CN111464211A - 直流载波双向通讯接口电路系统 - Google Patents

直流载波双向通讯接口电路系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电力线载波通讯技术领域的直流载波双向通讯接口电路系统，包括供电隔离单元、发送数据单元和接收数据单元；所述供电隔离单元由电源隔离电路组成，用于提取通讯总线上的电源，为电路提供工作电能；所述发送数据单元由载波合成电路和信号与电源耦合电路组成，用于实现将通讯数据转变为载波信号，进而输出到通讯总线上；所述接收数据单元由低通滤波电路、高通滤波电路、差分放大电路、比较器和逻辑信号调理电路组成，用于将通讯总线上的数据解调，并转换成控制器能够识别的电平信号，本发明能够在产品现有供电线路条件下，不改变产品供电线路连接状态，实现对产品的双向数据通讯功能。

Description

直流载波双向通讯接口电路系统
技术领域
本发明涉及电力线载波通讯技术领域，具体为直流载波双向通讯接口电路系统。
背景技术
装定技术包括无线装定和有线装定两种。有线装定因具有不受外部环境干扰、电路结构简单、装定可靠性高等优点而广泛使用。有线装定通常采用RS48542232等串行通信协议传输数据，有标准的集成电路作为信号驱动器，装定信号传输线上的电压保持在标准范围内，数据传输速率高、传感距离远。
现有的在某些产品电路中，通常只有电源供电线路，但是要求电源供电线路既要能够为产品提供供电，又能够实现对产品的双向数据通讯，现有基于RS48542232等串行通信协议传输数据的方案就无法实现，需要开发专用的接口电路。
基于此，本发明设计了直流载波双向通讯接口电路系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供直流载波双向通讯接口电路系统，以解决上述背景技术中提出的现有的在某些产品电路中，通常只有电源供电线路，但是要求电源供电线路既要能够为产品提供供电，又能够实现对产品的双向数据通讯的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：直流载波双向通讯接口电路系统，包括供电隔离单元、发送数据单元和接收数据单元；
所述供电隔离单元由电源隔离电路组成，用于提取通讯总线上的电源，为电路提供工作电能；
所述发送数据单元由载波合成电路和信号与电源耦合电路组成，用于实现将通讯数据转变为载波信号，进而输出到通讯总线上；
所述接收数据单元由低通滤波电路、高通滤波电路、差分放大电路、比较器和逻辑信号调理电路组成，用于将通讯总线上的数据解调，并转换成控制器能够识别的电平信号。
优选的，所述电源隔离电路至少包括一组二极管D2，用于通过单向导通给电路提供工作电能POWER。
优选的，所述载波合成电路由与门N1、电阻R1、电感L1和电容C1组成，用于通过与门N1的逻辑语句，对载波信号在通讯数据总线上的控制。
优选的，所述低通滤波电路由运算放大器N3和N4、电阻R22、R2、R3、R4、RS、R6和电容C3、C4、C5、C6、C7组成，用于过滤高于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
优选的，所述高通滤波电路由运算放大器N5和N6、电阻R7、R8、R9、R10、R11和电容C8、C9、C10、C11组成，用于过滤低于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
优选的，所述差分放大电路由运算放大器N7和电阻R12、R13、R14、R15组成，用于将直流载波信号进行放大处理，并且信号放大倍数与电阻R12和R14相关。
优选的，所述比较器由运算放大器N8、电阻R16、R17、R18、R19、R20和电容C12组成，用于将放大后的直流载波信号与参考电压进行比较，并将比较结果作为数字化后的装定信号。
优选的，所述逻辑信号调理电路由移位寄存器N10、或门N9和电阻R21组成，用于构成逻辑信号调理电路，并将装定信号通过脉冲扩展进行装定信号的还原。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用单条数据线完成电源供电、数据的双向传输。通过该方案设计的发送数据单元能够发送高速、大电流、高压信号，保证通信的可靠性。接收数据单元通过全硬件电路构成的模拟信号处理电路，可以释放控制器资源，将信号调理后的数字信号供给控制器识别，完成数据回读；能够在产品现有供电线路条件下，不改变产品供电线路连接状态，实现对产品的双向数据通讯功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的电路原理组成框图；
图2为本发明的电源隔离电路图；
图3为本发明的载波合成电路图；
图4为本发明的信号与电源耦合电路图；
图5为本发明的低通滤波电路图；
图6为本发明的高通滤波电路图；
图7为本发明的差分放大电路图；
图8为本发明的比较器电路图；
图9为本发明的逻辑信号调理电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：直流载波双向通讯接口电路系统，包括供电隔离单元、发送数据单元和接收数据单元；
所述供电隔离单元由电源隔离电路组成，用于提取通讯总线上的电源，为电路提供工作电能；
所述发送数据单元由载波合成电路和信号与电源耦合电路组成，用于实现将通讯数据转变为载波信号，进而输出到通讯总线上；
所述接收数据单元由低通滤波电路、高通滤波电路、差分放大电路、比较器和逻辑信号调理电路组成，用于将通讯总线上的数据解调，并转换成控制器能够识别的电平信号。
更进一步的实施方式为，所述电源隔离电路至少包括一组二极管D2，用于通过单向导通给电路提供工作电能POWER。
更进一步的实施方式为，所述载波合成电路由与门N1、电阻R1、电感L1和电容C1组成，用于通过与门N1的逻辑语句，对载波信号在通讯数据总线上的控制。
更进一步的实施方式为，所述低通滤波电路由运算放大器N3和N4、电阻R22、R2、R3、R4、RS、R6和电容C3、C4、C5、C6、C7组成，用于过滤高于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
更进一步的实施方式为，所述高通滤波电路由运算放大器N5和N6、电阻R7、R8、R9、R10、R11和电容C8、C9、C10、C11组成，用于过滤低于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
更进一步的实施方式为，所述差分放大电路由运算放大器N7和电阻R12、R13、R14、R15组成，用于将直流载波信号进行放大处理，并且信号放大倍数与电阻R12和R14相关。
更进一步的实施方式为，所述比较器由运算放大器N8、电阻R16、R17、R18、R19、R20和电容C12组成，用于将放大后的直流载波信号与参考电压进行比较，并将比较结果作为数字化后的装定信号。
更进一步的实施方式为，所述逻辑信号调理电路由移位寄存器N10、或门N9和电阻R21组成，用于构成逻辑信号调理电路，并将装定信号通过脉冲扩展进行装定信号的还原。
需要说明的是，电源隔离电路如图3所示：电路工作过程：当通讯数据总线上有电压时，SetBus2上的电压通过二极管D2给电路提供工作电能POWER：反之，作为数据发送端使用时，POWER端的电能不会通过二极管D2传到SetBus2端。
载波合成电路如图3所示：电路工作过程：控制单元输出4MHz载波信号Clock和装定数据SetTX，当装定数据SetTX为逻辑1时，与门N1的引脚4输出逻辑与载波信号Clock一致，经电阻R1、电感L1和电容C1发送到通讯数据总线上；当装定数据SetTX为逻辑0时，与门N1的引脚4输出逻辑保持为0，通讯数据总线上也不出现载波信号。
信号与电源据合电路如图4所示：电路工作过程：直流电源POWER经二极管D1和电感L2与载波信号耦合，完成装定数据的载波输出：电感L2和电容C2组成阻抗匹配电路。
低通滤波电路如图5所示：电路工作过程：由两个运算放大器构成的巴特沃斯四阶低通滤波电路，将通讯数据总线上高于载波信号频率的干扰信号滤掉，便于后续电路对信号的处理。
高通滤波电路如图6所示：电路工作过程：由两个运算放大器构成的巴特沃斯四阶高通滤波电路，将通讯数据总线上低于载波信号频率的干扰信号滤掉，便于后续电路对信号的处理。直流载波信号经过低通滤波电路和高通滤波电路后，仅余下正常的载波信号，供给差分放大电路进行放大处理。
差分放大电路如图7所示：电路工作过程：由一个运算放大器构成的差分放大电路，将直流载波信号进行放大，信号放大倍数由电阻R12、R14决定。
比较器如图8所示：电路工作过程：由一个运算放大器构成的比较器电路，将放大后的直流载波信号与参考电压进行比较，将比较结果通过N8的引脚6输出，成为数字化后的装定信号，比较器的参考电压由电阻R16和R17分压获得。
逻辑信号调理电路如图9所示：电路工作过程：由一个移位寄存器和一个多路或门构成的逻辑信号调理电路，将数字化后的装定信号进行脉冲扩展，最终实现装定信号还原。
本发明通过利用单条数据线完成电源供电、数据的双向传输。通过该方案设计的发送数据单元能够发送高速、大电流、高压信号，保证通信的可靠性。接收数据单元通过全硬件电路构成的模拟信号处理电路，可以释放控制器资源，将信号调理后的数字信号供给控制器识别，完成数据回读。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：包括供电隔离单元、发送数据单元和接收数据单元；
所述供电隔离单元由电源隔离电路组成，用于提取通讯总线上的电源，为电路提供工作电能；
所述发送数据单元由载波合成电路和信号与电源耦合电路组成，用于实现将通讯数据转变为载波信号，进而输出到通讯总线上；
所述接收数据单元由低通滤波电路、高通滤波电路、差分放大电路、比较器和逻辑信号调理电路组成，用于将通讯总线上的数据解调，并转换成控制器能够识别的电平信号。
2.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述电源隔离电路至少包括一组二极管D2，用于通过单向导通给电路提供工作电能POWER。
3.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述载波合成电路由与门N1、电阻R1、电感L1和电容C1组成，用于通过与门N1的逻辑语句，对载波信号在通讯数据总线上的控制。
4.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述低通滤波电路由运算放大器N3和N4、电阻R22、R2、R3、R4、RS、R6和电容C3、C4、C5、C6、C7组成，用于过滤高于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
5.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述高通滤波电路由运算放大器N5和N6、电阻R7、R8、R9、R10、R11和电容C8、C9、C10、C11组成，用于过滤低于载波信号频率的通讯数据总线上的干扰信号。
6.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述差分放大电路由运算放大器N7和电阻R12、R13、R14、R15组成，用于将直流载波信号进行放大处理，并且信号放大倍数与电阻R12和R14相关。
7.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述比较器由运算放大器N8、电阻R16、R17、R18、R19、R20和电容C12组成，用于将放大后的直流载波信号与参考电压进行比较，并将比较结果作为数字化后的装定信号。
8.根据权利要求1所述的直流载波双向通讯接口电路系统，其特征在于：所述逻辑信号调理电路由移位寄存器N10、或门N9和电阻R21组成，用于构成逻辑信号调理电路，并将装定信号通过脉冲扩展进行装定信号的还原。
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