CN104035368B - 一种dcs控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯电路技术领域，公开了一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，用于实现第一CPU芯片IC1和第二CPU芯片IC4之间的数据交换，所述光通讯电路包括第一收发器IC2和第二收发器IC3，且所述第一收发器IC2和第二收发器IC3的结构一致，均包括信号接收电路、信号发送电路及与信号接收电路、信号发送电路连接的逻辑控制器。本发明通过增加光收发电路，使功能模块与功能模块之间，功能模块与控制器之间及控制器与控制器之间的数据实现无插接件的传输，确保通讯的质量，消除电磁干扰，延长使用寿命，提高了通讯速率，实现了通讯模块的热拔插，有效保证了DCS控制系统的运行质量，极大降低了控制的风险。

Description

一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路

技术领域

本发明涉及通讯电路技术领域，更具体地说，特别涉及一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路。

背景技术

随着自动化技术在各领域的不断拓展，用户对于DCS系统的稳定性及适用性也在不断提高。

在传统的DCS系统中，功能模块与控制器、功能模块与功能模块、控制器与控制器之间均采用串行总线通讯的方式，在硬件上均采用插接件进行连接，由于插件间存在接触电阻，使用年限越长，可靠性就越差；另外，系统中的数据由于采用有线传输方式，无法完全避免电磁的干扰，在强电磁干扰的环境下，数据传输易造成紊乱。

同时由于采用的是有线连接的方式，带电拔插时可能造成DCS控制系统中功能模块或控制器的损坏，所以，在传统的DCS系统中一般主张断电更换功能模块及控制器，以规避DCS系统的控制风险，同时，整个操作过程也较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，用于实现第一CPU芯片IC1和第二CPU芯片IC4之间的数据交换，所述光通讯电路包括第一收发器IC2和第二收发器IC3，且所述第一收发器IC2和第二收发器IC3的结构一致，均包括信号接收电路、信号发送电路及与信号接收电路、信号发送电路连接的逻辑控制器。

根据本发明的一优选实施例：所述信号接收电路包括依次连接的光接收管D1、放大电路、比较电路、三态驱动电路和数据接收引脚RXD，且所述逻辑控制器还与放大电路的控制端、比较电路的控制及三态驱动电路的控制端连接。

根据本发明的一优选实施例：所述信号发送电路包括数据发送引脚TXD、驱动电路和光发射管D2，所述数据发送引脚RXD通过逻辑控制器后与驱动电路连接，所述驱动电路与光发射管D2连接。

根据本发明的一优选实施例：还包括第一封装线和第二封装线，所述数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD均设于第一封装线上，所述第一封装线上还设有收发器工作电源正极VCC1，发射极电源正极VCC2、逻辑控制引脚SD和收发器工作电源负极GND，所述收发器工作电源正极VCC1和收发器工作电源负极GND与外部电源连接，所述发射极电源正极VCC2与光发射管D2连接；所述逻辑控制引脚SD与逻辑控制器连接，且在所述逻辑控制引脚SD输入高电平时，所述逻辑控制器控制放大电路、比较电路、三态驱动电路和驱动电路停止工作，所述第一收发器IC2和第二收发器IC3处于休眠模式；在所述逻辑控制引脚SD输入低电平时，所述逻辑控制器控制放大电路、比较电路、三态驱动电路和驱动电路工作，所述第一收发器IC2和第二收发器IC3处于工作模式；所述光接收管D1安装于第二封装线上，所述光发射管D2的一端安装在第二封装线上并与驱动电路连接，另一端与第一封装线上的发射极电源正极VCC2连接。

根据本发明的一优选实施例：所述收发器工作电源正极VCC1和发射极电源正极VCC2均与+3.3V电源连接，所述收发器工作电源负极GND和﹣3.3V电源连接。

根据本发明的一优选实施例：所述第一收发器IC2中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第一CPU芯片IC1中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接；所述第二收发器IC3中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第二收发器IC3中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接。

根据本发明的一优选实施例：所述光接收管D1和光发射管D2中的光介质为红外光、激光或可见光。

根据本发明的一优选实施例：所述第一CPU芯片IC1为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片，所述第二CPU芯片IC4为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过增加光收发电路，使功能模块与功能模块之间，功能模块与控制器之间及控制器与控制器之间的数据实现无插接件的传输，确保通讯的质量，消除电磁干扰，延长使用寿命，提高了通讯速率，实现了功能模块的热拔插，有效保证了DCS控制系统的运行质量，极大降低了控制的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路的电路图。

图2为本发明的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路中第一收发器和第二收发器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1和图2所示，本发明提供一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，用于实现第一CPU芯片IC1和第二CPU芯片IC4之间的数据交换，所述光通讯电路包括第一收发器IC2和第二收发器IC3，且所述第一收发器IC2和第二收发器IC3的结构一致，均包括信号接收电路、信号发送电路及与信号接收电路、信号发送电路连接的逻辑控制器3。

本发明中第一收发器IC2和第二收发器IC3采用固定的4Mbit的速率进行数据的传输，且第一收发器IC2和第二收发器IC3能实现双向收发数据的目的。

参阅图2所示，本发明中的信号接收电路包括依次连接的光接收管D1、放大电路1、比较电路2、三态驱动电路4和数据接收引脚RXD，且所述逻辑控制器3还与放大电路1的控制端、比较电路2的控制及三态驱动电路4的控制端连接。

信号接收电路的工作原理为：光接收管D1将接收来的光信号经放大电路1、比较电路2后，由三态驱动电路4输出标准的CMOS电平至数据接收引脚RXD，传送至第二CPU芯片IC4，完成信号接收。

本发明中的信号发送电路包括数据发送引脚TXD、驱动电路5和光发射管D2，所述的数据发送引脚RXD通过逻辑控制器3后与驱动电路5连接，所述的驱动电路5与光发射管D2连接。

信号发送电路的原理为：数据发送引脚TXD将来自第二CPU芯片IC4的信号，经逻辑控制器3选通后，再经控制驱动电路5输出，驱动光发射管D2完成信号发送。

一般的光耦器件指同一个信号在同一个器件内部完成发射和接收，无可见的隔离空间。而本发明中采用的第一收发器IC2和第二收发器IC3中的同一个信号必须由两个独立的器件才能完成发射和接收，有可见的物理隔离空间。

具体的，本发明还包括第一封装线6和第二封装线7，其中数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD均设于第一封装线6上，第一封装线6上还设有收发器工作电源正极VCC1，发射极电源正极VCC2、逻辑控制引脚SD和收发器工作电源负极GND，收发器工作电源正极VCC1和收发器工作电源负极GND与外部电源连接，发射极电源正极VCC2与光发射管D2连接；逻辑控制引脚SD与逻辑控制器3连接，且在逻辑控制引脚SD输入高电平时，逻辑控制器3控制放大电路1、比较电路2、三态驱动电路4和驱动电路5停止工作，第一收发器IC2和第二收发器IC3处于休眠模式；在逻辑控制引脚SD输入低电平时，逻辑控制器3控制放大电路1、比较电路2、三态驱动电路4和驱动电路5工作，第一收发器IC2和第二收发器IC3处于工作模式；光接收管D1安装于第二封装线7上，光发射管D2的一端安装在第二封装线7上并与驱动电路5连接，另一端与第一封装线6上的发射极电源正极VCC2连接。

具体的，收发器工作电源正极VCC1和发射极电源正极VCC2均与+3.3V电源连接，收发器工作电源负极GND和﹣3.3V电源连接。

在本发明中，第一收发器IC2中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第一CPU芯片IC1中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接；第二收发器IC3中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第二收发器IC3中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接。

作为优选，本发明中的光接收管D1和光发射管D2中的光介质为红外光、激光或可见光等光介质。

本发明中的第一CPU芯片IC1为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片，第二CPU芯片IC4为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片，即本发明的光通讯电路可以为DCS控制系统中的功能模块与功能模块之间，功能模块与控制器之间以及控制器与控制器之间实现无插接件的连接。

当第一CPU芯片IC1为功能模块时，第二CPU芯片IC4为控制器时，功能模块的数据发送过程为：功能模块内的第一CPU芯片IC1直接将通讯数据传送给第一收发器IC2的TXD端，通过光耦合，控制器的第二收发器IC3的RXD端接收数据，同步将相关数据传送给控制器的第二CPU芯片IC4，实现功能模块的数据发送，控制器的同步接收功能。而功能模块的数据接收过程为：控制器内的第二CPU芯片IC4将数据传送给第二收发器IC3的TXD端，通过光耦合，控制器的第一收发器IC2的RXD端接收数据，同步将相关数据传送给功能模块的第一CPU芯片IC1，实现控制器数据发送，功能模块的同步接收功能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，用于实现第一CPU芯片IC1和第二CPU芯片IC4之间的数据交换，其特征在于：所述光通讯电路包括第一收发器IC2和第二收发器IC3，且所述第一收发器IC2和第二收发器IC3的结构一致，均包括信号接收电路、信号发送电路及与信号接收电路、信号发送电路连接的逻辑控制器(3)；

所述信号接收电路包括依次连接的光接收管D1、放大电路(1)、比较电路(2)、三态驱动电路(4)和数据接收引脚RXD，且所述逻辑控制器(3)还与放大电路(1)的控制端、比较电路(2)的控制及三态驱动电路(4)的控制端连接；

所述信号发送电路包括数据发送引脚TXD、驱动电路(5)和光发射管D2，所述数据发送引脚TXD通过逻辑控制器(3)后与驱动电路(5)连接，所述驱动电路(5)与光发射管D2连接；

还包括第一封装线(6)和第二封装线(7)，所述数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD均设于第一封装线(6)上，所述第一封装线(6)上还设有收发器工作电源正极VCC1，发射极电源正极VCC2、逻辑控制引脚SD和收发器工作电源负极GND，所述收发器工作电源正极VCC1和收发器工作电源负极GND与外部电源连接，所述发射极电源正极VCC2与光发射管D2连接；所述逻辑控制引脚SD与逻辑控制器(3)连接，且在所述逻辑控制引脚SD输入高电平时，所述逻辑控制器(3)控制放大电路(1)、比较电路(2)、三态驱动电路(4)和驱动电路(5)停止工作，所述第一收发器IC2和第二收发器IC3处于休眠模式；在所述逻辑控制引脚SD输入低电平时，所述逻辑控制器(3)控制放大电路(1)、比较电路(2)、三态驱动电路(4)和驱动电路(5)工作，所述第一收发器IC2和第二收发器IC3处于工作模式；所述光接收管D1安装于第二封装线(7)上，所述光发射管D2的一端安装在第二封装线(7)上并与驱动电路(5)连接，另一端与第一封装线(6)上的发射极电源正极VCC2连接。

2.根据权利要求1所述的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，其特征在于：所述收发器工作电源正极VCC1和发射极电源正极VCC2均与+3.3V电源连接，所述收发器工作电源负极GND和﹣3.3V电源连接。

3.根据权利要求1所述的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，其特征在于：所述第一收发器IC2中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第一CPU芯片IC1中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接；所述第二收发器IC3中的逻辑控制引脚SD、数据接收引脚RXD和数据发送引脚TXD分别与第二收发器IC3中的PB7引脚、RXD引脚和TXD引脚连接。

4.根据权利要求1所述的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，其特征在于：所述光接收管D1和光发射管D2中的光介质为红外光、激光或可见光。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的DCS控制系统中功能模块及控制器的光通讯电路，其特征在于：所述第一CPU芯片IC1为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片，所述第二CPU芯片IC4为DCS控制系统中功能模块或控制器的CPU芯片。