CN107171690A - 新风净化系统双重通讯保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种新风净化系统双重通讯保护电路，该新风净化系统包括通过通讯模块进行数据传输的新风净化器和控制器，双重通讯保护电路包括MCU、无线数据收发模块、数据收发防串扰电路、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、RS485和有线保护电路，MCU与无线数据收发模块、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路和数据收发防串扰电路电性连接，RS485与双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、数据收发防串扰电路和有线保护电路电性连接。该电路可实现433MHz无线射频与有线通讯共存，解决了客户既需要固定的有线控制也需要移动的无线射频控制的难题。

Description

新风净化系统双重通讯保护电路

技术领域

本发明涉及新风净化系统双重通讯保护电路，属于新风系统技术领域。

背景技术

新风净化系统是由风机、进风口、排风口及各种管道和接头组成的空气净化系统，安装在吊顶内的风机通过管道与一系列的排风口相连，风机启动时，室内受污染的空气会经排风口排出室外，在室内形成负压，让室外新鲜空气经进风口进入室内，并被过滤、灭毒、杀菌、增氧、预热（冬天），从而使室内的人呼吸到高品质的新鲜空气。

根据不同限定条件，新风净化系统有多种分类方式。按通风动力可分为自然通风和机械通风两种；按通风服务范围可分为全面通风和局部通风两种；按气流方向可分为送（进）和排风（烟）两种；按通风目的可分为一般换气通风、热风供暖、排毒与除尘、事故通风、防护式通风、建筑防排烟六种；按动力所处的位置可分为动力集中式、动力分布式两种。

新风净化系统具有换气、除臭、除尘、排湿、调节室温等多项功能，能够在不开窗的条件下，为室内人员24小时持续提供清新健康的新鲜空气，可以避免患空调病或暖气病，还能避免室内家具衣物等发霉。除了健康，新风净化系统节能性也很好，尤其是全热交换机，能够回收室内污浊空气的热量或冷量，再转移到被引进的新鲜空气上，节能效果非常显著。

目前新风净化系统在使用过程中主要是使用有线通讯方式，而有线通讯方式在使用过程中容易遭受雷击、静电放电和其它电磁现象引起的大瞬变电压冲击，极有可能损坏通信端口，如何提供一种能够特有的通讯方式，能兼顾有线通讯方式和移动无线射频控制的新风净化系统，就成为了本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种新风净化系统双重通讯保护电路。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：新风净化系统双重通讯保护电路，该新风净化系统包括新风净化器和控制器，所述新风净化器和控制器之间通过通讯模块进行数据传输，所述双重通讯保护电路包括MCU、无线数据收发模块、数据收发防串扰电路、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、RS485和有线保护电路，所述MCU与无线数据收发模块、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路和数据收发防串扰电路电性连接，所述RS485与双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、数据收发防串扰电路和有线保护电路电性连接。

优选地，所述无线数据收发模块的第1管脚VCC端连接5V电源端，第2管脚GND端接地，第三管脚RX信号接收端与电阻R9的第一端电性连接，电阻R9的第二端与MCU的数据发送端电性连接，第4管脚TX信号输出端与电阻R11的第一端电性连接，电阻R11的第二端与MCU的数据接收端电性连接。

优选地，所述双电源隔离及有线数据接收电路包括电阻R10、光耦U4和电阻R8，电阻R10的第一端与VCC电源端电性连接，第二端与光耦U4的第1管脚电性连接，光耦U4的第3管脚通过信号隔离二极管D3与RS485的第1管脚RO电性连接，光耦U4的第4管脚接地，光耦U4的第5管脚通过电阻R8连接+5V电源端，光耦的第6管脚连接+5V电源端，

优选地，所述数据收发防串扰电路包括光耦R6、电阻R15和电阻R17，电阻R17的第一端与MCU的有线收发控制端电性连接，电阻R17的第二端与光耦U6的第1管脚电性连接，光耦U6的第2管脚接地，光耦U6的第3管脚与RS485的第2管脚RE、第3管脚DE电性连接，，光耦U6的第3管脚通过电阻R18接地，电阻R18的第二端接地，光耦U6的第4管脚与电阻R15的第一端电性连接，电阻R15的第二端与VCC电源端电性连接。

优选地，所述双电源隔离及有线数据发送电路包括光耦U1、电阻R1、电阻R6和电阻R2，光耦U1的第1管脚通过电阻R2连接+5V电源端，光耦U1的第3管脚与MCU的数据发送端电性连接，光耦U1的第4管脚接地，光耦U1的第5管脚与电阻R6、电阻R1的第一端电性连接，电阻R6的第二端与RS485的第4管脚DI电性连接，电阻R1的第二端与VCC端电性连接，光耦U1的第6管脚与VCC端电性连接。

优选地，所述RS485的第5管脚GND接地，第8管脚VCC与电容C7的第一端电性连接，电容C7的第二端接地，第6管脚和第7管脚与所述有限保护电路电线连接。

优选地，所述有线保护电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R16、电阻R19、电阻R20、SW1开关、TVS管和F1气体放电管，所述TVS管包括相互串联的D10、D6和D8，所述TVS管和F1气体放电管并联，所述电阻R16的第一端与RS485的第7管脚电性连接，第二端分别与电阻R21和R22的第一端电性连接，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端与D10的负极电性连接，D10的正极接地，电阻R19的第一端与VCC电源端电性连接，电阻R19的第二端与SWI开关、电阻R20的第一端电性连接，电阻R20的第二端与D6的负极电性连接，D6的正极接地，电阻R20的第二端还与SW1开关的第2管脚与RS485的第6管脚电性连接。

优选地，光耦U4的第3管脚与信号隔离二极管D3的正极电性连接，信号隔离二极管D3的负极与RS485的第1管脚RO电性连接。

优选地，所述MCU的输入电源为5V。

优选地，所述控制器包括无线控制器和有线控制器，所述无线控制设备包括遥控器和含433MHz的智能设备，所述有线控制器包括86盒线控版和含RS485的智能设备，所述无线控制器通过433MHz无线通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输，所述有线控制器通过有限通讯保护电路、RS有限通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输。

本发明技术方案的优点主要体现在：该新风净化系统双重通讯保护电路设计精巧，结构简单，在使用过程中提供了一种特有的通讯方式，即433MHz无线射频与有线通讯既可以同时共存使用也可以单独使用的通讯方式，解决了客户既需要固定的有线控制也需要移动的无线射频控制的难题。防串扰电路可防止433MHz无线通讯模块与RS485有线通讯模块共存时信号间相互干扰，导致新风净化器的MCU收不到正确的信号。有线通讯保护电路可防止静电放电、快速瞬变和电涌对整个通讯系统以及新风净化器MCU造成不可恢复的破坏。

附图说明

图1是本发明新风净化系统的原理图。

图2是本发明新风净化系统双重通讯保护电路的电路图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明揭示了一种新风净化系统双重通讯保护电路，如图1所示，该新风净化系统包括新风净化器和控制器，所述新风净化器和控制器之间通过通讯模块进行数据传输。所述控制器包括无线控制器和有线控制器，所述无线控制设备包括遥控器和含433MHz的智能设备，还包括新风控制器手持版，当无线控制设备需要与新风净化设备数据交流时，无线控制设备将数据信息按固定协议整合到数据包中并压缩将其调制到433MHz的载波上，通过无线的方式将数据发送到新风净化器端，新风净化器检测到433MHz的载波上后，将载波上的数据解调并按固定协议解压缩剥离数据，从而获得原始数据，而后新风净化器利用原始数据进行无线控制设备的需求进行操作，操作完毕后，反向重复上述过程，即数据从新风净化器端打包压缩、调制、发送到无线控制设备端，无线控制设备端经解调、解压数据包获取到当前新风净化器的状态信息，这样就可完成无线控制设备与新风净化设备数据交流过程。

所述有线控制器包括86盒线控版和含RS485的智能设备，当有线控制设备需要与新风净化设备数据交流时，有线控制设备将数据信息按固定协议整合到数据包中，RS485将数据包转换成电压差分信号上传到RS485总线上，数据到达新风净化设备端后，经过有线通讯保护电路到达RS485通讯模块上，RS485通讯模块将差分的信号转换成二进制的数据，而后新风净化设备的MCU将数据包解压缩，从而获得原始数据，而后新风净化器利用原始数据进行有线控制设备的需求进行操作，操作完毕后，反向重复上述过程，即数据从新风净化器端打包、信号数模转换处理、发送到有线控制设备端，有线控制设备端信号模数转换处理、解压数据包获取到当前新风净化器的状态信息，这样就完成有线控制设备与新风净化设备数据交流过程。

所述无线控制器通过433MHz无线通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输；所述有线控制器通过有限通讯保护电路、RS485有限通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输。所述防串扰电路的主要作用是防止433MHz无线通讯模块与RS485有线通讯模块共存时信号间相互干扰，导致新风净化器的MCU收不到正确的信号。所述有线通讯保护电路的主要作用是防止静电放电、电快速瞬变和电涌对整个通讯系统以及新风净化器MCU造成不可恢复的破坏。

由于在新风净化系统中采用的净化器采用的是高压静电的处理方式，所以RS-485接口链路是工作在恶劣的电磁环境中，所以对有线通讯线路的保护必不可少。另外由于采用的是有线通讯的方式，系统容易遭受雷击、静电放电和其他电磁现象引起的大瞬变电压冲击，极有可能损坏通信端口。为了确保RS-485数据端口能够在最终安装环境下正常工作，它们必须要符合电磁兼容性（EMC）的电路设计规则。433MHz无线通讯模块与RS485有线通讯模块在与新风净化器MCU连接时，硬件电路上仅有一个接口，将有线信号与无线信号隔离开，可防止它们信号间相互干扰。

所述双重通讯保护电路包括MCU、无线数据收发模块、数据收发防串扰电路、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、RS485和有线保护电路，所述MCU与无线数据收发模块、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路和数据收发防串扰电路电性连接，所述RS485与双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、数据收发防串扰电路和有线保护电路电性连接，所述MCU的输入电源为5V，通讯电源为VCC。

所述无线数据收发模块的第1管脚VCC端连接5V电源端，第2管脚GND端接地，第三管脚RX信号接收端与电阻R9的第一端电性连接，电阻R9的第二端与MCU的数据发送端电性连接，第4管脚TX信号输出端与电阻R11的第一端电性连接，电阻R11的第二端与MCU的数据接收端电性连接。电阻R11为限流电阻,防止数据线路上异常时输入电流过大导致MCU内部电路烧毁，电阻R9为限流电阻，防止电路异常时输出电流过大导致该线路内部电路烧毁。

所述双电源隔离及有线数据接收电路包括电阻R10、光耦U4和电阻R8，电阻R10的第一端与VCC电源端电性连接，第二端与光耦U4的第1管脚电性连接，光耦U4的第3管脚通过信号隔离二极管D3与RS485的第1管脚RO电性连接，光耦U4的第3管脚与信号隔离二极管D3的正极电性连接，信号隔离二极管D3的负极与RS485的第1管脚RO电性连接。光耦U4的第4管脚接地，光耦U4的第5管脚通过电阻R8连接+5V电源端，光耦的第6管脚连接+5V电源端。数据通讯信号隔离方面，由于数据通信频率过高，若采用一般的光耦，会导致数据丢包或通讯异常，严重的直接导致整个RS485链路瘫痪，所以在本技术方案中，信号隔离的光耦IC选择特殊的高速光耦U4，电路中U4为高速光耦TLP112A，R8、R10为上拉电阻，起提高系统的带负载能力的作用。有线数据接收电路,采用双电源隔离模式，防止RS485总线电路中引入的电磁干扰对MCU造成不可恢复的损害。

所述数据收发防串扰电路包括光耦R6、电阻R15和电阻R17，电阻R17的第一端与MCU的有线收发控制端电性连接，电阻R17的第二端与光耦U6的第1管脚电性连接，电阻R17为限流电阻,防止MCU输出电流过大导致光耦内部LED烧毁。对于RS485的收发控制端，由于频率并没有要求，在本技术方案中优选普通的光耦U6，光耦U6的第2管脚接地，光耦U6的第3管脚与RS485的第2管脚RE、第3管脚DE电性连接，光耦U6的第3管脚通过电阻R18接地，电阻R18的第二端接地，光耦U6的第4管脚与电阻R15的第一端电性连接，电阻R15的第二端与VCC电源端电性连接。

数据收发防串扰电路说明:由于RS485是半双工的工作模式，在任何时刻，只能有一个RS485器件使用，所以RS485总线中的IC提供了一个控制数据接收或者发送的端口。电路中用光耦U6及其附属电子部品来控制RS485的IC的收发功能，MCU在除自身需要发送数据时，才会将RS485的IC设为发送模式，否则设为接收模式，即RS485 IC大部分时间都处于接收状态。R15上拉电阻、R18为限流电阻给RS485提供足够的工作电流，同时防止光耦U6通过的电流过大，导致器件光耦U6损毁。当无线数据收发模块接收到外部无线数据并向MCU发送时，由于RS485与无线数据收发模块、MCU分属不同的电源系统，经过光耦U4隔离后，有线数据和无线数据之间不会有冲突；利用信号隔离二极管D3的正向导通电压需达到一定数值，防止485的IC输出干扰信号对无线数据收发模块的信号产生干扰。当有线通讯RS485总线中有数据时，RS485的RO输出一串高低电平数据，利用信号隔离二极管D3的单向导电性，驱动光耦U4输出隔离过后的数据经电阻R11到达MCU的接收端。这样就达到了在数据收发时，防止有线及无线之间产生串扰的目的。

所述双电源隔离及有线数据发送电路包括光耦U1、电阻R1、电阻R6和电阻R2，光耦U1的第1管脚通过电阻R2连接+5V电源端，光耦U1的第3管脚与MCU的数据发送端电性连接，光耦U1的第4管脚接地，光耦U1的第5管脚与电阻R6、电阻R1的第一端电性连接，电阻R6的第二端与RS485的第4管脚DI电性连接，电阻R1的第二端与VCC端电性连接，光耦U1的第6管脚与VCC端电性连接。R1为上拉电阻，提高光耦U1的带负载能力，R2、R6均为限流电阻，防止电路异常时输出电流过大导致该线路内部电路烧毁。数据通讯信号隔离方面，由于数据通信频率过高，若采用一般的光耦，会导致数据丢包或通讯异常，严重的直接导致整个RS485链路瘫痪，所以在本技术方案中，信号隔离的光耦IC选择特殊的高速光耦U1，电路中U1为高速光耦TLP112A。

所述RS485的第5管脚GND接地，第8管脚VCC与电容C7的第一端电性连接，电容C7的第二端接地，C7为滤波电容，第6管脚和第7管脚与所述有限保护电路电线连接。在本技术方案中，RS485的通讯IC选择具有抗高压功能的SN75LBC184-U5，它内置高能量瞬变噪声保护装置，这种设计显著提高了抵抗数据同步传输电缆上的瞬变噪声的可靠性，且能承受峰值为400W典型值的过压瞬变和单向浪涌。静电放电时，可抵御：接触放电（IEC61000-4-2），A，B，GND电压30KV, 气隙放电（IEC61000-4-2）, A，B，GND电压15KV,人体模型放电A，B，GND电压15KV等。

在实际应用中，由于通讯距离远，有线通讯线路易遭受雷击、功率感应、直接接触、电源波动、感应开关和静电放电等等可能产生较大瞬变电压，都会对RS-485链路及整个应用系统会造成不可逆转的损害，所以系统中增加了对地具有很高阻抗的TVS管，正常的理想情况下它是开路的，当遭受较大瞬变电压时导通，起到保护整个通讯系统的作用。F1为气体放电管,使免受中低强度的雷击感应浪涌和其他电压瞬变的侵害。

所述有线保护电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R16、电阻R19、电阻R20、SW1开关、TVS管和F1气体放电管。所述TVS管包括相互串联的D10、D6和D8，所述TVS管和F1气体放电管并联，所述电阻R16的第一端与RS485的第7管脚电性连接，第二端分别与电阻R21和R22的第一端电性连接，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端与D10的负极电性连接，D10的正极接地，电阻R19的第一端与VCC电源端电性连接，电阻R19的第二端与SWI开关、电阻R20的第一端电性连接，电阻R20的第二端与D6的负极电性连接，D6的正极接地，电阻R20的第二端还与SW1开关的第2管脚与RS485的第6管脚电性连接。

在新风系统的安装过程中，当RS485传输距离超过一定的长度时，总线的抗干扰能力就会出现下降，由于新风系统的组网时采用了总线型的拓扑结构布线方式，这种情况下，在RS485总线的首尾设备中各增加一个120欧的终端匹配电阻R16，保证了485总线的稳定性。电路中两位拨码开关SW1，可以在安装新风设备时，有选择性的将485总线的首尾两端接入120欧姆的终端匹配电阻R16，而中间的设备不接120欧的终端匹配电阻R16。电路中R19、R21分别为上拉电阻和下拉电阻，使总线在空闲时，系统仍能确定A、B的状态。R20和R22为限流电阻，起保护作用。

新风净化系统双重通讯保护电路的电路信号共存说明：

无线数据接收不影响有线接收：当无线信道中有数据，无线数据收发模块U3将无线数据解调并恢复成二进制的数字信号，通过U3的第四个管脚I/O口TX输出到电阻R11一端，由于电阻R11这一端还连接了光耦U4的第5个管脚，即输出口，而此时光耦U4输入端并无数据输入且光耦U4输入的电源系统与无线数据收发模块U3的不一样，所以无线数据输出时，不会对无线数据造成影响。有线数据和无线数据发送相互不影响：当MCU有数据发送，数据一路经电阻R9到达无线数据收发模块U3的第三个管脚，无线数据收发模块U3将数据调制到信道上，将数据以无线的方式发送出去；数据另一路，经光耦U1数据隔离转换到达RS485的IC输入端，由该IC将数据转换成差分信号（模拟信号）发送出去。有线接收不影响无线数据接收：当RS485的IC将接收到的差分信号转换成数字信号，数字信号经信号隔离二极管D3、光耦U4隔离转换后输出到电阻R11一端，由于电阻R11这一端也连着光耦U3的信号输出端TX，所以不会将接收到的数据转换成无线信号发送出去，所以不会对有线数据造成影响。

该新风净化系统双重通讯保护电路在使用过程中提供了一种特有的通讯方式，即433MHz无线射频与有线通讯既可以同时共存使用也可以单独使用的通讯方式，解决了客户既需要固定的有线控制也需要移动的无线射频控制的难题。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：该新风净化系统包括新风净化器和控制器，所述新风净化器和控制器之间通过通讯模块进行数据传输，所述双重通讯保护电路包括MCU、无线数据收发模块、数据收发防串扰电路、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、RS485和有线保护电路，所述MCU与无线数据收发模块、双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路和数据收发防串扰电路电性连接，所述RS485与双电源隔离及有线数据接收电路、双电源隔离及有线数据发送电路、数据收发防串扰电路和有线保护电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述无线数据收发模块的第1管脚VCC端连接5V电源端，第2管脚GND端接地，第三管脚RX信号接收端与电阻R9的第一端电性连接，电阻R9的第二端与MCU的数据发送端电性连接，第4管脚TX信号输出端与电阻R11的第一端电性连接，电阻R11的第二端与MCU的数据接收端电性连接。

3.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述双电源隔离及有线数据接收电路包括电阻R10、光耦U4和电阻R8，电阻R10的第一端与VCC电源端电性连接，第二端与光耦U4的第1管脚电性连接，光耦U4的第3管脚通过信号隔离二极管D3与RS485的第1管脚RO电性连接，光耦U4的第4管脚接地，光耦U4的第5管脚通过电阻R8连接+5V电源端，光耦的第6管脚连接+5V电源端。

4.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述数据收发防串扰电路包括光耦R6、电阻R15和电阻R17，电阻R17的第一端与MCU的有线收发控制端电性连接，电阻R17的第二端与光耦U6的第1管脚电性连接，光耦U6的第2管脚接地，光耦U6的第3管脚与RS485的第2管脚RE、第3管脚DE电性连接，，光耦U6的第3管脚通过电阻R18接地，电阻R18的第二端接地，光耦U6的第4管脚与电阻R15的第一端电性连接，电阻R15的第二端与VCC电源端电性连接。

5.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述双电源隔离及有线数据发送电路包括光耦U1、电阻R1、电阻R6和电阻R2，光耦U1的第1管脚通过电阻R2连接+5V电源端，光耦U1的第3管脚与MCU的数据发送端电性连接，光耦U1的第4管脚接地，光耦U1的第5管脚与电阻R6、电阻R1的第一端电性连接，电阻R6的第二端与RS485的第4管脚DI电性连接，电阻R1的第二端与VCC端电性连接，光耦U1的第6管脚与VCC端电性连接。

6.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述RS485的第5管脚GND接地，第8管脚VCC与电容C7的第一端电性连接，电容C7的第二端接地，第6管脚和第7管脚与所述有限保护电路电线连接。

7.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述有线保护电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R16、电阻R19、电阻R20、SW1开关、TVS管和F1气体放电管，所述TVS管包括相互串联的D10、D6和D8，所述TVS管和F1气体放电管并联，所述电阻R16的第一端与RS485的第7管脚电性连接，第二端分别与电阻R21和R22的第一端电性连接，电阻R21的第二端接地，电阻R22的第二端与D10的负极电性连接，D10的正极接地，电阻R19的第一端与VCC电源端电性连接，电阻R19的第二端与SWI开关、电阻R20的第一端电性连接，电阻R20的第二端与D6的负极电性连接，D6的正极接地，电阻R20的第二端还与SW1开关的第2管脚与RS485的第6管脚电性连接。

8.根据权利要求3所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：光耦U4的第3管脚与信号隔离二极管D3的正极电性连接，信号隔离二极管D3的负极与RS485的第1管脚RO电性连接。

9.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述MCU的输入电源为5V。

10.根据权利要求1所述的新风净化系统双重通讯保护电路，其特征在于：所述控制器包括无线控制器和有线控制器，所述无线控制设备包括遥控器和含433MHz的智能设备，所述有线控制器包括86盒线控版和含RS485的智能设备，所述无线控制器通过433MHz无线通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输，所述有线控制器通过有限通讯保护电路、RS有限通讯模块和防串扰电路与新风净化器内的MCU进行数据传输。