CN110519141A - 一种主从机通讯电路及通讯装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子电路技术领域，提供了一种主从机通讯电路及通讯装置，该主从机通讯电路包括共用模块、主机模块以及从机模块，通过共用模块对主控模块输出的控制信号进行隔离处理，并且主机模块根据控制信号采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使外部从机设备反馈第二数据信号，以及从机模块根据控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至外部主机设备。由此实现了主机模块与共用模块构成主机，从机模块与共用模块构成从机，共用模块为共同所用，节约了印制电路板的空间，节省了成本；并且该装置具备做主机和从机的功能，可以满足不同客户的需求，大大提升了通讯效率。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种主从机通讯电路及通讯装置。
背景技术
M-Bus总线，全称Meter-Bus，是一种专门用于各类仪表或装置的远程读数或读取相关信息的网络系统结构。采用远程读数的欧洲抄表总线标准，广泛运用于水、电、气等部门的远程抄表系统，这种总线对楼宇自动化事业及相关的应用有着极端的重要作用。
然而，现有的通讯技术中存在着产品要不就是主机、要不就是从机，无法满足用户的需求，并且通讯效率低下的问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主从机通讯电路及通讯装置，以解决现有的通讯技术中存在着产品要不就是主机、要不就是从机，无法满足用户的需求，并且通讯效率低下的问题。
本发明第一方面提供了一种主从机通讯电路，应用于电能表中，所述主从机通讯电路包括：
与主控模块连接，用于对主控模块输出的控制信号进行隔离处理的共用模块；
与所述共用模块连接，用于根据所述控制信号，采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使所述外部从机设备反馈第二数据信号的主机模块；以及
与所述共用模块连接，用于根据所述控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至所述外部主机设备的从机模块；
其中，所述外部从机设备和所述外部主机设备包括电表、水表或者气表。
本发明第二方面提供了一种主从机通讯装置，包括：
如上述所述的主从机通讯电路；和
与所述主从机通讯电路连接，用于输出控制信号的主控模块。
本发明提供的一种主从机通讯电路及通讯装置，该主从机通讯电路包括共用模块、主机模块以及从机模块，通过共用模块对主控模块输出的控制信号进行隔离处理，并且主机模块根据控制信号采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使外部从机设备反馈第二数据信号，以及从机模块根据控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至外部主机设备。由此实现了主机模块与共用模块构成主机，从机模块与共用模块构成从机，共用模块为共同所用，节约了印制电路板的空间，节省了成本；并且该装置具备做主机和从机的功能，可以满足不同客户的需求；主机、从机采取需求选用的方式，大大提升了通讯效率，解决了现有的通讯技术中存在着产品要不就是主机、要不就是从机，无法满足用户的需求，并且通讯效率低下的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路的模块结构示意图。
图2为本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中共用模块的示例电路图。
图3为本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中主机模块的示例电路图。
图4为本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中从机模块的示例电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
上述的一种主从机通讯电路及通讯装置，该主从机通讯电路包括共用模块、主机模块以及从机模块，通过共用模块对主控模块输出的控制信号进行隔离处理，并且主机模块根据控制信号采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使外部从机设备反馈第二数据信号，以及从机模块根据控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至外部主机设备。由此实现了主机模块与共用模块构成主机，从机模块与共用模块构成从机，共用模块为共同所用，节约了印制电路板的空间，节省了成本；并且该装置具备做主机和从机的功能，可以满足不同客户的需求；主机、从机采取需求选用的方式，大大提升了通讯效率。
图1示出了本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
上述一种主从机通讯电路，应用于电能表中，该主从机通讯电路包括共用模块103、主机模块101以及从机模块102。
共用模块103与主控模块104连接，用于对主控模块104输出的控制信号进行隔离处理。
主机模块101与共用模块103连接，用于根据控制信号，采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使所述外部从机设备反馈第二数据信号。
从机模块102与共用模块103连接，用于根据控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至所述外部主机设备。
其中，外部从机设备和外部主机设备包括电表、水表或者气表。
作为本发明一实施例，上述主机模块101与共用模块103构成主机，从机模块102与共用模块103构成从机，共用模块103为共同所用，由此节约了印制电路板的空间，节省了成本；并且该主从机通讯电路具备做主机和从机的功能，可以满足不同客户的需求；主机、从机采取需求选用的方式，大大提升了通讯效率。
作为本发明一实施例，上述电能表在作为M-Bus主机向M-Bus从机发送数据采取电压调制的方式运行，M-Bus从机向M-Bus主机发送数据采取电流调制的方式。
电压调制方式：主机不发送数据时，默认为高电平‘1’，高电平为：12～42V，典型值为36V，本系统使用36V，低电平‘0’为：典型值为高电平减12V，但是该电平不能低于12V。故总线上电平范围为12～42V。
电流调制方式：系统采用半双工工作方式，故在从机发送数据时，主机不发送数据，固定为高电平，从机发送高电平‘1’固定其工作电流＜1.5mA，保证总线上的电平不会发生波动，从机发送低电平‘0’时，在原有工作电流下增加至少11mA工作电流，导致总线的电压发送细微波动，该波动由运放放大，从而得到一个低电平逻辑信号。
作为本发明一实施例，上述主机模块101和从机模块102进行隔离处理。
图2示出了本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中共用模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
作为本发明一实施例，上述共用模块103包括第一电阻R261、第二电阻R262、第三电阻R263、第五电阻R265、第六电阻R266、第七电阻R267、第八电阻R268、第九电阻R269、第十一电阻R281、第十二电阻R282、第十三电阻R283、第十六电阻R86、第二十一电阻R91、第一电容C131、第二电容C132、第四电容C134、第十电容C130、第三三极管Q23、第四三极管Q24、第一光电耦合器U16以及第二光电耦合器U17。
第六电阻R266的第一端、第二光电耦合器U17的受光器的输入端以及第一电阻R261的第一端接第一参考电压(图2采用VCC33表示)，第六电阻R266的第二端与第四电容C134的第一端以及第四三极管Q24的集电极共接，第四三极管Q24的基极与第七电阻R267的第一端以及第二电容C132的第一端共接，第四三极管Q24的发射极与第八电阻R268的第一端接地，第七电阻R267的第二端、第二电容C132的第二端、第八电阻R268的第二端以及第二光电耦合器U17的受光器的输出端共接，第四电阻R264的第一端、第九电阻R269的第一端以及第十一电阻R281的第一端接第二参考电压(图2采用+30V表示)，第二光电耦合器U17的发光源的输入端接第九电阻R269的第二端，第二光电耦合器U17的发光源的输出端接主机模块101，第一电阻R261的第二端接第一光电耦合器U16的发光源的输入端，第一光电耦合器U16的发光源的输出端接第一电容C131的第一端，第一电容C131的第二端接地，第四电阻R264的第二端与第五电阻R265的第一端以及第一光电耦合器U16的受光器的输入端共接，第一光电耦合器U16的受光器的输出端、第十电容C130的第一端、第二电阻R262的第一端以及第三电阻R263的第一端共接，第五电阻R265的第二端与第十三电阻R283的第一端以及第三三极管Q23的集电极共接，第十一电阻R281的第二端接第十三电阻R283的第二端，第十电容C130的第二端、第二电阻R262的第二端、十二电阻R282的第一端以及第三三极管Q23的基极共接，第三电阻R263的第二端、第十二电阻R282的第二端、第十六电阻R86的第一端、第二十一电阻R91的第一端以及第三三极管Q23的发射极共接，第十六电阻R86的第二端接第二十一电阻R91的第二端。
图3示出了本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中主机模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
作为本发明一实施例，上述主机模块101包括总线保护单元1014、充电控制单元1012、运放单元1011以及限流单元1013。
总线保护单元1014与电能表的总线连接，用于对流经总线的电流和电压进行保护。
充电控制单元1012与总线保护单元1014连接，用于对电能表进行充电。
运放单元1011与共用模块103连接，用于对控制信号进行运算放大后，输出优化信号。
限流单元1013与运放单元1011连接，用于对优化电流进行限流。
作为本发明一实施例，上述总线保护单元1014包括保险丝PPTC1、第二十三电阻R73以及第三瞬态抑制二极管TVS3。
保险丝PPTC1的第一端与第二十三电阻R73的第一端接电能表的总线，保险丝PPTC1的第二端接第三瞬态抑制二极管TVS3的第一端，第二十三电阻R73的第二端接第三瞬态抑制二极管TVS3的第二端。
作为本发明一实施例，上述充电控制单元1012包括第二十六电阻R146、第二十九电阻R149、第三电容C103以及第四二极管D14。
第四二极管D14的阳极接总线保护单元1014，第四二极管D14的阴极接第二十九电阻R149的第一端，第二十九电阻R149的第二端与第二十六电阻R146的第一端以及第三电容C103的第一端共接，第二十六电阻R146的第二端与第三电容C103的第二端接地。
作为本发明一实施例，上述限流单元1013包括第三十电阻R130、第三十六电阻R136、第三十九电阻R139以及第五十一电阻R151。
第三十电阻R130的第一端、第三十六电阻R136的第一端、第三十九电阻R139的第一端以及第五十一电阻R151的第一端共接并与运放单元1011连接，第三十电阻R130的第二端、第三十六电阻R136的第二端、第三十九电阻R139的第二端以及第五十一电阻R151的第二端共接。
作为本发明一实施例，上述运放单元1011包括运算放大器或者现有的运放电路实现。
图4示出了本发明一实施例提供的一种主从机通讯电路中从机模块的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
作为本发明一实施例，上述从机模块102包括收发单元1021和保护单元1022。
收发单元1021用于接收第三数据信号和发送第四数据信号。
保护单元1022与收发单元1021及电能表的总线连接，用于对流经总线的电流和电压进行保护。
作为本发明一实施例，上述保护单元1022包括第七瞬态抑制二极管TVS7、第四可调电阻RV4、第十八电阻R88、第十九电阻R89以及第七十一电阻R71。
第十八电阻R88的第一端与第四可调电阻RV4的第一端接电能表的总线，第十八电阻R88的第二端接第七瞬态抑制二极管TVS7的第一端，第七瞬态抑制二极管TVS7的第二端接第十九电阻R89的第一端，第七十一电阻R71的第一端接电能表的总线，第七十一电阻R71的第二端与第四可调电阻RV4的第二端以及第十九电阻R89的第二端共接。
作为本发明一实施例，上述收发单元1021采用收发器集成芯片实现。
具体地，收发器集成芯片采用型号为TSS721A的收发器集成芯片，其为满足仪表总线标准(EN1434-3)的单芯片收发器，内部接口电路可以适应仪表总线结构中主从机之间的不同电平，与总线的连接是无极性的，且支持使用光耦与从机间进行全电隔离。
该收发器集成芯片可由总线供电，对从机不增加功率需求，并内置总线电压故障指示。接收器有动态电平识别功能，发送器有可编程电流沉。片内集成3.3v稳压源，当总线发生故障时将会延时关断。该主从机通讯电路可广泛应用于M-BUS远程抄表、安防、智能家居等领域。
上述一种主从机通讯电路的优点体现在以下几个方面：
1、符合EN1434-3通信标准；
2、接受器具有动态电平识别功能；
3、调制电流大小可通过外围电阻调节；
4、抗极性颠倒功能；
5、欠压指示功能；
6、模块供电切换；
7、集成3.3V稳压电源；
8、总线远程供电；
9、最高9600波特的半双工UART通信速率；
10、支持多种从机供电方式：
通过VDD端由总线供电；
通过VDD端由总线供电，同时电池备用；
电池供电，总线仅用于数据传输。
本发明还提供了一种主从机通讯装置，包括：
如上述所述的主从机通讯电路；和
与主从机通讯电路连接，用于输出控制信号的主控模块。
结合图1-图4对上述一种主从机通讯电路及通讯装置的工作原理进行描述如下：
主机模块101发送第一数据信号时：
1、低电平的产生：当第一光电耦合器U16接收一个低电平信号时，第一光电耦合器U16导通，那么第三三极管Q23导通，第三三极管Q23的集电极电压通过第十六电阻R86接地被拉低了；第十一电阻R281和第十三电阻R283的阻值相等，那么经过第十一电阻R281和第十二电阻R282进行分压后，inputA+网络的电平为高电平的一半，由于为跟随设计，inputA+输入电压等于第一路运放输出电压，即经运算放大器U30的第一路运放输出电平由36V变为18V，M-Bus总线辨别为低电平；
2、高电平的产生：当第一光电耦合器U16接收一个高电平信号时，第一光电耦合器U16不导通，那么第三三极管Q23不导通，第三三极管Q23的集电极电压维持高电压，即inputA+网络的电平为高电平，经运算放大器U30的第一路运放跟随输出高电平36V，M-Bus总线辨别为高电平。
由从机模块102向外部主机设备发送的数据码流是一种电流脉冲序列，从机模块102接收第三数据信号时：
1、传输逻辑1：当传输逻辑1时，以1.5mA的电流传输，第二路运放的输入端inputB-的电平为低电平，第二光电耦合器U17导通，第四三极管Q24导通，其集电极C的电位被拉低，得到低电平；
2、传输逻辑0：当传输逻辑0时，从站使其电流值增加11～20mA，第二路运放的输入端inputB-的电平为高电平，第二光电耦合器U17导通，第四三极管Q24不导通，其集电极C的电位被拉高，得到高电平。
并且，从机模块102采用型号为TSS721A的收发器集成芯片进行数据信号的发送和接收。
综上，本发明实施例提供的一种主从机通讯电路及通讯装置，该主从机通讯电路包括共用模块、主机模块以及从机模块，通过共用模块对主控模块输出的控制信号进行隔离处理，并且主机模块根据控制信号采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使外部从机设备反馈第二数据信号，以及从机模块根据控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至外部主机设备。由此实现了主机模块与共用模块构成主机，从机模块与共用模块构成从机，共用模块为共同所用，节约了印制电路板的空间，节省了成本；并且该装置具备做主机和从机的功能，可以满足不同客户的需求；主机、从机采取需求选用的方式，大大提升了通讯效率，解决了现有的通讯技术中存在着产品要不就是主机、要不就是从机，无法满足用户的需求，并且通讯效率低下的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种主从机通讯电路，应用于电能表中，其特征在于，所述主从机通讯电路包括：
与主控模块连接，用于对主控模块输出的控制信号进行隔离处理的共用模块；
与所述共用模块连接，用于根据所述控制信号，采用电压调制的方式发送第一数据信号至外部从机设备，以使所述外部从机设备反馈第二数据信号的主机模块；以及
与所述共用模块连接，用于根据所述控制信号，当接收外部主机设备发送的第三数据信号时作出响应，并采用电流调制的方式发送第四数据信号至所述外部主机设备的从机模块；
其中，所述外部从机设备和所述外部主机设备包括电表、水表或者气表。
2.如权利要求1所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述主机模块包括：
与所述电能表的总线连接，用于对流经所述总线的电流和电压进行保护的总线保护单元；
与所述总线保护单元连接，用于对所述电能表进行充电的充电控制单元；
与所述共用模块连接，用于对所述控制信号进行运算放大后，输出优化信号的运放单元；以及
与所述运放单元连接，用于对所述优化电流进行限流的限流单元。
3.如权利要求1所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述从机模块包括：
用于接收所述第三数据信号和发送所述第四数据信号的收发单元；和
与所述收发单元及所述电能表的总线连接，用于对流经所述总线的电流和电压进行保护的保护单元。
4.如权利要求1所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述共用模块包括：
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十六电阻、第二十一电阻、第一电容、第二电容、第四电容、第十电容、第三三极管、第四三极管、第一光电耦合器以及第二光电耦合器；
所述第六电阻的第一端、所述第二光电耦合器的受光器的输入端以及所述第一电阻的第一端接第一参考电压，所述第六电阻的第二端与所述第四电容的第一端以及所述第四三极管的集电极共接，所述第四三极管的基极与所述第七电阻的第一端以及所述第二电容的第一端共接，所述第四三极管的发射极与所述第八电阻的第一端接地，所述第七电阻的第二端、所述第二电容的第二端、所述第八电阻的第二端以及所述第二光电耦合器的受光器的输出端共接，所述第四电阻的第一端、所述第九电阻的第一端以及所述第十一电阻的第一端接第二参考电压，所述第二光电耦合器的发光源的输入端接所述第九电阻的第二端，所述第二光电耦合器的发光源的输出端接所述主机模块，所述第一电阻的第二端接所述第一光电耦合器的发光源的输入端，所述第一光电耦合器的发光源的输出端接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端以及所述第一光电耦合器的受光器的输入端共接，所述第一光电耦合器的受光器的输出端、所述第十电容的第一端、所述第二电阻的第一端以及所述第三电阻的第一端共接，所述第五电阻的第二端与所述第十三电阻的第一端以及所述第三三极管的集电极共接，所述第十一电阻的第二端接所述第十三电阻的第二端，所述第十电容的第二端、所述第二电阻的第二端、所述十二电阻的第一端以及所述第三三极管的基极共接，所述第三电阻的第二端、所述第十二电阻的第二端、所述第十六电阻的第一端、所述第二十一电阻的第一端以及所述第三三极管的发射极共接，所述第十六电阻的第二端接所述第二十一电阻的第二端。
5.如权利要求2所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述总线保护单元包括：
保险丝、第二十三电阻以及第三瞬态抑制二极管；
所述保险丝的第一端与所述第二十三电阻的第一端接所述电能表的总线，所述保险丝的第二端接所述第三瞬态抑制二极管的第一端，所述第二十三电阻的第二端接所述第三瞬态抑制二极管的第二端。
6.如权利要求2所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述充电控制单元包括：
第二十六电阻、第二十九电阻、第三电容以及第四二极管；
所述第四二极管的阳极接所述总线保护单元，所述第四二极管的阴极接所述第二十九电阻的第一端，所述第二十九电阻的第二端与所述第二十六电阻的第一端以及所述第三电容的第一端共接，所述第二十六电阻的第二端与所述第三电容的第二端接地。
7.如权利要求2所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述限流单元包括：
第三十电阻、第三十六电阻、第三十九电阻以及第五十一电阻；
所述第三十电阻的第一端、所述第三十六电阻的第一端、所述第三十九电阻的第一端以及所述第五十一电阻的第一端共接并与所述运放单元连接，所述第三十电阻的第二端、所述第三十六电阻的第二端、所述第三十九电阻的第二端以及所述第五十一电阻的第二端共接。
8.如权利要求3所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述保护单元包括：
第七瞬态抑制二极管、第四可调电阻、第十八电阻、第十九电阻以及第七十一电阻；
所述第十八电阻的第一端与所述第四可调电阻的第一端接所述电能表的总线，所述第十八电阻的第二端接所述第七瞬态抑制二极管的第一端，所述第七瞬态抑制二极管的第二端接所述第十九电阻的第一端，所述第七十一电阻的第一端接所述电能表的总线，所述第七十一电阻的第二端与所述第四可调电阻的第二端以及所述第十九电阻的第二端共接。
9.如权利要求3所述的主从机通讯电路，其特征在于，所述收发单元采用收发器集成芯片实现。
10.一种主从机通讯装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-9任一项所述的主从机通讯电路；和
与所述主从机通讯电路连接，用于输出控制信号的主控模块。
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