CN113848788B - 一种扩展电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扩展电路及系统，包括：自动收发切换电路、接收合路电路、第一收发器、第二收发器、第一保护回路、第二保护回路；自动收发切换电路的输入端用于与主机的发送端电气连接，接收合路电路的输出端用于与主机的接收端电气连接，自动收发切换电路的输入端与第一收发器、及第二收发器输入端电气连接，自动收发切换电路的输出端与第一收发器、及第二收发器的使能端电气连接，接收合路电路的输入端与第一收发器、及第二收发器输出端电气连接；第一收发器通过第一保护回路连接至第一从机，第二收发器通过第一保护回路连接至第二从机，解决了现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

Description

一种扩展电路及系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别涉及一种扩展电路、系统及控制方法。

背景技术

RS485广泛应用于工业物联网，通过RS485总线同时挂载多种设备。MCU/CPU通过UART接RS485收发器。

RS485是半双工通信，网关通过RS485发送带有终端节点ID的采集指令，节点设备检测到与自己ID相符后通过RS485回传数据给网关。

在现有技术中，一般通过MCU/CPU的芯片的UART口接1个RS485收发器，其无法实现一对多通讯，或者MCU/CPU的芯片的UART口数量不多，需要通过SPI/USB扩展UART芯片扩展UART口，其占用MCU/CPU的接口资源并增加额外成本。

有鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明公开了一种扩展电路、系统及控制方法，旨在解决现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

本发明第一实施例提供了一种扩展电路，包括：自动收发切换电路、接收合路电路、第一收发器、第二收发器、第一保护回路、以及第二保护回路；

其中，所述自动收发切换电路的输入端用于与主机的发送端电气连接，所述接收合路电路的输出端用于与主机的接收端电气连接，所述自动收发切换电路的输入端与所述第一收发器、及所述第二收发器输入端电气连接，所述自动收发切换电路的输出端与所述第一收发器、及所述第二收发器的使能端电气连接，所述接收合路电路的输入端与所述第一收发器、及所述第二收发器输出端电气连接；

其中，所述第一收发器通过第一保护回路连接至第一从机，所述第二收发器通过第二保护回路连接至第二从机，所述主机的发送端及接收端配置为与所述第一从机和第二从机通讯。

优选地，所述自动收发切换电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、以及第一电容；

其中，所述主机的发送端通过所述第一电阻与所述第一三极管的B极电气连接，所述第一三极管的C极接地，所述所述第一三极管的E极通过第二电阻连接至电源，所述所述第一三极管的E极通过所述第三电阻与所述第二三极管的B极电气连接，所述所述第一三极管的E极通过所述第一电容接地，所述第二三极管的E极连接至电源，所述第二三极管的C极通过第四电阻接地，所述第二三极管的C极连接至所述第一收发器、及第二收发器的高电平使能端及低电平使能端。

优选地，所述接收合路电路包括：第五电阻、及第一二极管；

其中，所述主机的接收端通过所述第五电阻连接至电源，所述主机的接收端与所述第一二极管的正极电气连接，所述第一二极管的第一负极与所述第一收发器的输出端电气连接，所述第一二极管的第二负极与所述第二收发器的输出端电气连接。

优选地，所述第一保护回路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一保险丝、第二保险丝；

其中，所述第一收发器的输出端并在所述第六电阻的两端，所述第六电阻的第一端通过所述第七电阻接地，所述第六电阻的第二端通过所述第八电阻接至电源，所述第六电阻的第一端与所述第二二极管的第一端电气连接，所述第六电阻的第二端与所述第三二极管的第一端电气连接，所述第二二极管及所述第三二极管的第二端接地，所述第四二极管的两端分别与所述第二二极管的第一端和所述第三二极管的第一端电气连接，所述第四二极管的两端分别通过所述第一保险丝、及所述第二保险丝与所述第一从机电气连接。

优选地，所述第一保护回路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第三保险丝、第四保险丝；

其中，所述第二收发器的输出端并在所述第九电阻的两端，所述第九电阻的第一端通过所述第十电阻接地，所述第九电阻的第二端通过所述第十一电阻接至电源，所述第九电阻的第一端与所述第五二极管的第一端电气连接，所述第九电阻的第二端与所述第六二极管的第一端电气连接，所述第五二极管及所述第六二极管的第二端接地，所述第七二极管的两端分别与所述第五二极管的第一端和所述第六二极管的第一端电气连接，所述第七二极管的两端分别通过所述第三保险丝、及所述第四保险丝与所述第二从机电气连接。

优选地，所述第一三极管、及所述第二三极管为PNP三极管。

优选地，所述第一二极管为肖特基二极管。

优选地，所述第二二极管、所述第三二极管、所述第五二极管、及所述第六二极管为TVS管。

本发明第二实施例提供了一种系统，包括主机、第一从机、第二从机以及如上任意一项所述的一种扩展电路，其中，所述主机的发送端及接收端通过所述扩展电路与所述第一从机、第二从机进行数据交互。

本发明第三实施例提供了一种如上所述的控制方法，应用于主机，包括：

向扩展电路发送采集指令，其中，所述采集指令配置有设备ID；

根据所述采集指令接收回传数据，其中，所述回传数据由与所述设备ID相匹配的从机向所述扩展电路传输。

基于本发明提供的一种扩展电路、系统及控制方法，通过自动收发切换电路、接收合路电路连接至主机的UART接口，并以此扩展接在所述UART接口上的收发器的数量，其中，主机可以通过向第一保护电路及第二保护电路发送采集指令，挂载在所述第一保护电路及第二保护电路上的从设备判断该采集指令是否与自身有关，从机根据采集指令回传数据至主机，以此实现现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种扩展电路示意图；

图2是本发明第三实施例提供的一种控制方法流程示意图；

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

本发明公开了一种扩展电路、系统及控制方法，旨在解决现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种扩展电路，包括：自动收发切换电路2接收合路电路1、第一收发器U1、第二收发器U2、第一保护回路3、以及第二保护回路4；

其中，所述自动收发切换电路2的输入端用于与主机的发送端电气连接，所述接收合路电路1的输出端用于与主机的接收端电气连接，所述自动收发切换电路2的输入端与所述第一收发器U1、及所述第二收发器U2输入端电气连接，所述自动收发切换电路2的输出端与所述第一收发器U1、及所述第二收发器U2的使能端电气连接，所述接收合路电路1的输入端与所述第一收发器U1、及所述第二收发器U2输出端电气连接；

其中，所述第一收发器U1通过第一保护回路3连接至第一从机，所述第二收发器U2通过第二保护回路4连接至第二从机，所述主机的发送端及接收端配置为与所述第一从机和第二从机通讯。

需要说明的是，在本实施例中，所述自动收发切换电路2用于接收主机的查询信号和使能信号，其中，所述使能信号用于控制所述第一收发器U1、及所述第二收发器U2的收发切换，所述查询信号用于发送给连接在所述第一保护回路3、以及第二保护回路4上的第一从机和第二从机，所述第一从机和第二从机将数据回传，通过所述接收合路电路1发送给所述主机。以此实现现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

在本发明一个可能的实施例中，所述自动收发切换电路2可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2、以及第一电容C1；

其中，所述主机的发送端通过所述第一电阻R1与所述第一三极管Q1的B极电气连接，所述第一三极管Q1的C极接地，所述所述第一三极管Q1的E极通过第二电阻R2连接至电源，所述所述第一三极管Q1的E极通过所述第三电阻R3与所述第二三极管Q2的B极电气连接，所述所述第一三极管Q1的E极通过所述第一电容C1接地，所述第二三极管Q2的E极连接至电源，所述第二三极管Q2的C极通过第四电阻R4接地，所述第二三极管Q2的C极连接至所述第一收发器U1、及第二收发器U2的高电平使能端及低电平使能端。

需要说明的是，所述自动收发切换电路2被配置为反向电路，具体地，在发送数据时，当主机的UART_TX为低电平时，所述第一收发器U1、第二收发器U2的RE端和DE端为高电平，所述第一收发器U1、第二收发器U2同时将低电平数据传输到RS485总线上，所述第一从机和所述第二从机接收到低电平。当主机的UART_TX为高电平时，所述第一收发器U1、第二收发器U2的RE端和DE端为低电平，所述第一收发器U1、第二收发器U2对应的总线处于高阻态输出，所述第一从机和所述第二从机接收到高电平。

更具体地，在本实施例中，在所述主机的UART_TX为高电平时，所述第四电阻R4远离接地的一端为低平，在所述主机的UART_TX为低电平时，第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，所述第四电阻R4远离接地的一端为高电平。

在本实施例中，所述第一收发器U1、第二收发器U2可以为RS485半双工收发器，当然，在其他实施例中，还可以是其他类型的收发器，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。其中，所述第一收发器U1、第二收发器U2的DE和RE分别为高电平使能和低电平使能，所述UART_TX连接至所述第一收发器U1、第二收发器U2的输入端即D端。

在本实施例中，所述第一三极管Q1、及所述第二三极管Q2优选地采用PNP三极管，当然，在其他实施例中还可以采用NPN管，其连接方式对应改变，这些方案可以根据实际情况对应选择这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本发明一个可能的实施例中，所述接收合路电路1包括：第五电阻R5、及第一二极管D1；

其中，所述主机的接收端通过所述第五电阻R5连接至电源，所述主机的接收端与所述第一二极管D1的正极电气连接，所述第一二极管D1的第一负极与所述第一收发器U1的输出端电气连接，所述第一二极管D1的第二负极与所述第二收发器U2的输出端电气连接。

需要说明的是，所述接收合路电路1被配置为与门的作用，具体地，在接收接收数据时，所述主机的UART_TX为高电平，所述第一收发器U1和第二收发器U2的RE和DE为低电平。所述第一收发器U1及所述第二收发器U2对应的总线上无数据时UART_RX1和UART_RX2为高电平，所述主机的UART_RX为高电平。

所述第一收发器U1对应的总线有传输低电平数据，UART_RX1为低电平，UART_RX为低电平。所述第二收发器U2对应的总线有传输低电平数据，UART_RX2为低电平，UART_RX为低电平。

更具体地，在本实施例中，所述接收合路电路1主要作用是将RX1和RX2隔离开并合为一路RX，相当于一个与门，RX1和RX2都为高电平时，RX为高电平，RX1和RX2有一个为低电平时，RX为低电平。

需要说明的是，所述接收合路电路1还可以是其他的电路形式，这里不做具体限定，其可以根据实际情况对应设置，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，所述第一二极管D1优选地采用肖特基二极管，当然，在其他实施例中还可以采用其他的二极管，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

在本发明一个可能的实施例中，所述第一保护回路3包括第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一保险丝F1、第二保险丝F2；

其中，所述第一收发器U1的输出端并在所述第六电阻R6的两端，所述第六电阻R6的第一端通过所述第七电阻R7接地，所述第六电阻R6的第二端通过所述第八电阻R8接至电源，所述第六电阻R6的第一端与所述第二二极管D2的第一端电气连接，所述第六电阻R6的第二端与所述第三二极管D3的第一端电气连接，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3的第二端接地，所述第四二极管D4的两端分别与所述第二二极管D2的第一端和所述第三二极管D3的第一端电气连接，所述第四二极管D4的两端分别通过所述第一保险丝F1、及所述第二保险丝F2与所述第一从机电气连接。

需要说明的是，所述第六电阻R6为所述第一保护回路3的匹配电阻，第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一保险丝F1、第二保险丝F2；构成所述第一收发器U1对应的RS485总线的EMC保护电路，由于所述RS485总线可连接很多从机，距离也会比较远，设备端接口处通过保险丝和TVS管进行防护，防止总线因为外来静电或浪涌通过总线进来导致设备损坏。

在本发明一个可能的实施例中，所述第一保护回路3包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第三保险丝F3、第四保险丝F4；

其中，所述第二收发器U2的输出端并在所述第九电阻R9的两端，所述第九电阻R9的第一端通过所述第十电阻R10接地，所述第九电阻R9的第二端通过所述第十一电阻R11接至电源，所述第九电阻R9的第一端与所述第五二极管D5的第一端电气连接，所述第九电阻R9的第二端与所述第六二极管D6的第一端电气连接，所述第五二极管D5及所述第六二极管D6的第二端接地，所述第七二极管D7的两端分别与所述第五二极管D5的第一端和所述第六二极管D6的第一端电气连接，所述第七二极管D7的两端分别通过所述第三保险丝F3、及所述第四保险丝F4与所述第二从机电气连接。

需要说明的是，所述第九电阻R9为所述第二保护回路4的匹配电阻，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第三保险丝F3、第四保险丝F4；构成所述第二收发器U2对应的RS485总线的EMC保护电路，由于所述RS485总线可连接很多从机，距离也会比较远，设备端接口处通过保险丝和TVS管进行防护，防止总线因为外来静电或浪涌通过总线进来导致设备损坏。

在本实施例中，所述第二二极管D2、所述第三二极管D3、所述第五二极管D5、及所述第六二极管D6可以为TVS管，实现防止总线因为外来静电或浪涌通过总线进来导致设备损坏，当然，在其他实施例中还可以采用其他的装置来防止静电或浪涌，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。

本发明第二实施例提供了一种系统，包括主机、第一从机、第二从机以及如上任意一项所述的一种扩展电路，其中，所述主机的发送端及接收端通过所述扩展电路与所述第一从机、第二从机进行数据交互。

请参阅图2，本发明第三实施例提供了一种如上所述的控制方法，应用于主机，包括：

S101，向扩展电路发送采集指令，其中，所述采集指令配置有设备ID；

S102，根据所述采集指令接收回传数据，其中，所述回传数据由与所述设备ID相匹配的从机向所述扩展电路传输。

基于本发明提供的一种扩展电路、系统及控制方法，通过自动收发切换电路2接收合路电路1连接至主机的UART接口，并以此扩展接在所述UART接口上的收发器的数量，其中，主机可以通过向第一保护电路及第二保护电路发送采集指令，挂载在所述第一保护电路及第二保护电路上的从设备判断该采集指令是否与自身有关，从机根据采集指令回传数据至主机，以此实现现有技术MCU/CPU的接口不足，无法实现一对多通讯的问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种扩展电路，其特征在于，包括：自动收发切换电路、接收合路电路、第一收发器、第二收发器、第一保护回路、以及第二保护回路；

其中，所述自动收发切换电路的输入端用于与主机的发送端电气连接，所述接收合路电路的输出端用于与主机的接收端电气连接，所述自动收发切换电路的输入端与所述第一收发器、及所述第二收发器输入端电气连接，所述自动收发切换电路的输出端与所述第一收发器、及所述第二收发器的使能端电气连接，所述接收合路电路的输入端与所述第一收发器、及所述第二收发器输出端电气连接；

其中，所述第一收发器通过第一保护回路连接至第一从机，所述第二收发器通过第二保护回路连接至第二从机，所述主机的发送端及接收端配置为与所述第一从机和第二从机通讯；

所述主机向扩展电路发送采集指令，其中，所述采集指令配置有设备ID；

所述主机根据所述采集指令接收回传数据，其中，所述回传数据由与所述设备ID相匹配的从机向所述扩展电路传输。

2.根据权利要求1所述的一种扩展电路，其特征在于，所述自动收发切换电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、以及第一电容；

其中，所述主机的发送端通过所述第一电阻与所述第一三极管的B极电气连接，所述第一三极管的C极接地，所述所述第一三极管的E极通过第二电阻连接至电源，所述所述第一三极管的E极通过所述第三电阻与所述第二三极管的B极电气连接，所述所述第一三极管的E极通过所述第一电容接地，所述第二三极管的E极连接至电源，所述第二三极管的C极通过第四电阻接地，所述第二三极管的C极连接至所述第一收发器、及第二收发器的高电平使能端及低电平使能端。

3.根据权利要求1所述的一种扩展电路，其特征在于，所述接收合路电路包括：第五电阻、及第一二极管；

其中，所述主机的接收端通过所述第五电阻连接至电源，所述主机的接收端与所述第一二极管的正极电气连接，所述第一二极管的第一负极与所述第一收发器的输出端电气连接，所述第一二极管的第二负极与所述第二收发器的输出端电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种扩展电路，其特征在于，所述第一保护回路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一保险丝、第二保险丝；

其中，所述第一收发器的输出端并在所述第六电阻的两端，所述第六电阻的第一端通过所述第七电阻接地，所述第六电阻的第二端通过所述第八电阻接至电源，所述第六电阻的第一端与所述第二二极管的第一端电气连接，所述第六电阻的第二端与所述第三二极管的第一端电气连接，所述第二二极管及所述第三二极管的第二端接地，所述第四二极管的两端分别与所述第二二极管的第一端和所述第三二极管的第一端电气连接，所述第四二极管的两端分别通过所述第一保险丝、及所述第二保险丝与所述第一从机电气连接。

5.根据权利要求4所述的一种扩展电路，其特征在于，所述第一保护回路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第三保险丝、第四保险丝；

其中，所述第二收发器的输出端并在所述第九电阻的两端，所述第九电阻的第一端通过所述第十电阻接地，所述第九电阻的第二端通过所述第十一电阻接至电源，所述第九电阻的第一端与所述第五二极管的第一端电气连接，所述第九电阻的第二端与所述第六二极管的第一端电气连接，所述第五二极管及所述第六二极管的第二端接地，所述第七二极管的两端分别与所述第五二极管的第一端和所述第六二极管的第一端电气连接，所述第七二极管的两端分别通过所述第三保险丝、及所述第四保险丝与所述第二从机电气连接。

6.根据权利要求2所述的一种扩展电路，其特征在于，所述第一三极管、及所述第二三极管为PNP三极管。

7.根据权利要求3所述的一种扩展电路，其特征在于，所述第一二极管为肖特基二极管。

8.根据权利要求3所述的一种扩展电路，其特征在于，所述第二二极管、所述第三二极管、所述第五二极管、及所述第六二极管为TVS管。

9.一种系统，其特征在于，包括主机、第一从机、第二从机以及如权利要求1至8任意一项所述的一种扩展电路，其中，所述主机的发送端及接收端通过所述扩展电路与所述第一从机、第二从机进行数据交互。

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