CN201725217U - 实现传感器远距离通信的中继与测量电路 - Google Patents

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范满红
张维昭
许国威
冯菁
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Abstract

本实用新型提供了一种实现传感器远距离通信的中继与测量电路，它包括主控电路、传感器和显示电路，主控电路和显示电路连接构成测量电路部分，其特征在于：在主控电路与传感器之间增设了中继电路部分，中继电路部分由时钟控制电路与数据传输电路构成，时钟控制电路、数据传输电路分别与传感器连接。该电路的中继电路部分根据光电隔离技术，采用电流环的方法来实现，电流环接口完全可以在5mA电流下正常工作，其通信距离可大于500m甚至更远，解决了在远距离通信过程中电流过低而使传输数据出现误差的问题，而且中继电路部分是由高压输出缓冲器芯片、光电耦合器等元器件构成的，具有结构简单、实用方便、功耗小、成本低等特点。

Description

实现传感器远距离通信的中继与测量电路
技术领域    本实用新型属于智能控制电路技术领域，更具体的说，涉及一种远距离通信的中继与测量电路。
背景技术    目前，由于串行通信总线技术(I2C)成本低、结构简单、占用的空间非常小而在传感器领域中得到了广泛的应用。但是其抗干扰能力差、传输距离非常有限，因此通常都用于传感器与控制器距离比较近的系统当中。然而，传感器所处的环境往往比较恶劣，而控制器在这种环境下所受干扰又很大，因此，为了使控制器能更加精确的处理传感器的数据，就必须延长传感器与控制器的通信距离。
现阶段延长传感器与控制器通信距离的方法是：直接利用一些半导体公司生产的专用驱动芯片。虽然这种方法设计简单，但是其芯片成本较高，并且需要很高的电压才能驱动。
发明内容    本实用新型的目的在于提供一种成本低、功耗小的实现传感器远距离通信的中继与测量电路。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种实现传感器远距离通信的中继与测量电路，它包括主控电路、传感器和显示电路，主控电路和显示电路连接构成测量电路部分，其特征在于：在主控电路与传感器之间增设了中继电路部分，中继电路部分由时钟控制电路与数据传输电路构成，时钟控制电路、数据传输电路分别与传感器连接，其中：时钟控制电路接收远端主控电路的CLK时钟信号，通过光电耦合器和高压输出缓冲器组成的电流环，将信号传送到传感器，传感器接收到正确信号后，做好发送数据的准备；数据传输电路既接收主控电路信号，也将传感器信号发送到主控电路，通过主控电路实现单数据线的分时发送与接收。
所述的显示电路采用的多位LED显示驱动芯片MAX7219ERG。
所述的传感器采用数字温湿度传感器DB113。
所述的主控电路系统采用AT89S52单片机作为主控芯片。
本实用新型提供的上述实现传感器远距离通信的中继与测量电路，由于在主控电路与传感器之间增设了中继电路部分，中继电路部分根据光电隔离技术，采用电流环的方法来实现，电流环接口完全可以在5mA电流下正常工作，其通信距离可大于500m甚至更远，解决了在远距离通信过程中电流过低而使传输数据出现误差的问题。同时，中继电路部分是由高压输出缓冲器芯片、光电耦合器等元器件构成的，具有结构简单、实用方便、功耗小、成本低等特点。另外，测量电路部分采用多位LED显示驱动芯片MAX7219ERG，不仅节省主控电路的使用资源，提高对数据的采集速度，而且能稳定的显示主控电路发送的数据；传感器采用单数据线的数字温湿度传感器DB113，节省资源；主控电路系统采用AT89S52单片机，其结构简单、成本低，编程方便。
附图说明    图1是本实用新型的系统结构框图
            图2是本实用新型的时钟控制电路原理图
            图3是本实用新型的数据传输电路原理图
            图4是本实用新型的显示电路原理图
            图5是本实用新型的实施例电路原理图
具体实施方式    下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型的系统结构框图。如图1所示，本实用新型提供的实现传感器远距离通信的中继与测量电路的实施例中，包括主控电路1、时钟控制电路2、数据传输电路3、传感器4和显示电路5，其中：主控电路1分别与时钟控制电路2、数据传输电路3和显示电路5连接；传感器4分别与时钟控制电路2和数据传输电路3连接。中继电路部分是由时钟控制电路2和数据传输电路3构成，来实现主控电路1与传感器4之间的数据交换，测量电路部分由主控电路1与显示电路5构成，来实现对远端数据的测量与显示。其中：时钟控制电路2接收远端主控电路1的CLK时钟信号，并将信号传送到传感器4，传感器4接收到正确信号后，做好发送数据的准备；数据传输电路3既接收主控电路1信号，也将传感器信号发送到主控电路1，通过主控电路1实现单数据线的分时发送与接收。
图2为本实用新型的时钟控制电路原理图。结合图1、图2，本实用新型的时钟控制电路通过光电耦合器和高压输出缓冲器组成电流环。具体包括：U1为光电耦合器4N35、U2为高压输出同向缓冲器74HC07、R1为200Ω电阻、R2为500Ω电阻，其中：U1的1引脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接远端的电源VCC(+5V)，U1的2引脚接远端U2的输出端，U2的输入端接单片机的P2.0引脚，U1的4引脚接信号地GND，U1的3引脚分别与电阻R2的一端、传感器的CLK信号连接，电阻R2的另一端接VDD。
图3是本实用新型的数据传输电路原理图。数据传输电路包括：U3、U4为光电耦合器4N35，U5、U8为三态门74LS125，U7为高压输出反向缓冲器74HC06，U6、U9为高压输出同向缓冲器74HC07，R3、R5为200Ω电阻，R4、R6、R7、R8为1KΩ电阻，其中：U3的1引脚接电阻R3的一端，R3的另一端接远端的VCC和R7的一端，U3的2引脚接远端U6的输出端，U6的输入端接U5的输出端和R7的另一端，U5的输入端接单片机的P2.1引脚，U3的4引脚接GND，U3的3引脚接R4的一端和传感器的DATA输入端，R4的另一端接VDD；U4的1引脚接R6的一端，R6的另一端接远端的VDD，U4的2引脚接远端U9的输出端，U9的输入端接传感器的DATA端，U4的4引脚接GND，U4的3引脚接U8的输入端和R5的一端，R5的另一端和R8的一端相连接VCC，U8的输出端接R8的另一端和单片机的P2.1引脚，单片机的P2.2引脚接U5的控制端和U7的输入端，U7的输出端接U8的控制端。
图4为本实用新型的显示电路原理图。本实用新型的显示电路选用多位LEDX显示驱动芯片MAX7219ERG为U10，七段共阴极数码管DS1、DS2、DS3，R9为10kΩ的电阻，C1、C2、C3、C4为电源的滤波电容。其中：U10的DIN、LOAD、CLK引脚分别接单片机的P0.0、P0.1、P0.2，U10的2、11、6引脚分别接DS1、DS2、DS3的K端，U10的14、16、20、23、21、15、17、22分别接DS1、DS2、DS3的A、B、C、D、E、F、G、DP端，U10的18引脚接电阻R9的一端，R9的另一端接VCC，U10的19引脚接VCC，U10的4、9引脚接GND，C1、C2、C3、C4的正端接VCC，负端接GND，U10的8、24引脚悬空。其中：U10的14、16、20、23、21、15、17、22引脚分别为DS1、DS2、DS3的片选信号，低电平有效。
图5为本实用新型的实施例电路原理图。结合图1至图5，主控电路系统采用AT89S52单片机作为主控芯片，单片机的P0端口接显示电路、P2端口接中继电路，中继电路的输出端CLK、DATA信号接数字温湿度传感器DB113。
主控电路AT89S52单片机通过P2.0端口发送时钟信号，当信号为低电平时，由U1和U2组成的电流环中产生电流，U1导通，则U1的输出3引脚为低电平；当信号为高电平时，电流环中无电流，U1不通，则U1的输出3引脚为高电平，从而实现时钟信号的远距离传输。
主控电路AT89S52单片机的P2.1引脚为数据发送和接收端，P2.0为CLK信号的控制端，P2.2为发送和接收的选通端。当单片机发送数据给远端的传感器时，首先在单片机中将P2.1引脚设定为输出端口，P2.2置为低电平，这样就能保证数据是由单片机向传感器发送的，然后由P2.0引脚通过中继电路向传感器发送CLK信号，同时P2.1发送相应的指令，当传感器接收到有效的CLK信号时，数据线DATA就会通过中继电路接收由P2.1引脚发送来的指令，发送完毕后，将单片机的P2.1引脚设定为输入端口，P2.2置为高电平，这样就能保证进入了单片机接收传感器数据的过程。在CLK信号的作用下，当传感器检测到指令有效时，开始向DATA发送温湿度数据，DATA将远端的数据通过中继电路又传送到单片机的P2.1端口，这样就完成了一次对远端数据的采集。
主控电路AT89S52单片机发送数据时，VCC与U6的输出端构成电流环，可以在低电流下驱动U3，由于此时P2.2为低电平，因此三态门U5一直有效，U8截止，发送的数据通过U3传送到DATA端，当传感器接收到的DATA端信号有效时，将进入准备发送温湿度数据阶段；单片机接收数据时，VCC与U9的输出端构成电流环，可以在低电流下驱动U4，由于此时P2.2为高电平，通过U7反向后U8一直有效，而U5截止，发送的数据通过U4传送到P2.1引脚。在整个数据传输电路中，通过三态门U5、U8的分时工作，使得发送和接收数据之间都是互不影响的，因此不存在反馈信号对整个电路的影响。
主控电路AT89S52单片机将中继电路部分接收到的数据送P0.2端口，并通过P0.0端口向U10发送CLK信号，U10在CLK信号上升沿的作用下依次读取P0.2端口的数据，当数据发送到最后16位时，将P0.1端口置1，即为数据发送结束信号，U10通过12引脚得到该结束信号后进行数据处理，并将处理后的数据送数码管显示。
对本实用新型实施例的编程语言可采用汇编、C语言或其他高级语言。
本实用新型提供的实现传感器远距离通信的中继与测量电路，其工作原理为：在对远端传感系统数据采集的过程中，信号通过由光电耦合器和高压输出同向缓冲器组成的电流环，并把中继电路作为数据传输的缓冲器，实现数据的远距离发送和接收，然后由主控电路将接收到的数据发送到显示电路，通过显示电路的值判断接收数据的正确性。

Claims (4)

1.一种实现传感器远距离通信的中继与测量电路，它包括主控电路、传感器和显示电路，主控电路和显示电路连接构成测量电路部分，其特征在于：在主控电路与传感器之间增设了中继电路部分，中继电路部分由时钟控制电路与数据传输电路构成，时钟控制电路、数据传输电路分别与传感器连接，其中：时钟控制电路接收远端主控电路的CLK时钟信号，通过光电耦合器和高压输出缓冲器组成的电流环，将信号传送到传感器，传感器接收到正确信号后，做好发送数据的准备；数据传输电路既接收主控电路信号，也将传感器信号发送到主控电路，通过主控电路实现单数据线的分时发送与接收。
2.根据权利要求1所述的实现传感器远距离通信的中继与测量电路，其特征在于：所述的显示电路采用的多位LED显示驱动芯片MAX7219ERG。
3.根据权利要求1所述的实现传感器远距离通信的中继与测量电路，其特征在于：所述的传感器采用数字温湿度传感器DB113。
4.根据权利要求1所述的实现传感器远距离通信的中继与测量电路，其特征在于：所述的主控电路系统采用AT89S52单片机作为主控芯片。
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