CN211826982U - 一种单线双向电压不对称的信息交互电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物联网技术领域，公开了一种电路稳定且安全性较高的单线双向电压不对称的信息交互电路，包括单片机、输入缓冲电路及输出缓冲电路，单片机用于输出逻辑信号；当外部设备或功能模块的信号端输入为高电平时，输入缓冲电路截止；当外部设备或功能模块的信号端输入为低电平时，输入缓冲电路导通；当单片机的发射端为高电平时，输出缓冲电路截止，且外部设备或功能模块的信号端保持高电平状态；当单片机的发射端为低电平时，输出缓冲电路导通。

Description

一种单线双向电压不对称的信息交互电路

技术领域

本实用新型涉及物联网技术领域，更具体地说，涉及一种单线双向电压不对称的信息交互电路。

背景技术

物联网(IoT，Internet ofthings)作为互联网基础上的延伸和扩展的网络，其通过互联网及无线网络的融合，可将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流。目前，用户端通过射频识别或二维码对物品进行通信或信息交换时，在物品信息的发送与传输的过程中，由于电路的稳定性较低，使得信息数据传输延迟，负载过载、用户错接、负载漏电等外部原因导致电源板的永久性损坏。

因此，如何提高电路的稳定性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路的稳定性较低，使得信息数据传输延迟的缺陷，提供一种电路稳定、安全性较高且以最低的成本完成输出电源的限流及短路保护功能的单线双向电压不对称的信息交互电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单线双向电压不对称的信息交互电路，具备：

单片机，其配置于电路内，所述单片机用于输出逻辑信号；

控制电源输出电路，其输入端耦接于所述单片机的输出端；

输出电流检测电路，其输出端耦接于所述单片机的模数转换接收端及外部中断源；

输入缓冲电路，其输入端耦接于所述单片机的接收端；

所述输入缓冲电路的输入端与外部设备或功能模块的信号端连接，其用于接收所述外部设备或功能模块的信号端输入的信号参数；

输出缓冲电路，其输入端耦接于所述外部设备或功能模块的信号端，所述输入缓冲电路用于接收所述外部设备或功能模块的信号端输入的所述信号参数；

所述输出缓冲电路的输出端耦接于所述单片机的发射端；

当所述外部设备或功能模块的信号端输入为高电平时，所述输入缓冲电路截止；当所述外部设备或功能模块的信号端输入为低电平时，所述输入缓冲电路导通；

当所述单片机的发射端为高电平时，所述输出缓冲电路截止，且所述外部设备或功能模块的信号端保持高电平状态；当所述单片机的发射端为低电平时，所述输出缓冲电路导通。

在一些实施方式中，所述输入缓冲电路包括第一三极管、第二电阻及第三电阻，

所述第一三极管的基极通过所述第三电阻与电压取样电路的输出端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第二电阻的一端及所述单片机的接收端连接；

所述第二电阻的另一端耦接于所述单片机的控制端；

所述第一三极管的发射极分别与所述输出缓冲电路的输入端及所述外部设备或功能模块的信号端连接。

在一些实施方式中，所述输出缓冲电路包括第二三极管及第五电阻，

所述第二三极管的集电极分别与所述第一三极管的发射极及所述外部设备或功能模块的信号端连接；

所述第二三极管的基极与电压取样电路的输出端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第五电阻与所述单片机的发射端连接。

在一些实施方式中，还包括第四电阻，

所述输入缓冲电路及所述输出缓冲电路通过所述第四电阻与所述外部设备或功能模块的信号端连接。

在一些实施方式中，所述电压取样电路包括第一电阻、第一二极管、第二二极管及第一电容，

所述第一电阻的一端与所述单片机的控制端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一二极管的阳极及所述第一电容的一端共同连接；

所述第一二极管的阴极耦接于所述第二二极管的阳极连接；

所述第一电容的另一端及所述第二二极管的阴极与公共端连接。

在一些实施方式中，所述控制电源输出电路的输入端耦接于所述单片机的使能端，所述控制电源输出电路的输出端耦接于所述外部设备或功能模块的电源负端；

若所述单片机的使能端输出的逻辑信号为高电平，则所述控制电源输出电路导通，向外部负载供电；

若所述单片机的使能端输出的逻辑信号为低电平，则所述控制电源输出电路截止，关闭所述外部负载的供电。

在一些实施方式中，所述输出电流检测电路的输入端耦接于所述外部设备或功能模块的电源负端，所述输出电流检测电路的一输出端耦接于所述单片机的模数转换引脚，所述输出电流检测电路的另一输出端耦接于所述单片机的中断引脚端。

在本实用新型所述的单线双向电压不对称的信息交互电路中，包括单片机、输入缓冲电路及输出缓冲电路，单片机用于输出逻辑信号；当外部设备或功能模块的信号端输入为高电平时，输入缓冲电路截止；当外部设备或功能模块的信号端输入为低电平时，输入缓冲电路导通；当单片机的发射端为高电平时，输出缓冲电路截止，且外部设备或功能模块的信号端保持高电平状态；当单片机的发射端为低电平时，输出缓冲电路导通。与现有技术相比，通过单片机输出逻辑信号以控制获取物品信息、传输，以解决电路的稳定性较低，导致信息数据传输延迟的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型提供单线双向电压不对称的信息交互电路一实施例部分电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1是本实用新型提供单线双向电压不对称的信息交互电路一实施例部分电路图。如图1所示，在本实用新型的单线双向电压不对称的信息交互电路第一实施例中，需要说明的是，本方案可适用于共享充电宝的主机与充电宝之间的通讯、美容仪主机与美容头之间的通讯及物联网产品通讯。

其中，在电路中设有CON端口，该端口作为负载的电源正端、负端及外部设备或功能模块的信号端。CON端口的第一脚(对应1脚)为输出电源正端，第二脚为输出外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)，第三脚(对应3脚)为输出电源负端。

具体而言，单线双向电压不对称的信息交互电路(100、200)包括单片机MCU、电压取样电路100、输入缓冲电路201、输出缓冲电路202、控制电源输出电路203、输出电流检测电路204及输出电流取样电路205。

电压取样电路100用于防止通讯主或从机之间的电压不对称或不稳定导致的通讯中断。具体为，通过两个硅型二极管(对应第一二极管D101及第二二极管D102)串联使得正向压降约1.4V，取1.4V的压降可以保证信号电压范围可在2V—10V之间的通讯正常。

单片机MCU主要由运算器、控制器和寄存器三大部分构成。其中，运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加器、寄存器等构成，首先累加器和寄存器向ALU输入两个8位源数据，其次ALU完成源数据的逻辑运算，最后将运算结果存入寄存器中；控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等构成，用于协调整个系统各部分之间的运作；寄存器主要有累加器A、数据寄存器DR、指令寄存器IR、指令译码器ID、程序计数器PC、地址寄存器AR等。

输入缓冲电路201用于接收单片机MCU输入的信号参数(如电平信号或逻辑信号)。

输出缓冲电路202用于接收并发射外部设备或功能模块的信号端输入的信号参数(如电平信号或逻辑信号)。

具体而言，单片机MCU配置于电路内，其用于输出逻辑信号(如高电平或低电平)，并将电平信号输出至输出缓冲电路202及控制电源输出电路203。

输入缓冲电路201的输入端与单片机MCU的接收端(对应RXD端)连接。

输入缓冲电路201的输入端耦接于外部设备或功能模块的信号端(对应CON的2脚)，输入缓冲电路201可将外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)的电平信号或逻辑信号输出至单片机MCU的RXD输入端。

输出缓冲电路202的输出端耦接于外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)，输出缓冲电路202的输入端藕接于单片机MCU的发射端(对应TXD端)，将其电平信号或逻辑信号输到外部设备或功能模块的信号输入端。

当外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)输入为高电平时，输入缓冲电路201截止，此时，输入参数信号的电平被第二电阻R201拉高到与单片机MCU一致；外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)输入为低电平时，输入缓冲电路201导通，输入数据的电平被第一三极管Q1拉低到外部信号低电平，使得参数信号(即外部设备发射的信号)输入单片机MCU，实现数据获取。

当单片机MCU的发射端(对应TXD端)为高电平时，输出缓冲电路202截止，且外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)保持外部高电平状态；当单片机MCU的发射端(对应TXD端)为低电平时，输出缓冲电路202导通，此时，外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)被第二三极管Q2拉低至内部信号低电平，使得输入单片机MCU的参数信号(即外部设备输入的信号)通过单片机MCU的发射端(对应TXD端)发射出去，实现数据传输。

通过单片机MCU输出逻辑信号(高电平或低电平信号)以控制获取物品(负载或外部设备)的信息及传输，可有效提高电路的稳定性，解决信息数据传输延迟的问题。

在一些实施方式中，为了提高输入信号的准确性，可在输入缓冲电路201中设置第一三极管Q1、第二电阻R201及第三电阻R202。其中，第一三极管Q1为NPN型三极管，其具有开关以放大作用。

具体地，第一三极管Q1的基极通过第三电阻R202与电压取样电路100的输出端连接，电压取样电路100输出的1.4V的电压经过第三电阻R202输入第一三极管Q1的基极，为第一三极管Q1提供正偏电压。

第一三极管Q1的集电极分别第二电阻R201的一端及单片机MCU的接收端连接，第二电阻R201的另一端耦接于单片机MCU的控制端，即外部设备发射的参数信号通过第二电阻R201输入单片机MCU。

第一三极管Q1的发射极分别与输出缓冲电路202的输出端及外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)连接。

其工作原理为：当外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)输入为高电平时，第一三极管Q1截止，此时，输入参数信号的电平被第二电阻R201拉高到与单片机MCU一致；外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)输入为低电平时，第一三极管Q1导通，输入数据的电平被第一三极管Q1拉低到外部信号低电平，使得参数信号(即外部设备发射的信号)输入单片机MCU，实现数据获取。

在一些实施方式中，为了提高输出信号参数的稳定性，可在输出缓冲电路202中设置第二三极管Q2及第五电阻R204。

其中，第二三极管Q2为NPN型三极管，其具有开关以放大作用。

具体地，第二三极管Q2的集电极分别与第一三极管Q1的发射极及外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)连接，第二三极管Q2的基极与电压取样电路100的输出端连接，电压取样电路100输出的1.4V的电压直接输入第二三极管Q2的基极，为第二三极管Q2提供正偏电压。

第二三极管Q2的发射极通过第五电阻R204与单片机MCU的发射端(对应TXD端)连接。

其工作原理为：当单片机MCU的发射端(对应TXD端)为高电平时，第二三极管Q2截止，且外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)保持外部高电平状态；当单片机MCU的发射端(对应TXD端)为低电平时，第二三极管Q2导通，此时，外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)被第二三极管Q2拉低至内部信号低电平，使得输入单片机MCU的参数信号(即外部设备输入的信号)通过单片机MCU的发射端(对应TXD端)发射出去，实现数据传输。

在一些实施方式中，为了提高电路的安全性，可在电路中设置第四电阻R203，其中，第四电阻R203为输入输出双向信号耦合元件。

第四电阻R203设于输入缓冲电路201、输出缓冲电路202与外部设备或功能模块的信号端(对应2脚)之间，通过设置第四电阻R203可用于限制输入输电流，保护电路中的三极管(Q1、Q2)不受瞬间尖峰电流击穿。

在一些实施方式中，为了防止通讯主机或从机之间因电压不对称或不稳定而导致通讯中断，可在电路中设置电压取样电路100。

具体地，取样电路100包括第一电阻R101、第一二极管D101、第二二极管D102及第一电容C101。其中，第一电容C101具有滤波的作用。

第一电阻R101的一端与电源端连接，第一电阻R101的另一端分别与第一二极管D101的阳极及第一电容C101的一端共同连接。

第一二极管D101的阴极与第二二极管D102的阳极，第一电容C101的另一端及第二二极管D102的阴极与公共端连接。

通过两个硅型二极管串联正向压降约1.4V，可以保证信号电压范围在2V—10V之间通讯正常，可有效防止通讯主机或从机之间因电压不对称或不稳定导致的通讯中断。

在一些实施方式中，为了保证外部负载的供电，可在电路中设置控制电源输出电路203，其设有场效应管VT1、第四三极管Q4及第六电阻R205。

其中，场效应管VT1具有开关的作用，且能够控制大电流。

具体地，控制电源输出电路203的一输入端耦接于单片机MCU的使能端(对应OUT-EN端)。具体为，第四三极管Q4的基极通过第六电阻R205与单片机MCU的使能端(对应OUT-EN端)连接，单片机MCU输出的逻辑信号(高电平或低电平)经过第六电阻R205输入第四三极管Q4的基极。

控制电源输出电路203的另一输入端与电源输入端(对应VIN端)连接。具体为，场效应管VT1的源极与电源输入端(对应VIN端)连接，第四三极管Q4的集电极通过第十电阻R209与场效应管VT1的栅极连接，第四三极管Q4的发射极与公共端连接。

控制电源输出电路203的输出端耦接于外部设备或功能模块的电源负端(对应3脚)。具体为，场效应管VT1的漏极与外部设备或功能模块的电源负端(对应3脚)连接。

当单片机MCU的使能端(对应OUT-EN端)输出的逻辑信号为高电平时，第四三极管Q4及场效应管VT1导通(即控制电源输出电路203导通)，电源输入端(对应VIN端)输入的电压通过场效应管VT1加在CON端口的3脚上，为外部负载供电。

当单片机MCU的使能端(对应OUT-EN端)输出的逻辑信号为低电平时，第四三极管Q4及场效应管VT1截止(即控制电源输出电路203截止)，没有电流通过场效应管VT1，进而关闭外部负载的供电。

在一些实施方式中，为了保证外部负载的供电，可在电路中设置输出电流检测电路204及输出电流取样电路205。

其中，输出电流检测电路204设有第三三极管Q3、第七电阻R206及第二电容C201，第三三极管Q3用于信号放大。

输出电流取样电路205设有第八电阻R207及第三电容C202，其中，第八电阻R207及第三电容C202为输出电流取样元件。

具体地，输出电流检测电路204的输入端分别与外部设备或功能模块的电源负端(对应1脚)及输出电流取样电路205的输入端连接。具体为，第三三极管Q3的基极通过第七电阻R206与外部设备或功能模块的电源负端(对应1脚)及第八电阻R207、第三电容C202的一端共同连接。

第八电阻R207、第三电容C202的另一端与公共端连接。

输出电流检测电路204的输出端耦接于单片机MCU的中断引脚端(对应CC-OUT)。具体为，第三三极管Q3的集电极与单片机MCU的中断引脚端(对应CC-OUT)。

需要说明的是，第三三极管Q3的基极还与单片机MCU的模数转换(ADC)引脚端(对应CC-IN)连接。

其工作原理为，第七电阻R206及第二电容C201将输出电流取样的信号整流一端用于驱动第三三极管Q3，另一端直接送到单片机MCU模数转换(ADC)引脚CC-IN。单片机MCU通过OUT-EN和CC-IN限制电流，可以钳位输出电流的大小。

当然，单片机MCU的模数转换(ADC)的速度往往无法满足电路短路的控制需要，在这个地方的第三三极管Q3将输出电流的短路信号快速放大并送入到单片机MCU的中断引脚CC-OUT，以方便单片机MCU快速做出判断，从而起到短路保护作用。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，具备：

单片机，其配置于电路内，所述单片机用于输出逻辑信号；

控制电源输出电路，其输入端耦接于所述单片机的输出端；

输出电流检测电路，其输出端耦接于所述单片机的模数转换接收端及外部中断源；

输入缓冲电路，其输入端耦接于所述单片机的接收端；

所述输入缓冲电路的输入端与外部设备或功能模块的信号端连接，其用于接收所述外部设备或功能模块的信号端输入的信号参数；

输出缓冲电路，其输入端耦接于所述外部设备或功能模块的信号端，所述输入缓冲电路用于接收所述外部设备或功能模块的信号端输入的所述信号参数；

所述输出缓冲电路的输出端耦接于所述单片机的发射端；

当所述外部设备或功能模块的信号端输入为高电平时，所述输入缓冲电路截止；当所述外部设备或功能模块的信号端输入为低电平时，所述输入缓冲电路导通；

当所述单片机的发射端为高电平时，所述输出缓冲电路截止，且所述外部设备或功能模块的信号端保持高电平状态；当所述单片机的发射端为低电平时，所述输出缓冲电路导通。

2.根据权利要求1所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，所述输入缓冲电路包括第一三极管、第二电阻及第三电阻，

所述第一三极管的基极通过所述第三电阻与电压取样电路的输出端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第二电阻的一端及所述单片机的接收端连接；

所述第二电阻的另一端耦接于所述单片机的控制端；

所述第一三极管的发射极分别与所述输出缓冲电路的输入端及所述外部设备或功能模块的信号端连接。

3.根据权利要求2所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，所述输出缓冲电路包括第二三极管及第五电阻，

所述第二三极管的集电极分别与所述第一三极管的发射极及所述外部设备或功能模块的信号端连接；

所述第二三极管的基极与电压取样电路的输出端连接，所述第二三极管的发射极通过所述第五电阻与所述单片机的发射端连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，还包括第四电阻，

所述输入缓冲电路及所述输出缓冲电路通过所述第四电阻与所述外部设备或功能模块的信号端连接。

5.根据权利要求2或3所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，所述电压取样电路包括第一电阻、第一二极管、第二二极管及第一电容，

所述第一电阻的一端与所述单片机的控制端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一二极管的阳极及所述第一电容的一端共同连接；

所述第一二极管的阴极耦接于所述第二二极管的阳极连接；

所述第一电容的另一端及所述第二二极管的阴极与公共端连接。

6.根据权利要求1所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，

所述控制电源输出电路的输入端耦接于所述单片机的使能端，所述控制电源输出电路的输出端耦接于所述外部设备或功能模块的电源负端；

若所述单片机的使能端输出的逻辑信号为高电平，则所述控制电源输出电路导通，向外部负载供电；

若所述单片机的使能端输出的逻辑信号为低电平，则所述控制电源输出电路截止，关闭所述外部负载的供电。

7.根据权利要求1所述的单线双向电压不对称的信息交互电路，其特征在于，

所述输出电流检测电路的输入端耦接于所述外部设备或功能模块的电源负端，所述输出电流检测电路的一输出端耦接于所述单片机的模数转换引脚，所述输出电流检测电路的另一输出端耦接于所述单片机的中断引脚端。

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