CN110189514B - 一种红外载波透传式通信电路及其装置 - Google Patents

一种红外载波透传式通信电路及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种红外载波透传式通信电路及其装置，包括电平转化模块、切换控制模块、红外模块；所述电平转化模块、所述切换控制模块的输出端连接所述红外模块的输入端；所述红外模块包括多个红外发射管与接收信号的红外接收模组，所述红外发射管用于发射不同波长的红外信号，所述红外接收模组用于接收外部信号并传输至所述电平转化模块，由电平转化模块控制所述红外接收模组的工作状态。本发明通过电平转化模块、切换控制模块实现目标电表的主机与从机地址的红外信号调制，降低现有技术中通过单片机编程软件实现的成本。

Description

一种红外载波透传式通信电路及其装置
技术领域
本发明涉及一种电网计量领域，尤其涉及一种红外载波透传式通信电路及其装置。
背景技术
目前在电网作业时，有些区域的电度表是放在一起的，如果使用940nm红外发射管，由于它的发射区域是扇形发散的，发射设置从机通信地址的命令，电度表接收到命令后响应。而由于多个电度表存放距离过近，主机和从机之间的通信就会受到干扰。为避免干扰，优选近红外通讯。其具有高电气隔离，线路简单，抗干扰性好，可以方便的实现点对点通讯的特点，广泛应用于手持式设备和电脑与电表的抄表应用中。而现在市场上的红外信号调制，一般都是通过单片机编程软件定时器来实现，成本较高，实现难度较大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种红外载波透传式通信电路，通过电平转化模块、切换控制模块实现目标电表的主机与从机地址的红外信号调制，降低现有技术中通过单片机编程软件实现的成本。
本发明的目的之二在于提供一种红外载波透传式装置，通过指示灯显示红外载波透传式电路的工作状态，通过电平转化模块、切换控制模块实现目标电表的主机与从机地址的红外信号调制，降低现有技术中通过单片机编程软件实现的成本。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种红外载波透传式通信电路，包括电平转化模块、切换控制模块、红外模块；所述电平转化模块、所述切换控制模块的输出端连接所述红外模块的输入端；所述红外模块包括多个红外发射管与接收信号的红外接收模组，所述红外发射管用于发射不同波长的红外信号，所述红外接收模组用于接收外部信号并传输至所述电平转化模块，由电平转化模块控制所述红外接收模组的工作状态。
进一步地，电平转化模块包括电平转换单元、信号调制单元，所述红外接收模组传输信号至电平转化单元，输出相应的电平至所述信号调制单元，由信号调制单元输出信号控制所述红外发射管的工作状态。
进一步地，所述电平转换单元包括N型场效应管与二极管，所述电平转化单元接收到高电平时，所述场效应管不导通，输出高电平至所述信号调制单元；所述电平转化单元接收到低电平时，所述场效应管导通，输出低电平至所述信号调制单元。
进一步地，所述信号调制单元包括芯片U1，所述芯片U1接收到电平转化单元的高电平时，输出载波信号控制所述红外模块发出对应波长的红外信号；所述芯片U1接收到电平转化单元的低电平时，芯片U1不输出信号，所述红外发射管不工作。
进一步地，所述载波信号频率为38±1kHz。
进一步地，所述切换控制模块还包括三极管Q2，用于驱动场效应管。
进一步地，若所述电平转化模块输出高电平，且电压大于所述切换控制模块的预设电压，则所述红外模块发出第一波长的红外信号；若所述电平转化模块输出高电平，且电压小于所述切换控制模块的预设电压，则所述红外模块发出第二波长的红外信号。
进一步地，所述芯片U1为555定时器集成芯片。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种红外载波透传式装置，包括如去上权利要求所述的红外载波透传式通信电路，还包括指示灯，用于提示所述红外载波透传式通信电路的工作状态。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过切换控制模块与电平转化模块控制红外模块的工作状态，对红外信号进行调制。切换控制不同波长的红外发射管，实现主机与从机的点对点通信与广角通信的切换，避免了现有技术中通过单片机编程软件定时器实现红外信号调制的成本过于昂贵、技术难度较大的问题。
附图说明
图1为本发明所提供实施例的硬件总体框图；
图2为本发明所提供实施例的切换控制模块电路图；
图3为本发明所提供实施例的电平转换单元电路；
图4为本发明所提供实施例的信号调制单元电路图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-4所示，本发明提供了一种红外载波透传式通信电路，其包括电平转化模块、切换控制模块、红外模块；所述电平转化模块、所述切换控制模块的输出端连接所述红外模块的输入端；所述红外模块包括多个红外发射管与接收信号的红外接收模组，所述红外发射管用于发射不同波长的红外信号，所述红外接收模组用于接收外部信号并传输至所述电平转化模块，由电平转化模块控制所述红外接收模组的工作状态。
如图2所示，电平转化模块与切换控制模块通过接口连接电源，接口定义如下：
①VCC_BAT(电池正极，3.4～4.2V)；
②GND；
③HOST_TXD(主机串口，3.3V的TTL电平)；
④HOST_RXD(主机串口，3.3V的TTL电平)；
⑤RED_TXD(红外串口)
⑥RED_RXD(红外串口)
⑦GPIO_Select_1V8(主机GPIO，控制红外发射管切换)；
⑧VCC_EN(主机GPIO，控制模块电源使能)；
在设置目标电度表的从机地址时，电平转化模块与切换控制模块通过控制红外模块的第一波长的激光红外发射管进行准确的点对点通信，具体为980nm 的波长。由于980nm波长的红外线属于不可见光，因此同时使用650nm的激光瞄准器辅助指示。通信设置完成，红外模块的红外接收模组收到反馈的信号后，即设置好目标电度表的从机地址后，电平转化模块则发出低电平信号，从而控制红外模块切换成第二波长，即940nm波长的红外发射管进行150°的广角通信。
具体的，如图2所示，为本发明实施例所提供的切换控制模块电路图。由于市面上的多种N型场效应管的VGS不相同，存在多种范围，如SI2318CDS，其VGS的范围为1.2V-2.5V；2N7002，其VGS是3V。为适应多种N型场效应管的型号其不同的VGS，本发明加入一个NPN三极管Q2间接驱动场效应管。由图3可知，当接口GPIO_Select_1V8输出的电压为1.8V时，三极管Q2的VBE大于预设电压，即0.7V时，三极管Q2导通，A点的电压约为4.5V，A为高电平；当GPIO_Select_1V8输出0V时，三极管的VBE小于所述预设电压，三极管Q2不导通，A点下拉接地，即A为低电平。
当A为高电平，电平转化模块输出高电平时，N渠道场效应管Q5导通，P 渠道场效应管Q10关闭，N渠道场效应管Q6导通，导致B点的电平和A点的电平相反，即为B为低电平。此时可以令N型场效应管Q9、Q8导通，红外模块的波长为980nm和650nm的红外发射管发光，进行主从机的点对点通信。同理，当A为低电平，B为高电平时，波长为940nm的红外发射管发光，进行广角通信。
电平转化模块包括电平转换电源、信号调制单元，红外接收模组接传输信号至电平转化电源，由电平转化单元输出相应电平至信号调制单元，信号调制单元输出信号控制红外发射管的工作状态，切换不同波长的红外发射管。
如图3所示，为本发明所提供实施例的电平转换单元的电路图，利用N型场效应管的开通条件和内部二极管实现不同电平之间的通信。HOST_TXD发送数据到RED_RXD接收的情况如下：当HOST_TXD为高电平时，由于VCC_3V3等于 HOST_TXD的电压，场效应管Q11是不导通的，所以RED_RXD被电阻拉高到VCC_5V 的电压，也就是相当于当HOST_TXD发送端发送高电平时，RED_RXD接收端接收的电平也就是高电平；
当HOST_TXD为低电平时，由于VCC_3V3大于HOST_TXD的电压且电平差大于Q11的阀值电压，Q11导通，整个HOST_TXD到RED_RXD的线路都拉低，RED_RXD 也就相当于接收到低电平，也就是相当于当HOST_TXD发送端发送低电平时， RED_RXD接收端接收的电平也就是低电平。
而RED_TXD发送数据到HOST_RXD接收情况如下：当RED_TXD为高电平时，由于VCC_3V3等于HOST_RXD的电压，Q12是不导通的，所以HOST_RXD还是被电阻拉高到VCC_5V的电压，就相当于当RED_TXD发送高电平时，HOST_RXD接收的电平也就是高电平；
当RED_TXD为低电平时，由于Q12内部有一个寄生二极管，它将HOST_RXD 的电平钳位住，即过压保护，HOST_RXD的电平则为0.7V左右，此时，VCC_3V3 大于RED_TXD的电压且电平差大于Q12的阀值电压，Q12导通，HOST_RXD的电平等于RED_TXD的电平，就相当于当RED_TXD发送低电平时，HOST_RXD接收的电平也就是低电平。
而RED_RXD接收到的信号通过电平转化单元转成高低电平后输入信号调制单元，如图4所示。在本实施例中，信号调制单元包括了芯片U1，为SA555定时芯片，可根据使用工作的温度需求，更换为NE555、SE555或SA555。555时基电路、RA(引脚8与引脚7之间的总电阻)、RB(引脚2、6与引脚7之间的总电阻)、C1(引脚2、6与地之间的电容)构成一个载波频率为f的振荡器且载波频率为
Figure RE-GDA0002138489610000061
通常固定C1，调节RA和RB的阻值来改变载波频率。在本实施例中，C110nF的选型需要选择精度高的，1％和2％均可，在确定型号后，需要调整充电和放电的电阻RA、RB阻值，直至调整后555的输出频率为38±1kHz，即需要选取载波频率为38±1kHz，载波脉冲占空比最好接近1/10。
在电平转换单元发出高电平，即RED_RXD为高电平，芯片U1的引脚4输入高电平时，芯片U1开始振荡，引脚3输出载波信号至红外模块，控制红外光脉冲。而电平转换单元为低电平时，即芯片U1的引脚4输入低电平，则芯片U1 停止振荡，引脚3停止输出信号，此时红外模块的红外发射管停止工作。为避免RED_RXD没有工作时缺少稳定的电平，在N型场效应管的栅基上拉电阻，确保在没有工作时，芯片停止工作，避免红外发射管烧毁。
更多的，在HOST发送数据前，为避免其发出的消息被自己接收到，造成一定干扰，需要将串口接收中断使能关闭，等待发送完成后再将串口接收中断使能打开。且在进行PCB元件堆叠时，需调整红外发射管的布局，确保瞄准红色光斑中心点与激光红外光斑中心点距离在1m处不大于1.5cm、3m处不大于2cm、 5m处不大于3cm。
本发明还提供一种包括上述红外载波透传式电路的装置，还包括指示电路，用于提示红外载波透传式通信电路的工作状态。在红外模块完成广角通信后，提示用户进行下一步操作。通过切换控制模块与电平转化模块控制不同波长的红外发射管，避免了现有技术中造价昂贵的问题，低成本实现了实现主机与从机之间点对点通信和广角通信的切换。
所述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种红外载波透传式通信电路，其特征在于，包括电平转化模块、切换控制模块、红外模块；所述电平转化模块、所述切换控制模块的输出端连接所述红外模块的输入端；所述红外模块包括多个红外发射管与接收信号的红外接收模组，所述红外发射管用于发射不同波长的红外信号，所述红外接收模组用于接收外部信号并传输至所述电平转化模块，由电平转化模块控制所述红外接收模组的工作状态；
若所述电平转化模块输出高电平，且电压大于所述切换控制模块的预设电压，电平转化模块与切换控制模块通过控制红外模块的第一波长的激光红外发射管发出第一波长的红外信号进行点对点通信，使用650nm的激光瞄准器辅助指示；若所述电平转化模块输出低电平，且电压小于所述切换控制模块的预设电压，则所述红外模块发出第二波长的红外信号进行广角通信。
2.如权利要求1所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，电平转化模块包括电平转换单元、信号调制单元，所述红外接收模组传输信号至电平转化单元，输出相应的电平至所述信号调制单元，由信号调制单元输出信号控制所述红外发射管的工作状态。
3.如权利要求2所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，所述电平转换单元包括场效应管与二极管，所述电平转化单元接收到高电平时，所述场效应管不导通，输出高电平至所述信号调制单元；所述电平转化单元接收到低电平时，所述场效应管导通，输出低电平至所述信号调制单元。
4.如权利要求2所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，所述信号调制单元包括芯片U1，所述芯片U1接收到电平转化单元的高电平时，输出载波信号控制所述红外模块发出对应波长的红外信号；所述芯片U1接收到电平转化单元的低电平时，芯片U1不输出信号，所述红外发射管不工作。
5.如权利要求4所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，所述载波信号频率为38±1kHz。
6.如权利要求4所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，所述切换控制模块还包括三极管Q2，用于驱动场效应管。
7.如权利要求4所述的红外载波透传式通信电路，其特征在于，所述芯片U1为555定时器集成芯片。
8.一种红外载波透传式装置，包括如权利要求1-7任一项的红外载波透传式通信电路，其特征在于，还包括指示灯，用于提示所述红外载波透传式通信电路的工作状态。
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