高；

U103A为双路模拟比较器芯片的其中一路，另一路不用，选型为LM293，用于比较输出DS18B20的数据，并与D105配合阻止RS485总线上的反向差分信号再次经SP485的驱动器输出回RS485总线，而RS485总线再转换为正向差分信号时造成短路；

F103、F104为自恢复保险，选型为50mA，保护性器件，用于防止短路或浪涌电流烧毁电路；

D106、D107为瞬态抑制二极管，选型为SA5.0，保护性器件，用于防止浪涌电压烧毁电路；

C103、C104为电容，选型为独石104，分别用于为U102、U103退耦滤波；

由于此电路没有MCU控制RS485接口的收发状态，即连接控制SP485芯片的2脚和3脚两个控制引脚，所以将2脚接DG可一直使能接收器；而SP485的驱动器控制引脚3脚则由DS18B20的一线式数据总线通过模拟比较器控制，并且驱动器输出引脚4脚一直下拉为低电平；这样当一线式数据总线为高电平时，高于模拟比较器正极参考电压0.3V，模拟比较器输出低电平，将SP485驱动器禁用，那么此时RS485总线上的电平状态将由R106和R105两个上下拉电阻确定，输出正向差分信号；而当一线式数据总线为低电平时，低于模拟比较器正极参考电压0.3V，模拟比较器输出高电平，将SP485驱动器使能，而此时4脚被下拉为低电平，那么RS485总线上的电平状态将由SP485的驱动器输出反向差分信号；上述设计可使DS18B20的一线式数据总线信号与RS485总线信号逻辑上保持一致；

而快速整流二极管FR107可将SP485的接收器在输出低电平时钳位于模拟比较器的参考电压0.3V和DS18B20接收数据逻辑0的上限电压0.8V之间，这样可使DS18B20接收到低电平信号，而模拟比较器不会输出高电平进而控制SP485的驱动器输出反向差分信号，这样可以防止当RS485总线再次转换为正向差分信号时出现瞬间短路的问题；而之所以选择FR107，是因为经过我们对常见的快速二极管进行实际温漂测试，在-20～50℃的工作环境中，正向电流为1～5mA时，FR107的正向压降可以保持在0.3～0.8V之间，符合我们的参数要求；

另外，如果不加入此模拟比较器和钳位二极管电路，而是简单的将DS18B20的一线式数据总线与SP485的1脚和4脚连接，并且一直使能发送器和接收器，则会在一线式数据总线信号由高电平转换为低电平时出现瞬间短路的问题。

图3所示例的详细连接描述：

P103的1脚接F102，F102另一脚接+5V3；P103的2脚接D103阳极、D104阴极、U103A的2脚、R101和D105阳极，D103阴极接+5V3，D104阳极接DG，R101另一端接+5V3，D105阴极接U102的1脚；P103的3脚接DG，并接RS102和C105，RS1022和C105另一端接+5V3；

U103A的1脚接R107和U102的3脚，R107另一端接+5V3；U103A的3脚接R102和R103，R102和R103的另一端分别接+5V3和DG；U103A的4脚接DG，8脚接VDD,C103一端接VDD另一端接DG；

U102的2脚和5脚接DG，8脚接+5V3和C104，4脚接R104，C104的另一端接DG，R104的另一端接DG；U102的6脚接F103、R106和D107，F103另一端为RS485接口总线A线并标为DS18B20/A，R106另一端接+5V3，D107另一端接DG；U102的7脚接F104、R105和D106，F104另一端为RS485接口总线B线并标为DS18B20/B，R105和D107另一端接DG；

采集器MCU数据通讯电路、总线连接器和DS18B20之间的连接关系如图4所示：MCU数据通讯电路可扩展多个数据总线接口收发模块，每个数据总线接口收发模块都可以连接一对类RS485数据总线，而且在每对数据总线上可以挂接多个总线连接器（最多32个）；每个总线连接器的DS18B20A和DS18B20B都分别连接在总线的DS18B20/AN和DS18B20/BN上即可（N为总线编号）；每个总线连接器可通过其上的P103插接件连接一个DS18B20温度传感器。

本方案从本质上解决了DS18B20的一线式数据总线抗电磁干扰能力差和数据传输距离短的问题；并且无需其它可编程器件和程序进行接口和通讯协议转换。

本方案中出现的专业术语解释：

MCU：微型控制单元；

三态门：输出既可以是一般二值逻辑电路的正常的“0”状态和“1”状态，又可以保持特有的高阻抗状态，处于高阻抗状态时，其输出相当于断开状态，没有任何逻辑控制功能。

OD门：漏极开路的门电路，只能将输出口电平拉低到电源负，因为不能输出高电平，使用时需要在输出口接上拉电阻。

共模传输和差模传输：电压或电流信号在传输时有两种模式，一种是两根导线分别做为往返线路传输；另一种是两根导线做去路,地线做返回路传输；前者叫"差模传输"，后者叫"共模传输"。

Claims (10)

1.有线测温系统，其特征在于：包括MCU、接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）、切换收发状态模块（RD）、若干个数据总线接口收发模块、若干个总线连接器和若干个数字式温度传感器，

所述接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）和切换收发状态模块（RD）各自的一端与MCU的具有三态门功能的一个GPIO的引脚相连，另一端接入并联的至少1个数据总线接口收发模块；

每个数据总线接口收发模块通过总线接入若干个并联的总线连接器；

每个总线连接器对应接入一个数字式温度传感器；所述数字式温度传感器采用型号为DS18B20的传感器芯片；

总线连接器将DS18B20的OD门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，将DS18B20的数据经总线传递给数据总线接口收发模块；

数据总线接口收发模块将MCU的GPIO的三态门工作方式转换为RS485总线接口的平衡发送和差分接收数据信号的工作方式，将各个总线连接器传输的信号再经接受数据模块（RXD）、发送数据模块（TXD）和切换收发状态模块（RD）传递给MCU处理。

2.根据权利要求1所述的有线测温系统，其特征在于：所述接受数据模块（RXD）电路包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP6），

一第二十七电阻（R27），其一端与光电耦合器（OP6）第六管脚并联作为接受数据模块（RXD）的输出端再接入MCU的一GPIO引脚，第二十七电阻（R27）的另一端与光电耦合器的第七、第八引脚以及一第二十三电容（C23）的一端并接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1），第二十三电容（C23）的另一端与光电耦合器的第五管脚并接第一组+5V直流电源的负极（GND），光电耦合器（OP6）的第二管脚接第二组+5V直流电源的正极（+5V2），光电耦合器（OP6）的第三管脚接第三十电阻（R30）的一端，第三十电阻的另一端作为接受数据模块（RXD）的输入端。

3.根据权利要求1所述的有线测温系统，其特征在于：所述切换收发状态模块（RD）包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP7），

第二十八电阻（R28）的一端作为切换收发状态模块（RD）的输入端接入MCU的一GPIO引脚，另一端接光电耦合器（OP7）的第三引脚；光电耦合器（OP7）的第二引脚接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1）；第三十一电阻（R31）的一端与光电耦合器（OP7）的第八引脚、第七引脚以及第二十四电容（C24）的一端并接入第二组+5V直流电源的正极（+5V2），第三十一电阻（R31）的另一端与光电耦合器（OP7）的第六管脚并联作为切换收发状态模块（RD）的输出端；第二十四电容（C24）的另一端与光电耦合器（OP7）的第五管脚共同接第二组+5V直流电源的负极（DGND）。

4.根据权利要求1所述的有线测温系统，其特征在于：所述发送数据模块（TXD）包括

一型号为HCPL0601的数据通讯用高速隔离光电耦合器（OP8），

第二十九电阻（R29）的一端作为发送数据模块（TXD）的输入端接入MCU的一GPIO引脚，另一端接光电耦合器（OP8）的第三引脚；光电耦合器（OP8）的第二引脚接入第一组+5V直流电源的正极（+5V1）；第三十二电阻（R32）的一端与光电耦合器（OP8）的第八引脚、第七引脚以及第二十五电容（C25）的一端并接入第二组+5V直流电源的正极（+5V2），第三十二电阻（R32）的另一端与光电耦合器（OP8）的第六管脚并联作为发送数据模块（TXD）的输出端；第二十五电容（C25）的另一端与光电耦合器（OP8）的第五管脚共同接第二组+5V直流电源的负极（DGND）。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的有线测温系统，其特征在于：所述光电耦合器的第一和第四引脚均断接。

6.根据权利要求1所述的有线测温系统，其特征在于：所述每个数据总线接口收发模块包括

一型号为SP485的RS485数据总线接口收发器，

一高速开关二极管，其正极接入接受数据模块（RXD）的输出端，负极接SP485的RO引脚；

SP485的RE引脚和DE引脚并联接所述切换收发状态模块（RD）的输出端；

SP485的DI引脚接发送数据模块（TXD）的输出端；

一退耦滤波电容的一端接第二组+5V直流电源的负极（DGND），另一端与SP485的VCC引脚并接第二组+5V直流电源的正极（+5V2）；

SP485的GND引脚接第二组+5V直流电源的负极（DGND）；

SP485的B引脚接一自恢复保险作为所述总线的总线B线；

SP485的A引脚接一自恢复保险作为所述总线的总线A线。

7.根据权利要求1所述的有线测温系统，其特征在于：所述每个总线连接器包括一型号为SP485的RS485数据总线接口收发器，

此SP485的B引脚经一自恢复保险接数据总线接口收发模块的总线B线；此SP485的A引脚经一自恢复保险接数据总线接口收发模块的总线A线；

此SP485的VCC引脚接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），GND引脚接第三组+5V直流电源的负极（DG），两管脚之间还连接有一退耦滤波电容（C104）；此SP485的RE引脚接第三组+5V直流电源的负极（DG），DI引脚通过一下拉电阻（R104）接第三组+5V直流电源的负极（DG）；

还包括一模拟比较器（U103A）；所述模拟比较器（U103A）的第1引脚即输出引脚连接总线连接器的SP485的DE引脚，模拟比较器（U103A）的第2引脚分别接一线式数据总线上拉电阻(R101)的一端、一快速整流二极管（D105）的阳极和DS18B20的数据引脚（DATA），一线式数据总线上拉电阻(R101)的另一端接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），快速整流二极管（D105）的阴极接此SP485的RO引脚；模拟比较器（U103A）的第三引脚接入0.3V的正极参考电压；

DS18B20的电源输入端通过一50mA的自恢复保险连接第三组+5V直流电源的正极（+5V3），DS18B20的接地端连接第三组+5V直流电源的负极（DG）。

8.根据权利要求7所述的有线测温系统，其特征在于：所述模拟比较器（U103A）的第3引脚还与第三组+5V直流电源的正极（+5V3）通过一上拉电阻(R107)连接。

9.根据权利要求7所述的有线测温系统，其特征在于：在第三组+5V直流电源的正极和负极之间依次串联有阴极朝向电源的正极的一快速整流二极管（D103）和一瞬态抑制二极管(D104)，两个二极管之间的连接端与模拟比较器（U103A）的第2引脚连接。

10.根据权利要求7所述的有线测温系统，其特征在于：在第三组+5V直流电源的正极和负极之间还并联有一压敏电阻(RS102)和一滤波电容（C105）；

所述总线连接器的SP485的B引脚与第三组+5V直流电源的负极（DG）之间连接有一下拉电阻(R105)，此下拉电阻(R105)两端并联一瞬态抑制二极管(D106)，此瞬态抑制二极管(D106)的阳极接第三组+5V直流电源的负极（DG）；进一步，总线连接器的SP485的A引脚与第三组+5V直流电源的正极（+5V3）之间连接有一上拉电阻(R106)；总线连接器的SP485的A引脚与第三组+5V直流电源的负极（DG）之间连接有另一瞬态抑制二极管(D107)，此瞬态抑制二极管(D107)的阳极接第三组+5V直流电源的负极（DG）。

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