CN206149283U - 基于市电火线零线的半双工通信驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其包括主机控制单元、从机控制单元、市电火线、市电零线及通信数据线，主机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，从机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，主机控制单元的输出端及从机控制单元的输出端通过通信数据线进行连接。本实用新型通过主机单元匹配设置主电平发送电路单元及主电平接收电路单元，同时从机单元匹配设置从电平发送电路单元及从电平接收电路单元，并在电平发送电路单元及电平接收电路单元之间电性连接通信信号线，实现主机MCU和从机MCU之间的三线制半双工通信，实现非隔离驱动，成本很低，达到电路简化、成本降低的目的。

Description

基于市电火线零线的半双工通信驱动电路

技术领域

本实用新型涉及通信驱动电路技术领域，尤其是涉及一种基于市电火线零线的半双工通信驱动电路。

背景技术

在现有的基于市电电源通信的发送和接收电路中，因为市电电源是交流电源且电压高达220V，发送或接收的信号必须整流为直流并隔离稳压，才能供给MCU和通信接口电路进行使用，以保证MCU及通信接口电路不会造成损坏。

如上达成上述效果，需要利用到电源隔离元件或者通信驱动电路隔离元件，比如电源变压器和光耦驱动电路，如此电路元器件复杂，成本高，不利于产品的推广使用。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述背景技术存在的问题，提供一种基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，实现主机MCU和从机MCU之间的三线制半双工通信，即使用市电火线、市电零线和一根通信数据线构成双向通信系统，实现非隔离驱动，成本很低，达到电路简化、成本降低的目的。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其包括主机控制单元、从机控制单元、市电火线、市电零线及通信数据线，所述主机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，所述从机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，所述主机控制单元的输出端及从机控制单元的输出端通过通信数据线进行连接。

在其中一个实施例中，所述主机控制单元包括主电源电路单元、主机单元、主电平发送电路单元及主电平接收电路单元，所述主电源电路单元输入端电性连接市电火线及市电零线，所述主电源电路单元输出端分别连接主机单元的电源端口正极及电源端口负极；所述主电平发送电路单元一端与主机单元的发送信号端口电性连接，所述主电平发送电路单元另一端与通信数据线连接，所述主电平接收电路单元一端与主机单元的接收信号端口电性连接，所述主电平接收电路单元另一端与通信数据线连接；所述从机控制单元包括从电源电路单元、从机单元、从电平发送电路单元及从电平接收电路单元，所述从电源电路单元输入端电性连接市电火线及市电零线，所述从电源电路单元输出端分别连接从机单元的电源端口正极及电源端口负极；所述从电平发送电路单元一端与从机单元的发送信号端口电性连接，所述从电平发送电路单元另一端与通信数据线连接，所述从电平接收电路单元一端与从机单元的接收信号端口电性连接，所述从电平接收电路单元另一端与通信数据线连接。

在其中一个实施例中，所述主电源电路单元包括第一主二极管、第二主二极管、第一主电容、第二主电容及第一主电阻，所述第一主二极管的阴极端电性连接市电零线，所述第二主二极管的阴极端电性连接市电火线，所述第一主二极管的阳极端与第二主二极管的阳极端之间通过第一主电阻电性连接，所述第一主电容一端及第二主电容一端分别与市电零线电性连接，所述第一主电容另一端及第二主电容另一端分别电性连接于第一主二极管的阳极端，所述主机单元的电源端口正极电性连接于市电零线，所述主机单元的电源端口负极电性连接于第一主二极管阳极端。

在其中一个实施例中，所述主电平发送电路单元包括第一主三极管、第三主电阻、第四主电阻及第三主二极管，所述第一主三极管为PNP型三极管，所述第一主三极管的基极与主机单元的发送信号端口之间电性连接第四主电阻，所述第一主三极管的发射极分别连接主机单元的电源端口正极及第三主电阻一端，所述第三主电阻另一端与第一主三极管的基极电性连接，所述第一主三极管的发射极通过第三主二极管与通信数据线连接。

在其中一个实施例中，所述主电平接收电路单元包括第二主三极管、第二主电阻、第五主电阻及第六主电阻，所述第二主三极管为NPN型三极管，所述第二主三极管的集电极通过第二主电阻与市电零线电性连接，所述主机单元的接收信号端口电性连接于第二主三极管的集电极，所述第二主三极管的发射极分别电性连接主机单元的电源端口负极及第五主电阻一端，所述第五主电阻另一端电性连接于第二主三极管的基极，所述第二主三极管的基极通过第六电阻与通信数据线连接。

综上所述，本实用新型基于市电火线零线的半双工通信驱动电路通过主机单元匹配设置主电平发送电路单元及主电平接收电路单元，同时从机单元匹配设置从电平发送电路单元及从电平接收电路单元，并在主电平发送电路单元及主电平接收电路单元与从电平发送电路单元及从电平接收电路单元之间电性连接通信信号线，实现主机MCU和从机MCU之间的三线制半双工通信，即使用市电火线、市电零线和一根通信数据线构成双向通信系统，实现非隔离驱动，成本很低，达到电路简化、成本降低的目的。

附图说明

图1为本实用新型基于市电火线零线的半双工通信驱动电路的电路原理图；

图2为本实用新型基于市电火线零线的半双工通信驱动电路一种实施例的电路原理框图；

图3为本实用新型基于市电火线零线的半双工通信驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型基于市电火线零线的半双工通信驱动电路包括主机控制单元10、从机控制单元20、市电火线AC-L、市电零线AC-N及通信数据线SIG，所述主机控制单元10输入端分别连接市电火线AC-L及市电零线AC-N，所述从机控制单元20输入端分别连接市电火线AC-L及市电零线AC-N，所述主机控制单元10的输出端及从机控制单元20的输出端通过通信数据线SIG进行连接。

所述主机控制单元10包括主电源电路单元11、主机单元12、主电平发送电路单元13及主电平接收电路单元14，所述主电源电路单元11输入端电性连接市电火线AC-L及市电零线AC-N，所述主电源电路单元11输出端分别连接主机单元12的电源端口正极及电源端口负极，所述主电源电路单元11用以将市电电压进行整流过滤，进而提供给主机单元12运行所需电源；所述主电平发送电路单元13一端与主机单元12的发送信号端口电性连接，所述主电平发送电路单元13另一端与通信数据线SIG连接，用以将主机单元12的通信信号经由通信数据线SIG发送给从机控制单元20；所述主电平接收电路单元14一端与主机单元12的接收信号端口电性连接，所述主电平接收电路单元14另一端与通信数据线SIG连接，用以通过通信数据线SIG接收从机控制单元20发出的通信信号。

所述主电源电路单元11包括第一主二极管D1M、第二主二极管D2M、第一主电容C1M、第二主电容C2M及第一主电阻R1M，所述第一主二极管D1M的阴极端电性连接市电零线AC-N，所述第二主二极管D2M的阴极端电性连接市电火线AC-L，所述第一主二极管D1M的阳极端与第二主二极管D2M的阳极端之间通过第一主电阻R1M电性连接，所述第一主电容C1M一端及第二主电容C2M一端分别与市电零线AC-N电性连接，所述第一主电容C1M另一端及第二主电容C2M另一端分别电性连接于第一主二极管D1M的阳极端，所述主机单元12的电源端口正极电性连接于市电零线AC-N，所述主机单元12的电源端口负极电性连接于第一主二极管D1M阳极端，所述主电源电路单元11用以将市电零线AC-N与市电火线AC-L之间的市电电压整流滤波稳压至主机单元12运行所需电压，以保证主机单元12的平稳运行。

所述主电平发送电路单元13包括第一主三极管Q1M、第三主电阻R3M、第四主电阻R4M及第三主二极管D3M，所述第一主三极管Q1M为PNP型三极管，所述第一主三极管Q1M的基极与主机单元12的发送信号端口之间电性连接第四主电阻R4M，所述第一主三极管Q1M的发射极分别连接主机单元12的电源端口正极及第三主电阻R3M一端，所述第三主电阻R3M另一端与第一主三极管Q1M的基极电性连接，所述第一主三极管Q1M的发射极通过第三主二极管D3M与通信数据线SIG连接。

所述主电平接收电路单元14包括第二主三极管Q2M、第二主电阻R2M、第五主电阻R5M及第六主电阻R6M，所述第二主三极管Q2M为NPN型三极管，所述第二主三极管Q2M的集电极通过第二主电阻R2M与市电零线AC-N电性连接，所述主机单元12的接收信号端口电性连接于第二主三极管Q2M的集电极，所述第二主三极管Q2M的发射极分别电性连接主机单元12的电源端口负极及第五主电阻R5M一端，所述第五主电阻R5M另一端电性连接于第二主三极管Q2M的基极，所述第二主三极管Q2M的基极通过第六主电阻R6M与通信数据线SIG连接。

所述从机控制单元20包括从电源电路单元21、从机单元22、从电平发送电路单元23及从电平接收电路单元24，所述从电源电路单元21输入端电性连接市电火线AC-L及市电零线AC-N，所述从电源电路单元21输出端分别连接从机单元22的电源端口正极及电源端口负极，所述从电源电路单元21用以将市电电压进行整流过滤，进而提供给从机单元22运行所需电源；所述从电平发送电路单元23一端与从机单元22的发送信号端口电性连接，所述从电平发送电路单元23另一端与通信数据线SIG连接，用以将从机单元22的通信信号经由通信数据线SIG发送给从机控制单元20；所述从电平接收电路单元24一端与从机单元22的接收信号端口电性连接，所述从电平接收电路单元24另一端与通信数据线SIG连接，用以通过通信数据线SIG接收从机控制单元20发出的通信信号。

所述从电源电路单元21包括第一从二极管D1S、第二从二极管D2S、第一从电容C1S、第二从电容C2S及第一从电阻R1S，所述第一从二极管D1S的阴极端电性连接市电零线AC-N，所述第二从二极管D2S的阴极端电性连接市电火线AC-L，所述第一从二极管D1S的阳极端与第二从二极管D2S的阳极端之间通过第一从电阻R1S电性连接，所述第一从电容C1S一端及第二从电容C2S一端分别与市电零线AC-N电性连接，所述第一从电容C1S另一端及第二从电容C2S另一端分别电性连接于第一从二极管D1S的阳极端，所述从机单元22的电源端口正极电性连接于市电零线AC-N，所述从机单元22的电源端口负极电性连接于第一从二极管D1S阳极端，所述从电源电路单元21用以将市电零线AC-N与市电火线AC-L之间的市电电压整流滤波稳压至从机单元22运行所需电压，以保证从机单元22的平稳运行。

所述从电平发送电路单元23包括第一从三极管Q1S、第三从电阻R3S、第四从电阻R4S及第三从二极管D3S，所述第一从三极管Q1S为PNP型三极管，所述第一从三极管Q1S的基极与从机单元22的发送信号端口之间电性连接第四从电阻R4S，所述第一从三极管Q1S的发射极分别连接市从机单元22的电源端口正极及第三从电阻R3S一端，所述第三从电阻R3S另一端与第一从三极管Q1S的基极电性连接，所述第一从三极管Q1S的发射极通过第三从二极管D3S与通信数据线SIG连接。

所述从电平接收电路单元24包括第二从三极管Q3S、第二从电阻R2S、第五从电阻R5S及第六从电阻R6S，所述第二从三极管Q3S为NPN型三极管，所述第二从三极管Q3S的集电极通过第二从电阻R2S与市电零线AC-N电性连接，所述从机单元22的接收信号端口电性连接于第二从三极管Q3S的集电极，所述第二从三极管Q3S的发射极分别电性连接从机单元22的电源端口负极及第五从电阻R5S一端，所述第五从电阻R5S另一端电性连接于第二从三极管Q3S的基极，所述第二从三极管Q3S的基极通过第六从电阻R6S与通信数据线SIG连接。

当主机单元12的发送信号端口输出低电平信号时，第一主三极管Q1M导通，此时主机单元12的电源端口正极通过第三主二极管D3M与通信数据线SIG连接，此时，主电平发送电路单元13经过通信数据线SIG发出高电平信号给从机控制单元20；当主机单元12的发送信号端口输出高电平信号时，第一主三极管Q1M截止无输出，此时，通信数据线SIG与主电平发送电路单元13连接处的电压经由第五主电阻R5M及第六主电阻R6M下拉到主机单元12的电源端口负极电压，主机单元12经过通信数据线SIG发出低电平信号。

具体地，当通信数据线SIG端发出高电平时，主机单元12与从机单元22的接收信号端口的电位被拉低到主机单元12与从机单元22的电源端口负极处电压，主机单元12与从机单元22的接收信号端口的接收信号变为低电平信号；当通信数据线SIG端发出低电平信号时，第二主三极管Q2M及第二从三极管Q3S截止，主机单元12及从机单元22的接收信号端口的电位被第二主电阻R2M及第二从电阻R2S分别拉到主机单元12及从机单元22的电源端口正极处电压，主机单元12与从机单元22的接收信号端口的接收信号变为高电平信号。

因此，当主机单元12的发送信号端口输出低电平时，从机单元22的接收信号端口接收为低电平，当主机单元12的发送信号端口输出高电平时，从机单元22的接收信号端口接收为高电平，即主机单元12的发送信号端口与从机单元22的接收信号端口的电平信号一致，从而实现主机单元12与从机单元22的数据信号连接，不使用隔离元件实现非隔离驱动功能，利用市电零线AC-N、市电火线AC-L及通信数据线SIG实现主机单元12与从机单元22的三线制通信功能。

本实用新型的工作原理如下，主机单元12和从机单元22的接收信号端口在没有进行通信时的电平信号为高电平信号，处于释放通信信号控制权的状态；当主机单元12请求通信时，主机单元12的发送信号端口向从机单元22连续发送第一通信脉冲信号，当第一通信脉冲信号发送完毕后，主机单元12的发送信号端口的电平信号为高电平信号，从而释放通信信号控制权，其中，主机单元12的发送信号端口的当前发送与上一次发送需要间隔一定时间，取决于通信数据量的大小，间隔时间通常为100ms。

当第一通信脉冲信号消失10ms后，从机单元22处理接收信号端口接收到的第一通信脉冲信号，然后从机单元22的发送信号端口向主机单元12发出第二通信脉冲信号，当从机单元22发送第二通信脉冲信号完毕后，从机单元22的发送信号端口的电平信号变为高电平信号，从而交出通信信号控制权，同时，主机单元12处理接收信号端口接收到的第二通信脉冲信号，主机单元12与从机单元22双向接收发通信数据完成后，主机单元12及从机单元22的发送信号端口的电平信号为高电平信号，从而实现完整的半双工通信。

综上所述，本实用新型基于市电市电火线市电零线的半双工通信驱动电路通过主机单元12匹配设置主电平发送电路单元13及主电平接收电路单元14，同时从机单元22匹配设置从电平发送电路单元23及从电平接收电路单元24，并在主电平发送电路单元13及主电平接收电路单元14与从电平发送电路单元23及从电平接收电路单元24之间电性连接通信信号线，实现主机MCU和从机MCU之间的三线制半双工通信，即使用市电火线AC-L、市电零线AC-N和一根通信数据线SIG构成双向通信系统，实现非隔离驱动，成本很低，达到电路简化、成本降低的目的。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：包括主机控制单元、从机控制单元、市电火线、市电零线及通信数据线，所述主机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，所述从机控制单元输入端分别连接市电火线及市电零线，所述主机控制单元的输出端及从机控制单元的输出端通过通信数据线进行连接。

2.根据权利要求1所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述主机控制单元包括主电源电路单元、主机单元、主电平发送电路单元及主电平接收电路单元，所述主电源电路单元输入端电性连接市电火线及市电零线，所述主电源电路单元输出端分别连接主机单元的电源端口正极及电源端口负极；所述主电平发送电路单元一端与主机单元的发送信号端口电性连接，所述主电平发送电路单元另一端与通信数据线连接，所述主电平接收电路单元一端与主机单元的接收信号端口电性连接，所述主电平接收电路单元另一端与通信数据线连接；所述从机控制单元包括从电源电路单元、从机单元、从电平发送电路单元及从电平接收电路单元，所述从电源电路单元输入端电性连接市电火线及市电零线，所述从电源电路单元输出端分别连接从机单元的电源端口正极及电源端口负极；所述从电平发送电路单元一端与从机单元的发送信号端口电性连接，所述从电平发送电路单元另一端与通信数据线连接，所述从电平接收电路单元一端与从机单元的接收信号端口电性连接，所述从电平接收电路单元另一端与通信数据线连接。

3.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述主电源电路单元包括第一主二极管、第二主二极管、第一主电容、第二主电容及第一主电阻，所述第一主二极管的阴极端电性连接市电零线，所述第二主二极管的阴极端电性连接市电火线，所述第一主二极管的阳极端与第二主二极管的阳极端之间通过第一主电阻电性连接，所述第一主电容一端及第二主电容一端分别与市电零线电性连接，所述第一主电容另一端及第二主电容另一端分别电性连接于第一主二极管的阳极端，所述主机单元的电源端口正极电性连接于市电零线，所述主机单元的电源端口负极电性连接于第一主二极管阳极端。

4.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述从电源电路单元包括第一从二极管、第二从二极管、第一从电容、第二从电容及第一从电阻，所述第一从二极管的阴极端电性连接市电零线，所述第二从二极管的阴极端电性连接市电火线，所述第一从二极管的阳极端与第二从二极管的阳极端之间通过第一从电阻电性连接，所述第一从电容一端及第二从电容一端分别与市电零线电性连接，所述第一从电容另一端及第二从电容另一端分别电性连接于第一从二极管的阳极端，所述从机单元的电源端口正极电性连接于市电零线，所述从机单元的电源端口负极电性连接于第一从二极管阳极端。

5.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述主电平发送电路单元包括第一主三极管、第三主电阻、第四主电阻及第三主二极管，所述第一主三极管为PNP型三极管，所述第一主三极管的基极与主机单元的发送信号端口之间电性连接第四主电阻，所述第一主三极管的发射极分别连接主机单元的电源端口正极及第三主电阻一端，所述第三主电阻另一端与第一主三极管的基极电性连接，所述第一主三极管的发射极通过第三主二极管与通信数据线连接。

6.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述从电平发送电路单元包括第一从三极管、第三从电阻、第四从电阻及第三从二极管，所述第一从三极管为PNP型三极管，所述第一从三极管的基极与从机单元的发送信号端口之间电性连接第四从电阻，所述第一从三极管的发射极分别连接从机单元的电源端口正极及第三从电阻一端，所述第三从电阻另一端与第一从三极管的基极电性连接，所述第一从三极管的发射极通过第三从二极管与通信数据线连接。

7.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述主电平接收电路单元包括第二主三极管、第二主电阻、第五主电阻及第六主电阻，所述第二主三极管为NPN型三极管，所述第二主三极管的集电极通过第二主电阻与市电零线电性连接，所述主机单元的接收信号端口电性连接于第二主三极管的集电极，所述第二主三极管的发射极分别电性连接主机单元的电源端口负极及第五主电阻一端，所述第五主电阻另一端电性连接于第二主三极管的基极，所述第二主三极管的基极通过第六电阻与通信数据线连接。

8.根据权利要求2所述的基于市电火线零线的半双工通信驱动电路，其特征在于：所述从电平接收电路单元包括第二从三极管、第二从电阻、第五从电阻及第六从电阻，所述第二从三极管为NPN型三极管，所述第二从三极管的集电极通过第二从电阻与市电零线电性连接，所述从机单元的接收信号端口电性连接于第二从三极管的集电极，所述第二从三极管的发射极分别电性连接从机单元的电源端口负极及第五从电阻一端，所述第五从电阻另一端电性连接于第二从三极管的基极，所述第二从三极管的基极通过第六电阻与通信数据线连接。