实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种RS-485通信电路,旨在实现收发器的收/发状态自动切换,同时提高RS-485通信电路的驱动能力。
为实现上述目的,本实用新型提出的RS-485通信电路包括:
I/O接口;
收发器,所述收发器包括状态使能端、数据接收端以及数据输入输出口;
换向电路,所述换向电路的输入端用于接收第一输入信号,所述换向电路的输出端与所述收发器的状态使能端连接,所述换向电路用于将所述第一输入信号进行换向后,形成第二输入信号,所述第二输入信号输出至所述收发器的状态使能端,以调节所述收发器的收/发状态,所述第一输入信号输出至所述数据接收端,并由所述数据输入输出口输出;
驱动芯片,所述驱动芯片的第一端与所述数据输入输出口连接以接收所述第一输入信号,所述驱动芯片的第二端与所述I/O接口连接,所述驱动芯片用于将所述第一输入信号进行放大处理后输出至所述I/O接口。
可选地,所述驱动芯片还用于将所述第一输入信号进行隔离后输出;
和/或,用于将自所述I/O接口接入的第三输入信号进行隔离后输出至所述数据输入输出口。
可选地,所述驱动芯片输出的驱动电流大于100毫安;
和/或,所述驱动芯片的隔离电压大于2500V。
可选地,所述驱动芯片内集成有ESD防护电路,所述ESD防护电路串联设置于所述第二端与地之间。
可选地,所述换向电路包括第一反相器;所述第一反相器的输入端接收所述第一输入信号,所述第一反相器的输出端与所述状态使能端连接。
可选地,所述RS-485通信电路还包括延时输出器,所述延时输出器的输入端接收所述第二输入信号,所述延时输出器的输出端与所述数据接收端连接。
可选地,所述延时输出器为第二反相器,所述第二反相器的输入端与所述第一反相器的输出端连接,所述第二反相器的输出端与所述数据接收端连接。
可选地,所述输入输出口包括第一通信端、第二通信端;
所述RS-485通信电路还包括上拉电阻和下拉电阻,所述上拉电阻的一端与所述第一通信端连接,所述下拉电阻的另一端与电源连接,所述下拉电阻的一端与所述第二通信端连接,所述下拉电阻的另一端接地。
本实用新型还提出一种连接器,包括上述任一实施例所述的RS-485通信电路。
本实用新型还提出一种无线网关,包括:无线收发模块以及上述任一实施例所述的RS-485通信电路;或者上述的连接器。
本实用新型技术方案通过在RS-485通信电路中设置换向电路,换向电路可以在RS-485通信电路接收到数据信号时,将收发器切换至发送状态,从而实现收发器的收发状态的自动切换。此外,RS-485通信电路还设置了驱动芯片,驱动芯片可以将收发器的数据输入输出口输出的数据信号进行放大(电流放大)并输出,相较于将收发器输出的数据直接输出至I/O接口的方案,本实用新型中增加驱动电路的方案可以提高RS-485通信电路数据输出的驱动能力,从而解决现有的RS-485通信电路输出驱动能力不足的问题。
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的一部分实施例,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作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。
需要说明,本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外,在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种RS-485通信电路,能用于各种电器设备。RS-485通信电路可以与电器设备的主控芯片10连接,用于接收主控芯片输出的第一输入信号并发送出去。RS-485通信电路还可以接收来自其它通信设备的第三输入信号,并输出至主控芯片,实现电器设备与其它通信设备的通信。
参照图1,在一实施例中,该RS-485通信电路包括:
I/O接口40;
收发器20,收发器20包括状态使能端、数据接收端以及数据输入输出口;
换向电路50,换向电路50的输入端用于接收第一输入信号,换向电路50的输出端与收发器20的状态使能端连接,换向电路50用于根据接收的第一输入信号,形成第二输入信号,第二输入信号输出至收发器20的状态使能端,以调节收发器20的收/发状态;第一输入信号输出至数据接收端,并由数据输入输出口输出;
驱动芯片30,驱动芯片30的第一端与收发器20的数据输入输出口连接以接收第一输入信号,第二端与I/O接口40连接,驱动芯片30用于将自第一端接入的第一输入信号进行放大处理后输出至I/O接口40。
其中,该RS-485通信电路的I/O接口40可以通过传输线与其它通信设备有线连接,也可以通过无线收发模块与其它通信设备无线连接,以实现与其它通信设备的通信。
收发器20可以是RS-485收发器,例如MAX485芯片,或者其他半双工通信收发器。本实施例可选为RS-485收发器。收发器20的状态使能端与换向电路连接。收发器20的数据输入端与主控芯片10的数据输出端连接,具体可以是直接连接,也可以是通过数据处理电路(例如本实施例的换向电路50;此时,后级电路需要再以与换向电路相反的信号处理方法,将换向电路50输出的第二输入信号还原为第一输入信号)与主控芯片10的数据输出端连接。收发器20还具有与主控芯片10的数据输入端连接的数据输出端,收发器20可以通过自身的数据输出端传输数据信号给主控芯片10。
RS-485收发器在其状态使能端(如图2所示的/RE、DE)处于高电平状态时,RS-485收发器处于发送状态;在其状态使能端处于低电平状态时,RS-485收发器处于接收状态;当然,也可以是RS-485收发器也可以是在其状态使能端处于低电平状态时,RS-485收发器处于发送状态;在其状态使能端处于高电平状态时,RS-485收发器处于接收状态。此处不做限制。RS-485收发器的数据接收端(如图2所示的DI)与主控芯片10的数据输出端(如图2所示的TXD)连接,RS-485收发器的数据发送端(如图2所示的RO)与主控芯片10的数据接收端(如图2所示的RXD)连接,RS-485收发器用于将主控芯片10输出的第一输入信号以RS-485通信协议由输入输出口发送出去,并将输入输出口接收到的第三输入信号转换为串口信号输出至主控芯片10。
换向电路50的输入端与电器设备的主控芯片10的数据输出端连接,可以在电器设备处于空闲状态时,也即电器设备的主控芯片10不需要发送第一输入信号至其它通信设备时,换向电路50将收发器20切换至接收状态,使得RS-485通信电路可以随时接收其它通信设备输出的第三输入信号,以避免漏接信号;在电器设备需要对外发送第一输入信号时,主控芯片10的数据输出端输出第一输入信号,换向电路50的输入端接收到第一输入信号后对第一输入信号进行换向形成第二输入信号,并输出该第二输入信号至收发器20的状态使能端,将收发器20切换至发送状态,同时,收发器20的数据接收端与主控芯片10连接,处于发送状态的收发器20将主控芯片10输出的第一输入信号发送至驱动芯片30。本实施例中,换向电路50可以实现收发器20的接收状态和发送状态自动切换。
驱动芯片30可以将收发器20的数据输入输出口输出的第一输入信号进行放大后,再输出至RS-485通信电路的I/O接口40,使得RS485通信电路的I/O口输出的第一输入信号足够大,以解决RS-485通信电路输出驱动能力不足的问题。在本实施例中,驱动芯片30可选为双向隔离芯片,双向隔离芯片的第一端与第二端电气隔离且双向隔离芯片的第一端和第二端之间相互通信,以满足RS-485通信电路双向通信的特点。双向隔离芯片的第一端与收发器20的输入输出口连接,双向隔离芯片的第二端与I/O接口40连接,双向隔离芯片的第二端的输出电流不受收发器20的输入输出口的输出电流的限制,因此,双向隔离芯片可以输出足够的电流,以解决RS-485通信电路输出驱动能力不足的问题,从而实现多节点、长距离的传输。
本实用新型技术方案通过在RS-485通信电路中设置换向电路50和驱动芯片30;在主控芯片10处于空闲状态时,换向电路50将收发器20切换至接收状态,在主控芯片10输出第一输入信号时;换向电路50在接收到第一输入信号,将收发器20切换至发送状态,从而实现收发器20状态的自动切换。此外,第一输入信号可以被输出至驱动芯片30,此时,驱动芯片30可以将收发器20的数据输入输出口输出的第一输入信号进行放大(电流放大)并输出,相较于将收发器输出的数据直接输出至I/O接口的方案,本实用新型中增加驱动电路的方案可以提高RS-485通信电路数据输出的驱动能力,解决现有的RS-485通信电路输出驱动能力不足的问题。
参照图2,在一实施例中,驱动芯片30还用于将第一输入信号进行隔离后输出;和/或,用于将自I/O接口40接入的第三输入信号进行隔离后输出至数据输入输出口。在本申请的一个例子中,驱动芯片30既可以实现第一输入信号的隔离输出,还可以实现第三输入信号的隔离输出。
驱动芯片30可以为双向隔离芯片,双向隔离芯片的第一端和第二端相互隔离,从而可以使得驱动芯片30第一端接收到的第一输入信号由第二端输出时,输出的信号的输出电流由双向隔离芯片决定,不受换向电路50以及收发器20的限制,双向隔离芯片可以输出足够的电流,从而现有的解决RS-485通信电路的输出驱动能力不足的问题。
其次,可以理解的是,RS485收发器为半双工通信,半双工通信为双向通信;双向隔离芯片将自I/O接口接入的第三输入信号进行隔离后输出至数据输入输出口,使得第二端接收到的第三输入信号可以通过第一端输出至收发器的数据输入输出端,收发器再将数据输入输出端接收到的第三输入信号输出至主控芯片10,从而实现双向通信。
本实施例实现了RS485通信电路的双向通信和放大输出,解决了现有的RS-485通信电路输出驱动能力不足的问题。
参照图2,在一实施例中,驱动芯片30输出的驱动电流大于100毫安;和/或,驱动芯片30的隔离电压大于2500V。在本申请的一个例子中,驱动芯片30的输出电流大于100毫安,且驱动芯片30的隔离电压大于2500V。
其中,通过采用驱动电流大于100毫安的驱动芯片30,使得本实施例的RS-485通信电路可以适应多节点、长距离的应用场景。
通过采用隔离电压大于2500V的驱动芯片30,使得本实施例的RS-485通信电路可以适应复杂的工业应用场景,避免工业生产环境中产生的瞬时高压电损坏收发器20。
在一实施例中,驱动芯片30内集成有ESD防护电路,ESD防护电路串联设置于驱动芯片30的第二端与地之间。
ESD防护电路可以采用齐纳二极管实现,利用齐纳二极管的反向击穿特性吸收静电,保护收发器20,也可以采用滤波网络滤出静电的能量频谱,从而达到静电防护的目的,以适应工业等恶劣环境,此处不做限定;本实施例的驱动芯片30集成有ESD防护电路,从而可以解决在RS-485通信电路应用于具有静电的场景时,静电过大而损坏收发器20的问题。例如,在RS-485通信电路应用于无线网关中时,I/O接口40需要暴露于空气中,导致空气中的静电容易通过I/O接口40窜入至收发器20中,或者I/O接口40暴露于空气,被用户接触,继而用户衣服等物品摩擦产生的静电窜入至收发器20中。
进一步地,ESD防护电路的接触保护电压可以设置为大于或等于6000V,以进一步提升防护的安全性。
参照图2,在一实施例中,换向电路50包括第一反相器;第一反相器的输入端接收第一输入信号,第一反相器的输出端与收发器20的状态使能端连接。第一反相器可以对第一输入信号进行反向,形成第二输入信号,第二输入信号由第一反相器的输出端输出至收发器20的状态使能端。第一反相器既能够实现收发状态切换,也能够提升RS-485通信电路的驱动能力。
参照图3,进一步地,RS-485通信电路还包括延时输出器60,延时输出器60的输入端接收第一输入信号,延时输出器60的输出端与收发器20的数据接收端连接。延时输出器60可以采用反相器来实现,当然在其他实施例中,也可以采用其它能延时的器件来实现,此处不做限制,本实施例中,延时输出器60可以为第二反相器。
第二反相器的输入端与第一反相器的输出端连接,第二反相器的输出端与收发器20的数据接收端连接,以将第一反相器输出的第二输入信号还原为第一输入信号,并输出至收发器20的数据接收端。利用第二反相器进行反相时,需要一定的时间,使得第一输入信号在第二输入信号之后到达,从而在第一输入信号到达时,收发器已经切换到发送状态,从而可以将第一输入信号发送出去,避免数据丢失的问题。
进一步地,收发器20可以是RS-485收发器,收发器20的输入输出口包括第一通信端(如图3所示的A)以及第二通信端(如图3所示的B),RS-485收发器输出信号依靠第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)的电压差输出,例如,第一通信端(如图3所示的A)与第二通信端(如图3所示的B)之间的电压差为2~6V时,表示RS-485收发器输出逻辑“1”;第一端通信端与第二通信端(如图3所示的B)之间的电压差为-2~-6V时,表示RS-485收发器输出逻辑“0”。RS-485通信电路还包括上拉电阻R1和下拉电阻R2,上拉电阻R1的一端与第一通信端(如图3所示的A)连接,下拉电阻R2的另一端与电源连接,下拉电阻R2的一端与第二通信端(如图3所示的B)连接,下拉电阻R2的另一端接地。
上拉电阻R1将第一通信端(如图3所示的A)的电平上拉,下拉电阻R2将第二通信端(如图3所示的B)的电平下拉,从而解决输入输出口的电平被干扰电压干扰时,第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)电平波动,继而使得RS-485收发器误输出信号至电器设备的主控芯片10的问题。需要注意的是,本实施例中,上拉电阻R1和下拉电阻R2的阻值需足够大,例如1KΩ,以保证RS-485收发器能正常输出逻辑“0”。
综合上述实施例,对第一反相器、第二反相器、上拉电阻R1以及下拉电阻R2共同的工作原理进行解释:
RS-485收发器在其状态使能端处于高电平状态时,RS-485收发器处于发送状态;在其状态使能端处于低电平状态时,RS-485收发器处于接收状态。
在电器设备的主控芯片10的数据输出端在电器设备处于空闲状态时,也即主控芯片10不输出第一输入信号时,主控芯片10的数据输出端处于高电平状态,第一反相器将主控芯片10的数据输出端的高电平进行反相处理,输出低电平信号至RS-485收发器的状态使能端,使得RS-485收发器处于接收状态,也即本实施例利用第一反相器实现了在电器设备处于空闲状态时,RS-485收发器处于接收状态。从而RS-485收发器可以随时接收其它通信设备输出的信号,以解决在RS-485收发器输入输出口有信号输入时,RS-485收发器处于发送状态而无法接收输入的信号的问题。
下面对于主控芯片输出第一输入信号时进行说明,可以理解的是,通常采用二进制的形式进行传输,也即数据可以采用逻辑“0”和“1”的组合来表征不同的信息。
具体地,在所述电器设备输出低电平信号(也即逻辑“0”),第一反相器将低电平信号进行反相处理后,输出高电平信号至RS-485收发器的状态使能端,从而使得RS-485收发器切换至发送状态;同时,第一反相器输出的高电平信号输出至第二反相器,第二反相器将高电平信号进行反相处理(也即还原为主控芯片10输出的第一输入信号)后输出至RS-485收发器的数据接收端,由于此时RS-485收发器处于发送状态,从而RS-485收发器将第二反相器输出的低电平由输入输出口发送出去,可以理解的是,由于第二反相器将第一反相器输出的高电平进行反相处理,还原为低电平信号后输出至收发器的数据接收端需要一定的时间,从而在RS-485收发器可以在数据接收端接收到第一输入信号之前,接收到第一反相器输出的高电平信号,切换至发送状态,再将第二反相器输出的低电平信号发送出去;从而可以解决第一输入信号在第二输入信号之前到达收发器,RS-485收发器处于接收状态而无法正常将第一输入信号发送出去的问题。此外,在本实施例中,第一反相器的输入端与主控芯片10的数据输出端连接,因此可以在第一输入信号来临时,立即、自动输出换向信号将RS-485收发器切换至发送状态,第一反相器为硬件电路,因此切换非常及时,从而减少因为切换不及时导致的数据丢失。
在电器设备输出高电平信号(也即逻辑“1”),第一反相器输出低电平信号,使得RS-485收发器处于接收状态,无法输出信号,但是由于上拉电阻R1和下拉电阻R2的作用(例如,电源电压为5V,在第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)之间的电压差为5V),RS-485收发器的第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)之间的电压差处于2~6V之间,从而RS-485收发器输出逻辑“1”信号。
需要注意的是,在本实施例中,RS-485通信电路输出逻辑“1”依靠的是上拉电阻R1的上拉以及下拉电阻R2的下拉产生的电压差,也就是说在输出逻辑“1”信号时,输出驱动电流由电源输出至上拉电阻R1再输出至第一通信端(如图3所示的A),为了不影响RS-485收发器正常输出低电平信号,上拉电阻R1和下拉电阻R2的阻值需足够大,例如1K欧姆,以电源电压为5V为例,驱动电流只有5毫安;也就是说,由于上拉电阻R1的阻值很大,上拉电阻R1的流出的驱动电流很小,导致驱动电流无法由I/O接口40输出至其它通信设备。
为了解决上述问题,本实施例通过设置驱动芯片30与RS-485收发器的输入输出口连接,将输出的电流进行放大后输出,驱动芯片30可选为双向隔离芯片,双向隔离芯片的第一端与第二端之间电气隔离且第一端和第二端之间双向通信,双向隔离芯片的第一端接收到逻辑“1”信号后,将该逻辑“1”信号由双向隔离芯片的第二端输出,易于理解的是,此时,双向隔离芯片的第二端逻辑“1”信号的输出电流由双向隔离芯片决定,不受换向电路50、RS-485收发器以及上拉电阻R1的限制,双向隔离芯片可以输出足够的电流,从而解决现有的RS-485通信电路的输出驱动能力不足的问题。具体地,双向隔离芯片的第一端具有两个接线端,从而与RS-485收发器的第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)一一对应连接,双向隔离芯片的第二端也具有两个接线端,以将第一通信端(如图3所示的A)和第二通信端(如图3所示的B)的电平输出。本实施例采用反相器和双向隔离芯片实现了RS-485收发器自动换向且输出足够的电流,成本低,取材方便。
本实用新型还提出一种连接器,包括上述的RS-485通信电路,该RS-485通信电路的具体结构参照上述实施例,由于本连接器采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
本实用新型还提出一种无线网关。
在一个例子中,无线网关可以包括无线收发模块以及上述的RS-485通信电路,无线收发模块与RS-485通信电路的I/O接口40连接,并将I/O接口40的电平信号以无线的方式发送至其他通信设备;该RS-485通信电路的具体结构参照上述实施例,由于本无线网关采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
在另一个例子中,无线网关可以包括上述的连接器。由于上述的连接器采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此本申请实施方式的无线网关至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本实用新型的可选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是在本实用新型的发明构思下,利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。