CN207720181U - 一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有隔离电路的MBus‑RS232协议转换器，包括DCDC降压电路、DCDC隔离电路、Boost‑24V升压电路、Boost‑36V升压电路、输出电平转换电路、放大电路、比较电路、主控CPU电路和RS232隔离转换电路，所述DCDC降压电路的一端连接于12V直流电源，另一端连接于DCDC隔离电路；所述Boost‑24V升压电路与Boost‑36V升压电路的一端连接于12V直流电源的电路接口上，另一端连接于输出电平转换电路。本带有隔离电路的MBus‑RS232协议转换器，既采用Boost升压电路提供高效率、大功率的输出电路又采用自适应从机数目的接收电路，且可采用单一宽电压供电，并带RS232总线隔离电路，从而可在大范围、多表具、长线路的应用场所稳定可靠运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能能耗采集系统技术领域，具体为一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器。
背景技术
MBus总线又称为Meter Bus总线，主要用于电表、水表、气表和热量表的远程数据传输，其主要特点是利用电源线在给设备供电的同时，完成数据的收发采集。由此可以将MBus分为主机、从机两部分，主机用于给从机供电，并完成发送采集命令和接收返回能耗数据的功能；从机则为各个能耗表(包括电表、水表、气表和热量表)，其从通信线路上获取能量，并监听主机发送过来的命令，从而将自身的能耗数据上传给主机系统。
RS232是当前应用最为广泛的接口协议和接口规范，虽然现有的PC机系统已经淘汰了该总线的接口，但是由于其使用应用时间已经长达30年，所以在工业控制领域有着广泛的应用。
MBus是一种具有特定应用范围的总线形式，其使用并不广泛，导致现有的大部分总线集中设备不能直接读取MBus总线上的设备，必须进行协议转换才可实现。由于RS232是应用最为广泛，大部分总线集中设备都带有RS232总线接口，所以MBus-RS232协议转换器具有广泛的市场应用前景。
目前MBus-RS232协议转换器已有部分成熟的应用方案，但却存在着许多不足，例如：(1)普遍采用双串口CPU予以实现，成本提高；(2)普遍在RS232电路部分无隔离保护；(3)普遍采用多电源供电，使用不便；(4)MBus发送电路普遍采用线性电源的方式予以实现，损耗高，输出功率有限，不适合大范围多表具的应用场所；(5)MBus接收电路采用直接整型方式的电路，不能采集微弱的从机回送信号；(6)MBus发送电路在发送数据时，同样也会产生电流变化，而电流变化正好是MBus接收数据的方式，这将导致误动作的发生，从而必须对这一信号进行限制，否则将极大程度的增加用户使用该电路的复杂度；(7)没有任何一种方案其MBus电路能够自适应从机数目。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，转换效率高、功率大可自适应从机数目的高可靠性，且带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，解决了现有技术中的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，包括DCDC降压电路、DCDC隔离电路、Boost-24V升压电路、Boost-36V升压电路、输出电平转换电路、放大电路、比较电路、主控CPU电路和RS232隔离转换电路，所述DCDC降压电路的一端连接于12V直流电源，另一端连接于DCDC隔离电路；所述Boost-24V升压电路与Boost-36V升压电路的一端连接于12V直流电源的电路接口上，另一端连接于输出电平转换电路；所述输出电平转换电路连接有MBus输出接口，且MBus输出接口的负极对地连接有采样电阻；所述放大电路的一端连接于采样电阻的电路接口上，另一端连接于主控CPU电路；所述比较电路分别连接于放大电路和主控CPU电路；所述主控CPU电路连接于RS232隔离转换电路的TXD数据输入电路接口上；所述RS232隔离转换电路的一端分别通过TXD、RXD数据输入电路与输出电平转换电路和比较电路连接，另一端连接有RS232输出接口。
优选的，所述DCDC降压电路内含有LM2576T-5.0型号主芯片U1，主芯片U1的引脚1连接于12V输入电压的电路接口上、引脚2连接有电感L1，电感L1连接于5V输出电压的电路接口上。
优选的，所述DCDC隔离电路内含有BS505S-1W型号的主芯片U2，主芯片U2的引脚1连接于5V输入电压的电路接口上、引脚4连接于5V输出电压的电路接口上。
优选的，所述Boost-24V升压电路内含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于24V升压电路的电路接口上。
优选的，所述Boost-36V升压电路含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于36V升压电路的电路接口上。
优选的，所述输出电平转换电路内含有AOD409型号的场效应管Q5、3NF06L型号的Q7和8050型号的三极管Q6、Q8，场效应管Q5的G极连接有电阻R21，电阻R21连接于三极管Q6的C极，场效应管Q7的G极连接有电阻R23，电阻R23连接于三极管Q8的C极；场效应管Q5与场效应管Q7相连的S极电路接口上连接有HT5.08-3型号的输出接口P4、P5，且输出接口P5的负极对地连接有采样功率电阻R30；三极管Q6与三极管Q8的B极一同连接于信号电路TXD_MBUS。
优选的，所述放大电路与比较电路内分别含有LM358型号的放大器U10和LM393型号的比较器U8，放大器U10通过IN4148型号的开关二极管D22控制电路与比较器U8连接。
优选的，所述主控CPU电路内含有ATMEGA168-20AU型号的主控芯片U5，主控芯片U5通过引脚ADC1与放大器U10的电压输出引脚OUT连接，主控芯片U5通过引脚PWM与比较电路7的电压输入引脚IN+连接。
优选的，所述RS232隔离转换电路内含有ADUM1201型号的数据隔离芯片U6和SP232E型号的转换芯片U7，数据隔离芯片U6通过信号输入引脚TXD_MBUS、RXD_MBUS分别与输出电平转换电路5和比较电路7连接；数据隔离芯片U6的引脚1与DCDC隔离电路2的5V输出电路连接、引脚2、引脚3与转换芯片U7的引脚11、引脚12连接，转换芯片U7的引脚13、引脚14连接于信号输出端口J1。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
本带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，既采用Boost升压电路提供高效率、大功率的输出电路又采用自适应从机数目的接收电路，且可采用单一宽电压供电，并带RS232总线隔离电路，从而可在大范围、多表具、长线路的应用场所稳定可靠运行。
附图说明
图1为本实用新型的系统总体框图；
图2为本实用新型的DCDC降压电路图；
图3为本实用新型的DCDC隔离电路图；
图4为本实用新型的Boost-24V升压电路图；
图5为本实用新型的Boost-36V升压电路图；
图6为本实用新型的输出电平转换电路图；
图7为本实用新型的放大比较电路图；
图8为本实用新型的主控CPU电路图；
图9为本实用新型的RS232隔离转换电路图。
图中：1DCDC降压电路、2DCDC隔离电路、3Boost-24V升压电路、4Boost-36V升压电路、5输出电平转换电路、6放大电路、7比较电路、8MBus输出接口、9采样电阻、10主控CPU电路、11RS232隔离转换电路、12RS232输出接口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，包括DCDC降压电路1、DCDC隔离电路2、Boost-24V升压电路3、Boost-36V升压电路4、输出电平转换电路5、放大电路6、比较电路7、主控CPU电路10和RS232隔离转换电路11，DCDC降压电路1的一端连接于12V直流电源，另一端连接于DCDC隔离电路2；Boost-24V升压电路3与Boost-36V升压电路4的一端连接于12V直流电源的电路接口上，另一端连接于输出电平转换电路5；输出电平转换电路5连接有MBus输出接口8，且MBus输出接口8的负极对地连接有采样电阻9；放大电路6的一端连接于采样电阻9的电路接口上，另一端连接于主控CPU电路10；比较电路7分别连接于放大电路6和主控CPU电路10；主控CPU电路10连接于RS232隔离转换电路11的TXD数据输入电路接口上；RS232隔离转换电路11的一端分别通过TXD、RXD数据输入电路与输出电平转换电路5和比较电路7连接，另一端连接有RS232输出接口12。
请参阅图1和2，
DCDC降压电路1内含有LM2576T-5.0型号主芯片U1，主芯片U1的引脚1连接于12V输入电压的电路接口上、引脚2连接有电感L1，电感L1连接于5V输出电压的电路接口上。
电路原理：通过LM2576T-5.0型号的主芯片U1将输入电压12V转换为5V的DCDC使用方式，可得到最高效率。
请参阅图1和3，
DCDC隔离电路2内含有BS505S-1W型号的主芯片U2，主芯片U2的引脚1连接于5V输入电压的电路接口上、引脚4连接于5V输出电压的电路接口上。
电路原理：使用BS505S-1W型号的主芯片U2完成电路隔离，产生5V电源给转换芯片U7供电。
请参阅图1、4和5，
Boost-24V升压电路3内含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于24V升压电路的电路接口上。
Boost-36V升压电路4含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于36V升压电路的电路接口上。
电路原理：通过主控芯片U3，可产生3-5A驱动电流，其输出功率远大于现有输出功率，且由于采用开关工作方式，这样在达到高效率的同时，也维持高效率输出。
请参阅图1和6，
输出电平转换电路5内含有AOD409型号的场效应管Q5、3NF06L型号的Q7和8050型号的三极管Q6、Q8，场效应管Q5的G极连接有电阻R21，电阻R21连接于三极管Q6的C极，场效应管Q7的G极连接有电阻R23，电阻R23连接于三极管Q8的C极；场效应管Q5与场效应管Q7相连的S极电路接口上连接有HT5.08-3型号的输出接口P4、P5，且输出接口P5的负极对地连接有采样功率电阻R30；三极管Q6与三极管Q8的B极一同连接于信号电路TXD_MBUS。
电路原理：由信号电路TXD_MBUS直接进行控制，并且采用大功率MOS管来达到高效率输出；同时在在输出接口的负极对地加入2欧姆采样功率电阻R30，用以获得总线上电流的变化，从而接收从机的会送信号。
请参阅图1和7，
放大电路6与比较电路7内分别含有LM358型号的放大器U10和LM393型号的比较器U8，放大器U10通过IN4148型号的开关二极管D22控制电路与比较器U8连接。
电路原理：通过放大器U10对采样功率电阻R30上所产生的电压信号进行放大，将放大后的数据送入比较器U8的同时，也送入主控芯片U5，主控芯片U5根据采样值的大小以PWM的方式动态调整输入到比较器U8的电压值，从而适应从机数目的多少，提高系统的稳定性。
请参阅图1和8，
主控CPU电路10内含有ATMEGA168-20AU型号的主控芯片U5，主控芯片U5通过引脚ADC1与放大器U10的电压输出引脚OUT连接，主控芯片U5通过引脚PWM与比较电路7的电压输入引脚IN+连接。
电路原理：由于主控芯片使用ATMEGA168-20AU，其价格便宜、性能可靠，运行稳定；使用AD引脚对放大器U10的输出电压进行采样，以PWM方式动态调整送入比较器U8的电压值，同时接收TXD信号，当确认TXD线路上有信号时，发送电压封闭比较器U8输出，从而形成稳定的半双工电路。
请参阅图1和9，
RS232隔离转换电路11内含有ADUM1201型号的数据隔离芯片U6和SP232E型号的转换芯片U7，数据隔离芯片U6通过信号输入引脚TXD_MBUS、RXD_MBUS分别与输出电平转换电路5和比较电路7连接；数据隔离芯片U6的引脚1与DCDC隔离电路2的5V输出电路连接、引脚2、引脚3与转换芯片U7的引脚11、引脚12连接，转换芯片U7的引脚13、引脚14连接于信号输出端口J1。
电路原理：使用数据隔离芯片U6完成电路的信号隔离，且隔离后的电源由DCDC隔离电路2的5V输出电路供电，使用转换芯片U7完成的电平转换，产生RS232信号。
本带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，既采用Boost升压电路提供高效率、大功率的输出电路又采用自适应从机数目的接收电路，且可采用单一宽电压供电，并带RS232总线隔离的MBus-RS232协议转换器，从而可在大范围、多表具、长线路的应用场所稳定可靠运行。
综上所述：本带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，具有转换效率高、功率大可自适应从机数目的高可靠性，且带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，因此有效的解决了现有技术中的问题。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，包括DCDC降压电路(1)、DCDC隔离电路(2)、Boost-24V升压电路(3)、Boost-36V升压电路(4)、输出电平转换电路(5)、放大电路(6)、比较电路(7)、主控CPU电路(10)和RS232隔离转换电路(11)，其特征在于：所述DCDC降压电路(1)的一端连接于12V直流电源，另一端连接于DCDC隔离电路(2)；所述Boost-24V升压电路(3)与Boost-36V升压电路(4)的一端连接于12V直流电源的电路接口上，另一端连接于输出电平转换电路(5)；所述输出电平转换电路(5)连接有MBus输出接口(8)，且MBus输出接口(8)的负极对地连接有采样电阻(9)；所述放大电路(6)的一端连接于采样电阻(9)的电路接口上，另一端连接于主控CPU电路(10)；所述比较电路(7)分别连接于放大电路(6)和主控CPU电路(10)；所述主控CPU电路(10)连接于RS232隔离转换电路(11)的TXD数据输入电路接口上；所述RS232隔离转换电路(11)的一端分别通过TXD、RXD数据输入电路与输出电平转换电路(5)和比较电路(7)连接，另一端连接有RS232输出接口(12)。
2.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述DCDC降压电路(1)内含有LM2576T-5.0型号主芯片U1，主芯片U1的引脚1连接于12V输入电压的电路接口上、引脚2连接有电感L1，电感L1连接于5V输出电压的电路接口上。
3.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述DCDC隔离电路(2)内含有BS505S-1W型号的主芯片U2，主芯片U2的引脚1连接于5V输入电压的电路接口上、引脚4连接于5V输出电压的电路接口上。
4.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述Boost-24V升压电路(3)内含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于24V升压电路的电路接口上。
5.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述Boost-36V升压电路(4)含有UC3843AL型号的主控芯片U3，主控芯片U3的引脚7连接于9V输入电源、引脚6连接有电阻R5，电阻R5连接于场效应管Q2的引脚1上；场效应管Q2的引脚2连接有肖特基二极管D，肖特基二极管D的引脚2连接于36V升压电路的电路接口上。
6.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述输出电平转换电路(5)内含有AOD409型号的场效应管Q5、3NF06L型号的Q7和8050型号的三极管Q6、Q8，场效应管Q5的G极连接有电阻R21，电阻R21连接于三极管Q6的C极，场效应管Q7的G极连接有电阻R23，电阻R23连接于三极管Q8的C极；场效应管Q5与场效应管Q7相连的S极电路接口上连接有HT5.08-3型号的输出接口P4、P5，且输出接口P5的负极对地连接有采样功率电阻R30；三极管Q6与三极管Q8的B极一同连接于信号电路TXD_MBUS。
7.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述放大电路(6)与比较电路(7)内分别含有LM358型号的放大器U10和LM393型号的比较器U8，放大器U10通过IN4148型号的开关二极管D22控制电路与比较器U8连接。
8.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述主控CPU电路(10)内含有ATMEGA168-20AU型号的主控芯片U5，主控芯片U5通过引脚ADC1与放大器U10的电压输出引脚OUT连接，主控芯片U5通过引脚PWM与比较电路(7)的电压输入引脚IN+连接。
9.根据权利要求1所述的一种带有隔离电路的MBus-RS232协议转换器，其特征在于：所述RS232隔离转换电路(11)内含有ADUM1201型号的数据隔离芯片U6和SP232E型号的转换芯片U7，数据隔离芯片U6通过信号输入引脚TXD_MBUS、RXD_MBUS分别与输出电平转换电路(5)和比较电路(7)连接；数据隔离芯片U6的引脚1与DCDC隔离电路(2)的5V输出电路连接、引脚2、引脚3与转换芯片U7的引脚11、引脚12连接，转换芯片U7的引脚13、引脚14连接于信号输出端口J1。
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