CN111786701A - 设备两线供电通讯电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设备两线供电通讯电路及其工作方法，该电路包括控制单元、分支单元以及开关单元，控制单元通过输入单元与信号输入设备连接，开关单元的两端分别连接有电源输入设备以及输出设备；其中，控制单元，用于接收信号输入设备的通讯信号，且生成控制信号；分支单元，用于将通讯信号分支输出至对应的输出设备；开关单元，用于在控制单元的控制信号控制下进行导通或截断，以使控制信号可从分支单元传输或停止传输至输出设备，且可连通或者截断电源输入设备对输出设备的供电。本发明实现减少低压电源箱至学生电源的接线数量，以简化布线，避免设备安装时接错线造成的损失。

Description

设备两线供电通讯电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及供电电路，更具体地说是指设备两线供电通讯电路及其工作方法。

背景技术

在进行物理教学过程中，通常会采用实验室实验教学的方式，在教学过程中，则会采用到学生电源，学生电源是一种在实验室与电网连接、把高电压转换成低电压且改变频率的一种设备，总而言之，学生电源属于低压电源。

目前，学生电源普遍采用3线或4线的传输方式，再加上220V市电的3线至少需要6根线，在布线施工方面繁琐，人工及用料成本居高，实际项目施工生产中，线路复杂，接线错误很容易造成烧毁学生电源设备等缺陷。

因此，有必要设计一种新的方法，实现减少低压电源箱至学生电源的接线数量，以简化布线，避免设备安装时接错线造成的损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供设备两线供电通讯电路及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：设备两线供电通讯电路，包括控制单元、分支单元以及开关单元，所述控制单元通过输入单元与信号输入设备连接，所述开关单元的两端分别连接有电源输入设备以及输出设备；其中，所述控制单元，用于接收信号输入设备的通讯信号，且生成控制信号；所述分支单元，用于将所述通讯信号分支输出至对应的输出设备；所述开关单元，用于在所述控制单元的控制信号控制下进行导通或截断，以使所述控制信号可从分支单元传输或停止传输至输出设备，且可连通或者截断电源输入设备对输出设备的供电。

其进一步技术方案为：所述控制单元包括主控芯片U1，所述主控芯片U1分别与所述分支单元以及所述开关单元连接。

其进一步技术方案为：所述输入单元包括与信号输入设备连接的接口J2，所述接口J2与所述主控芯片U1之间连接有光耦隔离器GU1。

其进一步技术方案为：所述分支单元包括模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B，所述模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与所述主控芯片U1连接，所述模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与所述开关单元连接。

其进一步技术方案为：所述模拟开关U3D与所述开关单元之间连接有三极管Q2，所述模拟开关U3C与所述开关单元之间连接有三极管Q3；所述模拟开关U3A与所述开关单元之间连接有三极管Q4；所述模拟开关U3B与所述开关单元之间连接有三极管Q1。

其进一步技术方案为：所述开关单元包括继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4，其中，所述继电器KJ1与所述三极管Q2连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q3连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q4连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q1连接；所述继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4分别连接有接口J5以及接口J6。

其进一步技术方案为：所述开关单元与所述分支单元之间还连接有调制单元。

其进一步技术方案为：所述调制单元包括Mos管D1、D2、D3、D4，其中，所述Mos管D1的栅极与所述三极管Q2的集电极连接，所述Mos管D1的漏极与所述继电器KJ1连接；所述Mos管D2的集电极与所述三极管Q3的集电极连接，所述Mos管D2的漏极与所述继电器KJ2连接；所述Mos管D3的集电极与所述三极管Q4的集电极连接，所述Mos管D3的漏极与所述继电器KJ3连接；所述Mos管D4的集电极与所述三极管Q1的集电极连接，所述Mos管D4的漏极与所述继电器KJ4连接。

其进一步技术方案为：还包括电源稳压单元，所述电源稳压单元包括稳压芯片A3以及稳压器A1，其中，所述稳压芯片A3与电源输入设备连接，所述稳压芯片A3与所述稳压器A1连接，所述稳压器A1与所述主控芯片U1连接。

本发明还提供了设备两线供电通讯电路的工作方法，包括：

控制单元接收来自信号输入设备的通讯信号，并生成控制信号；

分支单元将所述通讯信号分支后输出，并由控制单元控制开关单元的导通或截断，以使得分支输出的通讯信号传输或停止传输至输出设备，且开关单元的导通或截断可连通或者截断电源输入设备对输出设备的供电。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置控制单元、分支单元以及开关单元，通信输入设备通过输入单元输入通讯信号，输入单元利用光电隔离技术有效抑制通讯线路带来的干扰，且将电源输入设备与输出设备的连线之间设置开关单元，用控制单元进行控制，且通讯信号经过控制单元后由分支单元分支输出，借助电源输入设备与输出设备之间的连接传输通讯信号，采用两线制输出电源同时输出控制信号，低压电源箱输出至学生电源只需要两根线路，以达到电源的供给与控制信号的传输，实现减少低压电源箱至学生电源的接线数量，以简化布线，施工方便，避免设备安装时接错线造成的损失。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中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为本发明具体实施例提供的设备两线供电通讯电路的示意性框图；

图2为本发明具体实施例提供的主控芯片U1的具体电路原理图；

图3为本发明具体实施例提供的输入单元的具体电路原理图；

图4为本发明具体实施例提供的分支单元、开关单元以及调制单元的具体电路原理图；

图5为本发明具体实施例提供的电源稳压单元的具体电路原理图。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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应理解为必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～5所示的具体实施例，本实施例提供的设备两线供电通讯电路，可以运用在实验室内，用于学生电源的控制等，实现减少低压电源箱至学生电源的接线数量，以简化布线，避免设备安装时接错线造成的损失。

请参阅图1，上述的设备两线供电通讯电路，包括控制单元10、分支单元20以及开关单元40，控制单元10通过输入单元50与信号输入设备51连接，开关单元40的两端分别连接有电源输入设备41以及输出设备42；其中，控制单元10，用于接收信号输入设备51的通讯信号，且生成控制信号；分支单元20，用于将通讯信号分支输出至对应的输出设备42；开关单元40，用于在控制单元10的控制信号控制下进行导通或截断，以使控制信号可从分支单元20传输或停止传输至输出设备42，且可连通或者截断电源输入设备41对输出设备42的供电。

在本实施例中，控制单元10接收了来自信号输入设备51的通讯信号，生成控制信号，其中，控制信号是用于控制开关单元40的导通或截断，而分支单元20则用于将通讯信号进行分支后，按照实际情况输出至不同的通道上，实现数据分配功能；另外，控制开关单元40的导通或截断，可以实现两端的电源输入设备41与输出设备42之间的供电，且可借助电源输入设备41与输出设备42之间的接线，实现通讯信号分支后进行传输，由此实现采用两线供电带通讯的学生电源电路，两线既可做电源供给又可做通讯控制用，大大减少布线工作量，且接线简单，避免设备安装时接错线造成损失。

在实际运用过程中，会将该电路集成在电源控制主板上，配合漏电保护开关、开关电源模块、机箱壳体等，实现学生电源的关键控制与通讯。

在一实施例中，请参阅图2，控制单元10包括主控芯片U1，主控芯片U1分别与分支单元20以及开关单元40连接。

在本实施例中，上述的主控芯片U1的型号为但不局限于STM32F103。

该主控芯片U1是中央处理器、存储器、输入设备、输出设备42、数据通路/总线和外部资源接口等一系列硬件组件，核心电路是最重要的一个部分，由运算器和控制器组成，通过引脚与配套底板连接在一起从而实现整系统工作。

在一实施例中，请参阅图3，上述的输入单元50包括与信号输入设备51连接的接口J2，接口J2与主控芯片U1之间连接有光耦隔离器GU1，利用光电隔离技术有效抑制通讯线路带来的干扰。

在一实施例中，请参阅图4，上述的分支单元20包括模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B，模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与主控芯片U1连接，模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与开关单元40连接。

主控芯片U1通过控制模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B中至少一个导通，则可将通讯信号利用该导通的模拟开关输出至输出设备42中。

其中，控制模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B均是通过晶体管U2与主控芯片U1连接，其中，该晶体管U2的型号为ULN2003。

在一实施例中，请参阅图4，上述的模拟开关U3D与开关单元40之间连接有三极管Q2，模拟开关U3C与开关单元40之间连接有三极管Q3；模拟开关U3A与开关单元40之间连接有三极管Q4；模拟开关U3B与开关单元40之间连接有三极管Q1。

当对应的模拟开关在主控芯片U1的控制下闭合时，对应的三极管导通，则主控芯片U1可以将通讯信号经过模拟开关以及对应的三级管后，在经过开关单元40传输至输出设备42。

在本实施例中，上述的三极管Q2、Q3、Q4、Q1的发射极分别接地，另外，模拟开关U3D与三极管Q2的基极之间连接有电阻R26，模拟开关U3C与三极管Q3的基极之间连接有电阻R28；模拟开关U3A与三极管Q4的基极之间连接有电阻R30；模拟开关U3B与三极管Q1的基极之间连接有电阻R24。

另外，上述的三极管Q2的基极连接有一端接地的下拉电阻R14，三极管Q3的基极连接有一端接地的下拉电阻R27，三极管Q4的基极连接有一端接地的下拉电阻R29，三极管Q1的基极连接有一端接地的下拉电阻R31，设置下拉电阻可以避免信号传输过程中的失真，也可以确保三极管不会受到噪声信号的影响而产生误动作。

在一实施例中，请参阅图4，开关单元40包括继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4，其中，继电器KJ1与三极管Q2连接，继电器KJ1与三极管Q3连接，继电器KJ1与三极管Q4连接，继电器KJ1与三极管Q1连接；继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4分别连接有接口J5以及接口J6。

继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4的导通，可以使得将低压电源箱电源分路输送至学生电源，也就是实现接口J5与接口J6的连通；继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4的截断，可以使得将低压电源箱电源分路停止输送至学生电源，也就是实现接口J5与接口J6的截断。

请参阅图1，开关单元40与分支单元20之间还连接有调制单元30。调制单元30可以将分支输出的通讯信号放大调制输出。

在一实施例中，请参阅图4，调制单元30包括Mos管D1、D2、D3、D4，其中，Mos管D1的栅极与三极管Q2的集电极连接，Mos管D1的漏极与继电器KJ1连接；Mos管D2的集电极与三极管Q3的集电极连接，Mos管D2的漏极与继电器KJ2连接；Mos管D3的集电极与三极管Q4的集电极连接，Mos管D3的漏极与继电器KJ3连接；Mos管D4的集电极与三极管Q1的集电极连接，Mos管D4的漏极与继电器KJ4连接。

在本实施例中，Mos管D1的栅极与三极管Q2的集电极之间还连接有电阻R3，且Mos管D1的源极与Mos管D1的栅极之间还连接有偏置电阻R1；Mos管D2的栅极与三极管Q3的集电极之间还连接有电阻R5，且Mos管D2的源极与Mos管D2的栅极之间还连接有偏置电阻R4；Mos管D3的栅极与三极管Q4的集电极之间还连接有电阻R9，且Mos管D3的源极与Mos管D3的栅极之间还连接有偏置电阻R8；Mos管D4的栅极与三极管Q1的集电极之间还连接有电阻R10，且Mos管D4的源极与Mos管D4的栅极之间还连接有偏置电阻R10。

根据相应载荷的变化来调制MOS管栅极的偏置电阻，来实现MOS管导通时间的改变，从而实现通讯信号以及供电输出的改变。这种方式能使通讯信号的输出在工作条件变化时保持恒定，是利用主控芯片U1的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

在一实施例中，请参阅图5，上述的电路还包括电源稳压单元60，电源稳压单元60包括稳压芯片A3以及稳压器A1，其中，稳压芯片A3与电源输入设备41连接，稳压芯片A3与稳压器A1连接，稳压器A1与主控芯片U1连接。

利用稳压芯片A3以及稳压器A1由220V市电经过开关电源降压，再经过电源稳压单元60稳压给整个系统提供优质稳定的系统电源。

在本实施例中，稳压芯片A3的型号为但不局限于LM2596S，稳压器A1的型号为但不局限于LM317-3。

上述的设备两线供电通讯电路，通过设置控制单元10、分支单元20以及开关单元40，通信输入设备通过输入单元50输入通讯信号，输入单元50利用光电隔离技术有效抑制通讯线路带来的干扰，且将电源输入设备41与输出设备42的连线之间设置开关单元40，用控制单元10进行控制，且通讯信号经过控制单元10后由分支单元20分支输出，借助电源输入设备41与输出设备42之间的连接传输通讯信号，采用两线制输出电源同时输出控制信号，低压电源箱输出至学生电源只需要两根线路，以达到电源的供给与控制信号的传输，实现减少低压电源箱至学生电源的接线数量，以简化布线，施工方便，避免设备安装时接错线造成的损失。

在一实施例中，还提供了设备两线供电通讯电路的工作方法，包括：

控制单元10接收来自信号输入设备51的通讯信号，并生成控制信号；

分支单元20将通讯信号分支后输出，并由控制单元10控制开关单元40的导通或截断，以使得分支输出的通讯信号传输或停止传输至输出设备42，且开关单元40的导通或截断可连通或者截断电源输入设备41对输出设备42的供电。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述设备两线供电通讯电路的工作方法的具体实现过程，可以参考前述设备两线供电通讯电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.设备两线供电通讯电路，其特征在于，包括控制单元、分支单元以及开关单元，所述控制单元通过输入单元与信号输入设备连接，所述开关单元的两端分别连接有电源输入设备以及输出设备；其中，所述控制单元，用于接收信号输入设备的通讯信号，且生成控制信号；所述分支单元，用于将所述通讯信号分支输出至对应的输出设备；所述开关单元，用于在所述控制单元的控制信号控制下进行导通或截断，以使所述控制信号可从分支单元传输或停止传输至输出设备，且可连通或者截断电源输入设备对输出设备的供电。

2.根据权利要求1所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述控制单元包括主控芯片U1，所述主控芯片U1分别与所述分支单元以及所述开关单元连接。

3.根据权利要求2所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述输入单元包括与信号输入设备连接的接口J2，所述接口J2与所述主控芯片U1之间连接有光耦隔离器GU1。

4.根据权利要求2所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述分支单元包括模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B，所述模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与所述主控芯片U1连接，所述模拟开关U3D、U3C、U3A、U3B分别与所述开关单元连接。

5.根据权利要求4所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述模拟开关U3D与所述开关单元之间连接有三极管Q2，所述模拟开关U3C与所述开关单元之间连接有三极管Q3；所述模拟开关U3A与所述开关单元之间连接有三极管Q4；所述模拟开关U3B与所述开关单元之间连接有三极管Q1。

6.根据权利要求5所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述开关单元包括继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4，其中，所述继电器KJ1与所述三极管Q2连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q3连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q4连接，所述继电器KJ1与所述三极管Q1连接；所述继电器KJ1、KJ2、KJ3、KJ4分别连接有接口J5以及接口J6。

7.根据权利要求6所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述开关单元与所述分支单元之间还连接有调制单元。

8.根据权利要求7所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，所述调制单元包括Mos管D1、D2、D3、D4，其中，所述Mos管D1的栅极与所述三极管Q2的集电极连接，所述Mos管D1的漏极与所述继电器KJ1连接；所述Mos管D2的集电极与所述三极管Q3的集电极连接，所述Mos管D2的漏极与所述继电器KJ2连接；所述Mos管D3的集电极与所述三极管Q4的集电极连接，所述Mos管D3的漏极与所述继电器KJ3连接；所述Mos管D4的集电极与所述三极管Q1的集电极连接，所述Mos管D4的漏极与所述继电器KJ4连接。

9.根据权利要求2所述的设备两线供电通讯电路，其特征在于，还包括电源稳压单元，所述电源稳压单元包括稳压芯片A3以及稳压器A1，其中，所述稳压芯片A3与电源输入设备连接，所述稳压芯片A3与所述稳压器A1连接，所述稳压器A1与所述主控芯片U1连接。

10.设备两线供电通讯电路的工作方法，其特征在于，包括：

控制单元接收来自信号输入设备的通讯信号，并生成控制信号；

分支单元将所述通讯信号分支后输出，并由控制单元控制开关单元的导通或截断，以使得分支输出的通讯信号传输或停止传输至输出设备，且开关单元的导通或截断可连通或者截断电源输入设备对输出设备的供电。

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