CN105871381A - 一种可供电的工业总线终端实现电路及其解码方法 - Google Patents

一种可供电的工业总线终端实现电路及其解码方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可供电的工业总线终端实现电路，包括单片机、解码电路、反馈电路和供电电路；所述解码电路接入智能终端输出端，并同时与供电电路和单片机连接；所述反馈电路接入智能终端接收端，并和供电电路一起与单片机连接，供电电路向单片机输出3V电压。本发明还提供了该电路的解码方法。本发明通过合理的电路结构及解码流程设计，不仅很好地解决了现有技术存在的由于电流不稳定或总线传输距离远而导致控制器主机接收不到有效的反馈信息的问题，而且在解码时，大幅提高了高低电平信号判断的准确率。

Description

一种可供电的工业总线终端实现电路及其解码方法
技术领域
本发明涉及消防技术领域，具体涉及的是一种可供电的工业总线终端实现电路。
背景技术
现有的用于火灾报警系统中智能终端的解码方法，常采用固定电平的比较方式来形成高低电平信号，并要求总线的电压维持在15-28V之间。当总线上的智能终端数据较多时，在经过1500m的长线后，末端电压会低于15V，导致智能终端无法识别，造成所带负载能力下降。同时，在信号数据字化解码时，目前常通过在规定时间内采集电平的高低，或是在规定的时间内采集是否有上升沿或下降沿的方式进行数字化处理。由于在实际传输中，不可避免形成波形变化，因而在基于第一个波形的同步后，会逐渐形成累计误差，进而影响判断。
因此，现有的用于火灾报警系统中智能终端的解码方法，在信号判断方面，误差较大，不能有效判断信号并进行处理。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种可供电的工业总线终端实现电路及其解码方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可供电的工业总线终端实现电路，包括单片机、解码电路、反馈电路以及供电电路；
所述解码电路包括二极管V2、三极管VT1、三极管VT2和电容C4，其中，二极管V2正极接入智能终端输出端，负极接电容C4正极；三极管VT1发射极接入智能终端输出端，基极接电容C4负极；三极管VT2发射极接地，基极连接一对等效电阻R8、R9，集电极接一上拉电阻R7，并且集电极还与单片机连接；电容C4与供电电路连接；所述三极管VT1发射极与基极之间还连接有一偏置电阻R3，并且该三极管VT1基极还接入一对等效电阻R4、R5；同时，该三极管VT1集电极与电阻R8连接；
所述反馈电路包括二极管V5、二极管V6和三极管VT3，其中，二极管V5与二极管V6串联，二极管V6负极接地；三极管VT3发射极与一对并联的电阻R11、R12连接并接地，基极接二极管V5正极，形成恒压电压，并且基极还与单片机I/O口连接，集电极接入智能终端接收端；
所述供电电路与单片机连接，向单片机输出3V电压。
进一步地，所述二极管V2与智能终端输出端之间还连接有一限流电阻R2。
再进一步地，所述三极管VT3基极与单片机I/O口之间还连接有一限流电阻R10。
具体地说，所述供电电路包括稳压器D、电容C5以及一对并联的电容C2、C3，其中，稳压器输入端与电容C5连接，输出端连接并联的电容C2、C3并向单片机输出3V电压，Vss端接地；电容C5与电容C4连接。
更进一步地，所述单片机型号为MC96F8204，其引脚1接稳压器D输出端，引脚5接三极管VT2集电极，引脚11接三极管VT3基极，引脚14接地。
基于上述电路结构，本发明还提供了该电路的解码方法，包括以下步骤：
(1)总线空闲时高低电平的变换信号中的高电平，经由智能终端输出端和二极管V2给电容C4进行充电，形成一个稳定的基础电压；
(2)基础电压通过电阻R4、R5分压后，形成一个的基准电压；
(3)通过比较总线高低电平的变换信号与基准电压大小，形成可获取的高低电平信号；
(4)单片机根据高低电平信号的长短进行信号获取，并确定起始信号；
(5)从起始信号开始，捕获每个信号的长短，并记录捕获值；
(6)将捕获值换算成数据信号，完成解码；
(7)循环步骤(1)～(6)。
作为优选，所述电容C4的容量至少为22uF，且所述电阻R4和电阻R5的阻值均至少100K。
进一步地，所述步骤(1)中，对电容C4进行充电时，总线电压的高电平维持至少4MS；充电结束后，电容C4的电量至少可以维持解码的单片机正常运行10MS，且电压不会降至基础电压的3/4以下。
再进一步地，所述步骤(3)中，总线的电压值超过基准电压值+0.7V时，形成可获取的高电平信号；低于基准电压值+0.7V时，则形成可获取的低电平信号。
具体地说，所述步骤(4)中，确定起始信号的具体过程如下：
(a)边沿触发，使高低电平信号中断；
(b)确定是否为起始沿，是，则确定其为起始信号，然后执行步骤(5)；否，执行步骤(c)；
(c)判断开始位是否有效，是，则翻转触发沿，然后确定其为起始信号，执行步骤(5)；否，返回执行步骤(3)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)现有的电路结构，其总线上的脉冲数据信息是通过接收检波到单片机中的，而检波后的脉冲数据在进行反馈时，由于反馈电路产生的电流不够稳定，导致控制器主机接收不到反馈的载波信息，或者是总线长度大于2000m时，智能模块也接收不到反馈的载波信息，并且末端电压低于16V不能正常工作。而本发明通过合理的电路结构设计，不仅可以让智能终端在8V-30V的电压范围内正常工作，而且由于反馈电路中可以产生恒流源，因而即使总线传输距离大于2000m(甚至超过3000m)，智能终端也能正确接收到收发电路的信息，不会影响智能终端将反馈信息传输到控制器主机中，因此，本发明很好地解决了现有技术存在的问题。
(2)本发明设计的解码方法，其在形成基准电压时，无论电压高低，始终是基础信号电压的一半，因而不仅在任何时候都可以形成可捕获的高低电平信号，而且可以承受总线的大负载和长线压降。
(3)本发明在经过较长的总线传输(例如1500～2000m)后，即使末端电压降至单片机工作的3V+1.4V，依然可以正常形成有效的可捕获的高低电平信号。
(4)本发明中，高低电平通过起始信号对每个高低电平进行长度捕获，然后再利用长度大小进行数字化处理，可以彻底消除信号的累计误差，进而大幅提高信号判断的准确率。
(5)本发明设计巧妙、解码流程清晰明了、稳定可靠、可带载性强，因此非常适合用于两总线智能终端上，并实现其智能终端解码。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明的电路使用示意图。
图3为本发明-实施例中的基准电压及可获取的高低电平信号的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明应用于消防两总线智能终端，其包括单片机、解码电路、反馈电路以及供电电路。
所述解码电路包括二极管V2、三极管VT1、三极管VT2和电容C4，其中，二极管V2正极通过一限流电阻R2接入智能终端输出端，负极接电容C4正极；三极管VT1发射极接入智能终端输出端，基极接电容C4负极；三极管VT2发射极接地，基极连接一对等效电阻R8、R9，集电极接一上拉电阻R7，并且集电极还与单片机连接。此外，所述三极管VT1发射极与基极之间还连接有一偏置电阻R3，并且该三极管VT1基极还接入一对等效电阻R4、R5；同时，该三极管VT1集电极与电阻R8连接。本实施例中，所述电容C4的容量至少为22uF，而所述的电阻R4和电阻R5的阻值均至少100K。
所述反馈电路包括二极管V5、二极管V6和三极管VT3，其中，二极管V5与二极管V6串联，二极管V6负极接地；三极管VT3发射极与一对并联的电阻R11、R12连接并接地，集电极接入智能终端接收端。
所述供电电路包括稳压器D、电容C5以及一对并联的电容C2、C3，其中，稳压器输入端与电容C5连接，输出端连接并联的电容C2、C3并向单片机输出3V电压，Vss端接地；电容C5与电容C4连接。
所述的单片机型号选为MC96F8204，其引脚1接稳压器D输出端，引脚5接三极管VT2集电极，引脚11(也就是I/O口)通过一限流电阻R10同时接三极管VT3基极和二极管V5正极，引脚14则接地。
本发明的主要工作过程为：
将本发明电路接入智能终端输出端(如图2所示，线路中包含有电阻R1、电容C1、二极管V1和AC二极管)，并将反馈电路接入智能终端接收端(如图2所示，线路中包含有电阻R6、电容C6、二极管V3和AC二极管)。工作时，供电电路为单片机稳定输出3V电压，并同时为电容C4充电。当解码电路接收到智能终端输出的信号时，电容C4放电，使三极管VT1发射极与基极间形成电位差，然后处于导通或截止状态，并将三极管VT2集电极与上拉电阻R7间产生的高低电平脉冲反向整形后，传送到单片机中。而依据自定义的火灾报警总线协议，单片机检波后的脉冲数据，则通过反馈电路将载波数据恒定反馈到总线通信中。
在上述工作过程中，电路的解码过程如下：
(1)总线空闲时高低电平的变换信号中的高电平，经由智能终端输出端和二极管V2给电容C4进行充电，形成一个稳定的基础电压；该步骤，对电容C4进行充电时，总线电压的高电平维持至少4MS；充电结束后，电容C4的电量至少可以维持解码的单片机正常运行10MS，且电压不会降至基础电压的3/4以下；
(2)基础电压通过电阻R4、R5分压后，形成一个的基准电压；
(3)通过比较总线高低电平的变换信号与基准电压大小，形成可获取的高低电平信号(如图3所示)；
步骤(3)中，可获取的高低电平信号判断依据为：当总线的电压值超过基准电压值+0.7V时，形成可获取的高电平信号；低于基准电压值+0.7V时，则形成可获取的低电平信号；
(4)单片机根据高低电平信号的长短进行信号获取，并确定起始信号；本实施例中，确定起始信号的具体过程如下：
(a)边沿触发，使高低电平信号中断；
(b)确定是否为起始沿，是，则确定其为起始信号，然后执行步骤(5)；否，执行步骤(c)；
(c)判断开始位是否有效，是，则翻转触发沿，然后确定其为起始信号，执行步骤(5)；否，返回执行步骤(3)；
如果是超时导致高低电平信号中断，则判断信号长度是否有效，是，则继续确定是否为起始沿，然后进行相关处理，否则返回执行步骤(4)；
(5)从起始信号开始，捕获每个信号的长短，并记录捕获值；
(6)将捕获值换算成数据信号，完成解码。
本发明通过合理的结构及流程设计，不仅在长线传输时，智能终端产生的信息仍然可以正确、有效地传输到控制器主机，而且在进行解码时，利用高低电平信号长度捕获和数字化处理的方式，彻底消除了信号的累计误差，大幅提高了信号判断的准确度，为控制器主机的有效工作提供了良好的保障。可以说，本发明将工业总线终端收发电路的设计提高到了一个新的高度，实现了有效的创新。因此，本发明相比现有技术来说，具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可供电的工业总线终端实现电路，其特征在于，包括单片机、解码电路、反馈电路以及供电电路；
所述解码电路包括二极管V2、三极管VT1、三极管VT2和电容C4，其中，二极管V2正极接入智能终端输出端，负极接电容C4正极；三极管VT1发射极接入智能终端输出端，基极接电容C4负极；三极管VT2发射极接地，基极连接一对等效电阻R8、R9，集电极接一上拉电阻R7，并且集电极还与单片机连接；电容C4与供电电路连接；所述三极管VT1发射极与基极之间还连接有一偏置电阻R3，并且该三极管VT1基极还接入一对等效电阻R4、R5；同时，该三极管VT1集电极与电阻R8连接；
所述反馈电路包括二极管V5、二极管V6和三极管VT3，其中，二极管V5与二极管V6串联，二极管V6负极接地；三极管VT3发射极与一对并联的电阻R11、R12连接并接地，基极接二极管V5正极，形成恒压电压，并且基极还与单片机I/O口连接，集电极接入智能终端接收端；
所述供电电路与单片机连接，向单片机输出3V电压。
2.根据权利要求1所述的一种可供电的工业总线终端实现电路，其特征在于，所述二极管V2与智能终端输出端之间还连接有一限流电阻R2。
3.根据权利要求1所述的一种可供电的工业总线终端实现电路，其特征在于，所述三极管VT3基极与单片机I/O口之间还连接有一限流电阻R10。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种可供电的工业总线终端实现电路，其特征在于，所述供电电路包括稳压器D、电容C5以及一对并联的电容C2、C3，其中，稳压器输入端与电容C5连接，输出端连接并联的电容C2、C3并向单片机输出3V电压，Vss端接地；电容C5与电容C4连接。
5.根据权利要求4所述的一种可供电的工业总线终端实现电路，其特征在于，所述单片机型号为MC96F8204，其引脚1接稳压器D输出端，引脚5接三极管VT2集电极，引脚11接三极管VT3基极，引脚14接地。
6.权利要求1～5任一项所述的电路的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)总线空闲时高低电平的变换信号中的高电平，经由智能终端输出端和二极管V2给电容C4进行充电，形成一个稳定的基础电压；
(2)基础电压通过电阻R4、R5分压后，形成一个的基准电压；
(3)通过比较总线高低电平的变换信号与基准电压大小，形成可获取的高低电平信号；
(4)单片机根据高低电平信号的长短进行信号获取，并确定起始信号；
(5)从起始信号开始，捕获每个信号的长短，并记录捕获值；
(6)将捕获值换算成数据信号，完成解码；
(7)循环步骤(1)～(6)。
7.根据权利要求6所述的电路的解码方法，其特征在于，所述电容C4的容量至少为22uF，且所述电阻R4和电阻R5的阻值均至少100K。
8.根据权利要求6或7所述的电路的解码方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对电容C4进行充电时，总线电压的高电平维持至少4MS；充电结束后，电容C4的电量至少可以维持解码的单片机正常运行10MS，且电压不会降至基础电压的3/4以下。
9.根据权利要求8所述的电路的解码方法，其特征在于，所述步骤(3)中，总线的电压值超过基准电压值+0.7V时，形成可获取的高电平信号；低于基准电压值+0.7V时，则形成可获取的低电平信号。
10.根据权利要求9所述的电路的解码方法，其特征在于，所述步骤(4)中，确定起始信号的具体过程如下：
(a)边沿触发，使高低电平信号中断；
(b)确定是否为起始沿，是，则确定其为起始信号，然后执行步骤(5)；否，执行步骤(c)；
(c)判断开始位是否有效，是，则翻转触发沿，然后确定其为起始信号，执行步骤(5)；否，返回执行步骤(3)。
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