CN111813728A - 一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口 - Google Patents

一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，本发明涉及数据采集终端的通信接口电路技术领域，本发明包括M_BUS、RS485总线和远红外通信的数据采集终端通信接口电路，通过在单串口复用方式下实现M_BUS、RS485多总线数据采集接口，同时，在单串口复用方式下实现远红外通信接口一体化设计，实现与手持式远红外通信设备通信；接口电路的实现仅使用微控制器一路串行通信接口，电路简洁，外围器件少，成本低，在接口控制电路控制下，M_BUS、RS485总线和远红外通信信道工作时，发送、接收数据状态各自独立，互不干扰，通信稳定可靠，已在数据采集工程中充分验证。

Description

一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口
技术领域
一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，用于M_BUS总线、RS485总线、远红外IRD信道通信接口电路及通信复用，本发明涉及数据采集终端的通信接口电路技术领域。
背景技术
数据采集终端的核心功能是数据采集、存储和数据上送，数据采集、上送的物理层链路由通信接口构成，通信接口是数据采集终端的重要电路，其中 M_BUS、RS485是数据采集终端经常具备的两种现场总线接口。
目前，数据采集终端通常设计M_BUS、RS485总线接口的方法是采用微控制器两路独立的串行通信口将M_BUS、RS485总线接口设计成两套完全独立的接口电路，这种通信接口设计工作稳定可靠，因此被广泛采用，但是，这种接口电路设计多占用微控制器一路串行通信口，另外，根据数据采集终端技术规范，微控制器与M_BUS、RS485接口必须隔离，因此，这种接口电路设计必须采用两路隔离器件，成本高并且占用印制电路板面积。
发明内容
本发明的目的在于：针对两路独立的串行通信口、两套独立的接口电路电路方案，提供一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口。
本发明采用的技术方案如下：一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，包括接口控制电路、微控制器串口发送/接收指示电路、M_BUS总线发送使能控制电路、RS485总线发送/接收状态控制电路、远红外IRD发送/接收电路；
所述接口控制电路，用于微控制器的一路串口UART实现M_BUS、RS485、远红外IRD三种不同信道的数据发送/接收，电路精简；
所述微控制器串口接收指示电路，用于指示串口UART有接收数据返回，方便现场调试；
所述M_BUS总线发送使能控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到M_BUS总线；
所述RS485总线发送/接收状态控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到RS485总线；
所述远红外IRD发送/接收电路，用于串口UART通过远红外接口发送/接收数据。
本发明的工作原理为：如图1所示，在微控制器的控制下，接口电路仅使用微控制器的一路串口，实现M_BUS总线、RS485总线、远红外IRD多信道通信，与常规的设计相比，占用微控制器资源最少，接口电路简化，占用PCB面积小，物料成本低，并且性能稳定可靠，由于微控制器与M_BUS总线、RS485总线加光耦隔离，符合现行产品技术规范要求和客户需求。
1）串口数据发送电路，微控制串口的发送数据通过隔离光耦同时向M_BUS、RS485输入端发送，同时也向远红外IRD电路的发送输入端发送，微控制器使能发送控制电路将发送数据发送到M_BUS或RS485总线，但发送数据不能同时发送到M_BUS、RS485总线，防止M_BUS、RS485总线同时有数据返回；微控制器使能38kHz远红外调制信号，控制发送数据使能远红外IRD发送；
2）串口数据接收电路，从M_BUS、RS485总线的接收数据通过隔离光耦传送到微控制串口接收端，远红外IRD的接收数据传送到微控制串口接收端，微控制远红外IRD能够被远红外接收控制信号使能数据接收；三路接收数据不存在“线与”；
3）数据接收指示，当M_BUS总线、RS485总线、远红外IRD有接收数据时，接收数据信号驱动LED指示灯闪烁，方便工程现场调试。
可选的，所述接口控制电路包括光耦E2和三极管V4，所述光耦E2第一引脚发光管阳极连接电阻R13一端，电阻R13另一端连接到3.3V电源；光耦E2第二引脚发光管阴极连接到微控制器IO管脚CTR；光耦E2第三引脚光电接收管射极连接参考点G；光耦E2第四引脚光电接收管集电极同时连接到电阻R10一端和三极管V4的基极，电阻R10另一端连接到5V电源；三极管V4的发射极连接到参考地G；三极管V4的集电极连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端连接到5V电源。
可选的，所述微控制器串口发送/接收指示电路包括LED指示灯HL1，LED指示灯HL2；
所述微控制器串口发送指示电路，光耦E1第一引脚发光管阳极连接到LED指示灯HL1阴极，LED指示灯HL1阳极连接到电阻R1一端，电阻R1另一端连接到3.3V电源；光耦E1第二引脚发光管阴极连接到微控制器串行发送端TXD；
微控制器串口接收指示电路，光耦E3第三引脚光电管发射极连接到GND参考地；光耦E3第四引脚光电管集电极连接到微控制器串行接收端RXD，同时，光耦E3第四引脚光电管集电极连接到电阻R15和电阻R14一端，电阻R15另一端连接到3.3V电源，R14另一端连接到三极管V3基极，三极管V3发射极连接到3.3V电源，三极管V3集电极连接到电阻R9一端，电阻R9另一端连接到LED指示灯HL2阳极，LED指示灯HL2阴极连接到GND参考地。
可选的，所述M_BUS总线发送使能控制电路，包括光耦E1及光耦E1第三引脚光电管发射极所采用的控制方式，所述光耦E1第三引脚光电管发射极连接到三极管V4的集电极CTR1。
可选的，所述RS485总线发送/接收状态控制电路，包括RS485芯片N1，二极管VD2，RS485芯片N1的第二、第三引脚所采用的控制方式；所述RS485芯片N1的第一引脚RO连接到二极管VD2阴极，二极管VD2阳极连接到微控制器光耦E3的第二引脚发光法阴极；RS485芯片N1的第二引脚RE和第三引脚DE互连，同时，RS485芯片N1的第二引脚RE和第三引脚DE连接到三极管V4集电极CTR1。
可选的，所述远红外IRD发送/接收电路，包括LED指示灯HL3、三极管V6、三极管V7、远红外接收管BL1、三极管V8、三极管V9；
所述远红外IRD发送电路，光耦E1第二引脚发光管阴极连接到微控制器串行发送端TXD，微控制器串行发送端TXD一端连接电阻R25一端，电阻R25另一端连接三极管V7基极，三极管V7发射极连接3.3V电源，三极管V7集电极连接LED指示灯HL3阳极，LED指示灯HL3阴极连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接三级管V6集电极，三级管V6基极连接到电阻R26一端，电阻R26另一端连接38kHz，三级管V6发射极连接到参考地GND；
所述远红外IRD接收电路，红外接收管BL1第一管脚OUT同时连接到电容C6的一端和三极管V9发射极，电容C6的另一端连接到参考地GND，三极管V9集电极连接到微控制器的串行接收端RXD，三极管V9基极同时连接到电阻R24一端和三极管V8集电极，电阻R24另一端连接3.3V电源，三极管V8发射极连接参考地GND，三极管V8基极连接到电阻R23，电阻R23另一端连接到微控制器IO管脚IRD_CTL；红外接收管BL1第二管脚GND连接到参考地GND，红外接收管BL1第三管脚VS同时连接到3.3V电源和电容C7一端，电容C7另一端连接到参考地GND。
可选的，所述光耦E2型号LTV-816S，三极管V1型号2SAR514R，三极管V2型号2SC2412，电阻R13电阻值为1kΩ，电阻R10电阻值为4.7kΩ，电阻R11电阻值为10kΩ。
可选的，所述光耦E1、光耦E3型号LTV-816S，三极管V3型号2SB1198，电阻R1电阻值为1kΩ，电阻R14电阻值为4.7kΩ，电阻R15电阻值为10kΩ，电阻R9电阻值为1kΩ。
可选的，所述RS485芯片N1型号AZRS5485，二极管VD2型号1N5819W。
可选的，所述远红外接收管型号BL1HM638R-W-28.5，三极管V8、V9型号2SB2412，电阻R23电阻值为5.1kΩ，电容C6电容值为100pF，电容C7电容值为1μF25V，三极管V6型号2SC2412，三极管V7型号2SB1198，电阻R25、R26电阻值为2.2kΩ，HL3型号AT205B。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
根据本发明电路特征，对比两路独立的串行通信口的M_BUS、RS485总线接口电路，本发明电路优点在于：
本发明采用单串口复用方式实现M_BUS、RS485双总线接口，占用微控制器资源少，外围隔离器件减少一路，电路简洁，极大压缩了印制板空间。
为保证单串口复用方式实现M_BUS、RS485双总线接口、远红外接口通信可靠工作，本发明设计的接口控制电路，逻辑清晰、严谨，电路简单可靠，易于微控制器程序实现。
本发明采用单串口复用方式实现M_BUS、RS485双总线接口，同时，远红外接口也在单串口复用，极大加强了数据采集终端功能。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明接口控制电路图；
图3是本发明微控制器串口发送指示电路；
图4是本发明微控制器串口接收指示电路；
图5是本发明RS485总线发送/接收状态控制电路图；
图6是本发明远红外（IRD）接收电路图；
图7是本发明远红外（IRD）发送电路图。
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做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。
一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，包括接口控制电路、微控制器串口发送/接收指示电路、M_BUS总线发送使能控制电路、RS485总线发送/接收状态控制电路、远红外IRD发送/接收电路；
所述接口控制电路，用于微控制器的一路串口UART实现M_BUS、RS485、远红外IRD三种不同信道的数据发送/接收，电路精简；
所述微控制器串口接收指示电路，用于指示串口UART有接收数据返回，方便现场调试；
所述M_BUS总线发送使能控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到M_BUS总线；
所述RS485总线发送/接收状态控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到RS485总线；
所述远红外IRD发送/接收电路，用于串口UART通过远红外接口发送/接收数据。
本发明的工作原理为：如图1所示，在微控制器的控制下，接口电路仅使用微控制器的一路串口，实现M_BUS总线、RS485总线、远红外IRD多信道通信，与常规的设计相比，占用微控制器资源最少，接口电路简化，占用PCB面积小，物料成本低，并且性能稳定可靠，由于微控制器与M_BUS总线、RS485总线加光耦隔离，符合现行产品技术规范要求和客户需求。
1）串口数据发送电路，微控制串口的发送数据通过隔离光耦同时向M_BUS、RS485输入端发送，同时也向远红外IRD电路的发送输入端发送，微控制器使能发送控制电路将发送数据发送到M_BUS或RS485总线，但发送数据不能同时发送到M_BUS、RS485总线，防止M_BUS、RS485总线同时有数据返回；微控制器使能38kHz远红外调制信号，控制发送数据使能远红外IRD发送；
2）串口数据接收电路，从M_BUS、RS485总线的接收数据通过隔离光耦传送到微控制串口接收端，远红外IRD的接收数据传送到微控制串口接收端，微控制远红外IRD能够被远红外接收控制信号使能数据接收；三路接收数据不存在“线与”；
3）数据接收指示，当M_BUS总线、RS485总线、远红外IRD有接收数据时，接收数据信号驱动LED指示灯闪烁，方便工程现场调试。
具体实施例如下：
实施例1
如图1-7所示，本发明包括接口控制电路、微控制器串口发送/接收指示电路、M_BUS总线发送使能控制电路、RS485总线发送/接收状态控制电路、远红外IRD发送/接收电路；其中，所述接口控制电路包括光耦E2、三极管V4，所述光耦E2第一引脚（发光管阳极）连接电阻R13一端，电阻R13另一端连接到3.3V电源；光耦E2第二引脚（发光管阴极）连接到微控制器IO管脚CTR；光耦E2第三引脚（光电接收管射极）连接参考点G；光耦E2第四引脚（光电接收管集电极）同时连接到电阻R10一端和三极管V4的基极，电阻R10另一端连接到5V电源，三极管V4的射极连接到参考地G；三极管V4的集电极连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端连接到5V电源；光耦E1型号LTV-816S，三极管V1型号2SAR514R，三极管V2型号2SC2412，电阻R13电阻值为1kΩ，电阻R10电阻值为4.7kΩ，电阻R11电阻值为10kΩ。
实施例2
在实施例1的基础上，所述微控制器串口发送/接收指示电路包括LED指示灯HL1，LED指示灯HL2；
所述微控制器串口发送指示电路，光耦E1第一引脚（发光管阳极）连接到LED指示灯HL1阴极，LED指示灯HL1阳极连接到电阻R1，电阻R1另一端连接到3.3V电源；光耦E1第二引脚（发光管阴极）连接到微控制器串行发送端TXD；
所述微控制器串口接收指示电路，光耦E3第三引脚（光电管发射极）连接到GND参考地；光耦E3第四引脚（光电管集电极）连接到微控制器串行接收端RXD，同时，光耦E3第四引脚（光电管集电极）连接到电阻R15和电阻R14一端，电阻R15另一端连接到3.3V电源，R14另一端连接到三极管V3基极，三极管V3发射极连接到3.3V电源，三极管V3集电极连接到电阻R9一端，电阻R9另一端连接到LED指示灯HL2阳极，LED指示灯HL2阴极连接到GND参考地；
光耦E1、光耦E3型号LTV-816S，三极管V3型号2SB1198，电阻R1电阻值为1kΩ，电阻R14电阻值为4.7kΩ，电阻R15电阻值为10kΩ，电阻R9电阻值为1kΩ。
实施例3
在实施例1的基础上，所述M_BUS总线发送使能控制电路，电路特征在于，包括光耦E1及光耦E1第三引脚（光电管发射极）所采用的控制方式；光耦E1第三引脚（光电管发射极）连接到三极管V4的集电极 CTR1，光耦E1型号LTV-816S，二极管VD2型号1N5819W。
实施例4
在实施例1的基础上，所述RS485总线发送/接收状态控制电路包括RS485芯片N1，二极管VD2，RS485芯片N1的第二、第三引脚所采用的控制方式，RS485芯片N1的第一引脚（RO）连接到二极管VD2阴极，二极管VD2阳极连接到微控制器光耦E3的第二引脚（发光法阴极）；RS485芯片N1的第二引脚（RE）和第三引脚（DE）互连，同时，RS485芯片N1的第二引脚RE和第三引脚DE连接到三极管V4集电极CTR1；RS485芯片N1型号AZRS5485，二极管VD2型号1N5819W。
实施例5
在实施例1的基础上，所述远红外IRD发送/接收电路，包括LED指示灯HL3、三极管V6、三极管V7、远红外接收管BL1、三极管V8、三极管V9；
所述远红外IRD发送电路，光耦E1第二引脚发光管阴极连接到微控制器串行发送端TXD，微控制器串行发送端TXD一端连接电阻R25一端，电阻R25另一端连接三极管V7基极，三极管V7发射极连接3.3V电源，三极管V7集电极连接LED指示灯HL3阳极，LED指示灯HL3阴极连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接三级管V6集电极，三级管V6基极连接到电阻R26一端，电阻R26另一端连接38kHz，三级管V6发射极连接到参考地GND；
远红外IRD接收电路，红外接收管BL1第一管脚OUT同时连接到电容C6的一端和三极管V9发射极，电容C6的另一端连接到参考地GND，三极管V9集电极连接到微控制器的串行接收端RXD，三极管V9基极同时连接到电阻R24一端和三极管V8集电极，电阻R24另一端连接3.3V电源，三极管V8发射极连接参考地GND，三极管V8基极连接到电阻R23，电阻R23另一端连接到微控制器IO管脚IRD_CTL；红外接收管BL1第二管脚GND连接到参考地GND，红外接收管BL1第三管脚（VS）同时连接到3.3V电源和电容C7一端，电容C7另一端连接到参考地GND。
所述远红外接收管型号BL1HM638R-W-28.5，三极管V8、V9型号2SB2412，电阻R23电阻值为5.1kΩ，电容C6电容值为100pF，电容C7电容值为1μF25V，三极管V6型号2SC2412，三极管V7型号2SB1198，电阻R25、R26电阻值为2.2kΩ，HL3型号AT205B。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，包括接口控制电路、微控制器串口发送/接收指示电路、M_BUS总线发送使能控制电路、RS485总线发送/接收状态控制电路、远红外IRD发送/接收电路；
所述接口控制电路，用于微控制器的一路串口UART实现M_BUS、RS485、远红外IRD三种不同信道的数据发送/接收，电路精简；
所述微控制器串口发送/接收指示电路，用于指示串口UART有接收数据返回，方便现场调试；
所述M_BUS总线发送使能控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到M_BUS总线；
所述RS485总线发送/接收状态控制电路，用于控制串口UART的发送数据切换到RS485总线；
所述远红外IRD发送/接收电路，用于串口UART通过远红外接口发送/接收数据。
2.根据权利要求1所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述接口控制电路包括光耦E2和三极管V4，所述光耦E2第一引脚发光管阳极连接电阻R13一端，电阻R13另一端连接到3.3V电源；光耦E2第二引脚发光管阴极连接到微控制器IO管脚CTR；光耦E2第三引脚光电接收管射极连接参考点G；光耦E2第四引脚光电接收管集电极同时连接到电阻R10一端和三极管V4的基极，电阻R10另一端连接到5V电源；三极管V4的发射极连接到参考地G；三极管V4的集电极连接到电阻R11的一端，电阻R11另一端连接到5V电源。
3.根据权利要求1所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述微控制器串口发送/接收指示电路包括LED指示灯HL1，LED指示灯HL2；
所述微控制器串口发送指示电路，光耦E1第一引脚发光管阳极连接到LED指示灯HL1阴极，LED指示灯HL1阳极连接到电阻R1一端，电阻R1另一端连接到3.3V电源；光耦E1第二引脚发光管阴极连接到微控制器串行发送端TXD；
微控制器串口接收指示电路，光耦E3第三引脚光电管发射极连接到GND参考地；光耦E3第四引脚光电管集电极连接到微控制器串行接收端RXD，同时，光耦E3第四引脚光电管集电极连接到电阻R15和电阻R14一端，电阻R15另一端连接到3.3V电源，R14另一端连接到三极管V3基极，三极管V3发射极连接到3.3V电源，三极管V3集电极连接到电阻R9一端，电阻R9另一端连接到LED指示灯HL2阳极，LED指示灯HL2阴极连接到GND参考地。
4.根据权利要求1所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述M_BUS总线发送使能控制电路，包括光耦E1及光耦E1第三引脚光电管发射极所采用的控制方式，所述光耦E1第三引脚光电管发射极连接到三极管V4的集电极 CTR1。
5.根据权利要求1所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述RS485总线发送/接收状态控制电路，包括RS485芯片N1，二极管VD2，RS485芯片N1的第二、第三引脚所采用的控制方式；所述RS485芯片N1的第一引脚（RO）连接到二极管VD2阴极，二极管VD2阳极连接到微控制器光耦E3的第二引脚发光法阴极；RS485芯片N1的第二引脚RE和第三引脚DE互连，同时，RS485芯片N1的第二引脚RE和第三引脚DE连接到三极管V4集电极CTR1。
6.根据权利要求1所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述远红外IRD发送/接收电路，包括LED指示灯HL3、三极管V6、三极管V7、远红外接收管BL1、三极管V8、三极管V9；
所述远红外IRD发送电路，光耦E1第二引脚发光管阴极连接到微控制器串行发送端TXD，微控制器串行发送端TXD一端连接电阻R25一端，电阻R25另一端连接三极管V7基极，三极管V7发射极连接3.3V电源，三极管V7集电极连接LED指示灯HL3阳极，LED指示灯HL3阴极连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接三级管V6集电极，三级管V6基极连接到电阻R26一端，电阻R26另一端连接38kHz，三级管V6发射极连接到参考地GND；
所述远红外IRD接收电路，红外接收管BL1第一管脚OUT同时连接到电容C6的一端和三极管V9发射极，电容C6的另一端连接到参考地GND，三极管V9集电极连接到微控制器的串行接收端RXD，三极管V9基极同时连接到电阻R24一端和三极管V8集电极，电阻R24另一端连接3.3V电源，三极管V8发射极连接参考地GND，三极管V8基极连接到电阻R23，电阻R23另一端连接到微控制器IO管脚IRD_CTL；红外接收管BL1第二管脚GND连接到参考地GND，红外接收管BL1第三管脚VS同时连接到3.3V电源和电容C7一端，电容C7另一端连接到参考地GND。
7.根据权利要求2所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述光耦E2型号LTV-816S，三极管V1型号2SAR514R，三极管V2型号2SC2412，电阻R13电阻值为1kΩ，电阻R10电阻值为4.7kΩ，电阻R11电阻值为10kΩ。
8.根据权利要求3所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述光耦E1、光耦E3型号LTV-816S，三极管V3型号2SB1198，电阻R1电阻值为1kΩ，电阻R14电阻值为4.7kΩ，电阻R15电阻值为10kΩ，电阻R9电阻值为1kΩ。
9.根据权利要求5所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述RS485芯片N1型号AZRS5485，二极管VD2型号1N5819W。
10.根据权利要求6所述的一种单串口复用方式实现的多总线、多信道接口，其特征在于，所述远红外接收管型号BL1HM638R-W-28.5，三极管V8、V9型号2SB2412，电阻R23电阻值为5.1kΩ，电容C6电容值为100pF，电容C7电容值为1μF25V，三极管V6型号2SC2412，三极管V7型号2SB1198，电阻R25、R26电阻值为2.2kΩ，HL3型号AT205B。
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