CN217445471U - 一种单线制串口通讯电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单线制串口通讯电路，包括：具有串口发送端和串口接收端的微处理器；第一隔离模块与串口发送端相连接；第二隔离模块，与串口接收端相连接；当第二隔离模块接收到外部设备发送的PWM信号后，将信号隔离后的PWM信号发送至微处理器的接收端，串口发送端输出PWM信号至第一隔离模块，第一隔离模块输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的双向传输；当第二隔离模块接收到外部设备发送的单一电平信号后，串口发送端输出PWM信号至第一隔离模块，第一隔离模块输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的单向传输。利用本实用新型实现了单向数据传输和双向数据传输。

Description

一种单线制串口通讯电路

技术领域

本实用新型涉及串口电路技术领域，尤其涉及一种单线制串口通讯电路。

背景技术

随着国家对新能源行业的大力支持，新能源技术日益推广，电动自行车行业也大力响应国家，使用铁锂电池更换铅酸电池的号召，在国内市场大量投放铁锂电池电动自行车的同时，和铁锂电池配套使用的锂电池保护板也得到快速发展。对于电动自行车行业来讲，产品的成本要求很高，相应的和其匹配的锂电池保护板，同样面对低成本的需求。为此，单线制的通讯方式应运而生，此方案比传统的485通讯、CAN通讯方案，硬件实现上更简单，成本更低，而且还能够满足一定量的协议内容传输，得到整个二轮车行业的认可。

现有的单线制通讯技术方案主要有两种，一种方案如图1所示的传统单线制通讯方案原理图，实现的技术原理如下：利用MCU主芯片的硬件接口以及光耦芯片等元器件，按照一定的占空比发送高低电平转换的PWM波，实现单线制数据通讯。该方案只能实现单方向数据通讯，比如从锂电池保护板到电动自行车的中控通讯单元，无法实现分时的双向通讯，并且一旦电池包成形，由于不能双向通讯，无法再对电池包进行软件升级，也不能进行相应的数据标定工作，对于电池包的后期维护非常困难。另外一种方案如图2所示的传统单线制通讯方案原理图，实现的技术原理如下：使用MCU主芯片上的串口RX/TX和三极管等元器件实现，在电动车上，当只需要单向通讯时，RX引脚始终保持UART接收模式，而TX引脚转变为IO模式，按照一定的占空比发送高低电平转换的PWM波，实现单线制的数据通信，当需要双向通讯时，TX引脚变成UART模式，可以发送数据，RX引脚始终保持UART接收模式，也可以接收数据，就能实现数据的双向通讯。该方案虽然能够实现通讯上的双向性，但是由于电路本身的局限性，无法实现隔离，只能共用同一个参考地，在保护板的放电MOS管闭合的情况下，也就是高压回路导通的情况下，才能进行双向通讯。一旦出现放电保护故障，需要断开放电MOS管时，就无法再对保护板进行软件的升级和调试，对于保护板维护也有一定的困难。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种单线制串口通讯电路，在放电高压回路断开的情况下，能够实现双向数据通讯。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单线制串口通讯电路，所述电路包括：

具有串口发送端和串口接收端的微处理器；

第一隔离模块，与所述串口发送端相连接；

第二隔离模块，与所述串口接收端相连接；

当第二隔离模块接收到外部设备发送的PWM信号后，将信号隔离后的PWM信号发送至微处理器的接收端，所述微处理器的串口发送端输出PWM信号至所述第一隔离模块，所述第一隔离模块进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的双向传输；

当第二隔离模块接收到外部设备发送的单一电平信号后，所述微处理器的串口发送端输出PWM信号至第一隔离模块，所述第一隔离模块进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的单向传输。

优选的，所述第一隔离模块包括第一光耦单元，所述第二隔离模块包括第二光耦单元。

优选的，所述第一光耦单元包括第一光电耦合器、第一电阻和第二电阻和，所述第一光电耦合器的第一管脚通过第二电阻连接至电源，所述第一光电耦合器的第二管脚与所述微处理器的发送端输出的PWM信号连接，所述第一光电耦合器的第三管脚与第一电阻相连接，并输出隔离后的PWM信号至外部设备，所述第一光电耦合器的第四管脚与电池的负极相连接。

优选的，所述第一光耦单元还包括第一稳压器，所述第一稳压器连接在所述第一光电耦合器的第三管脚和第四管脚之间。

优选的，所述第二光耦单元包括第二光电耦合器和第三电阻，所述第二光电耦合器的第一管脚通过第三电阻与外部设备发送的PWM信号相连接，所述第二光电耦合器的第二管脚与电池的负极相连接，所述第二光电耦合器的第三管脚与所述微处理器的接收端连接，将隔离后的PWM信号发送至所述微处理器的接收端，所述第二光电耦合器的第四管脚连接至电源。

优选的，所述第二光耦单元还包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接至信号地，其另一端连接至所述第二光电耦合器的第三管脚。

优选的，所述第二光耦单元还包括二极管，所述二极管的一端连接所述第二光电耦合器的第二管脚，其另一端连接电池负极。

优选的，所述电池负极与大地信号相连接。

优选的，所述第一光电耦合器和第二光电耦合器均为型号为LTV617的光电耦合器。

优选的，外部设备发送的单一电平信号为高电平信号，第二光电耦合器输出隔离后的高电平至微处理器的接收端，微处理的接收端设置保持接收模式。

与现有技术相比，本实用新型提供一种单线制串口通讯电路，所带来的有益效果为：本实用新型将传统方案中使用三极管为主的电路，改为光耦等元器件进行电路搭建，由于光耦具有隔离作用，电路两边都各有参考地，相互独立不受影响，可以做到在放电高压回路断开的情况下，能够进行双向数据通信，能够进行故障维护和软件升级等操作；能够实现单向数据通信和双向数据通信；该电路易维护，并且成本较低。

附图说明

图1是传统单线制通讯方案原理示意图。

图2是传统单线制通讯方案原理示意图。

图3是根据本实用新型的一个单线制串口通讯电路示意图。

图4是根据本实用新型的一个具体实施例中的单线制串口通讯电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述，但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

如图3所示的本实用新型的一个实施例中，本实用新型提供一种单线制串口通讯电路，所述电路包括：

具有串口发送端和串口接收端的微处理器10；

第一隔离模块11，与所述串口发送端相连接；

第二隔离模块12，与所述串口接收端相连接；

当第二隔离模块12接收到外部设备发送的PWM信号后，将信号隔离后的PWM信号发送至微处理器10的接收端，所述微处理器10的串口发送端输出PWM信号至所述第一隔离模块11，所述第一隔离模块11进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的双向传输；

当第二隔离模块12接收到外部设备发送的单一电平信号后，所述微处理器10的串口发送端输出PWM信号至第一隔离模块11，所述第一隔离模块11进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的单向传输。

微处理器10的MCU芯片上的串口发送端和串口接收端，分别与第一隔离模块11和第二隔离模块12相连接。当需要数据单向通讯时，外面设备发送单一的电平信号至第二隔离模块12，第二隔离模块12将单一电平信号隔离后发送至微处理器10的串口接收端，微处理器10的串口接收端设置为保持接收模式，数据不做处理，而微处理器10的串口发送端设置为数据发送模式，发送按照一定占空比、高低电平转换的PWM信号，该PWM信号经过第一隔离模块的信号隔离后，输出同样的PWM信号，发送至外部设备，以此来向外部设备传输数据，实现单向数据的传输。当需要数据双向通讯时，外面设备发送PWM信号第二隔离模块12，第二隔离模块12进行信号隔离后，输出对应的PWM信号至微处理器10的接收端，此时微处理器10的串口接收端作为接口可接收外部设备发送的数据信号，进行接收数据的处理。同样的，微处理器10的串口发送端发送PWM信号，并经过第一隔离模块11隔离后发送至外部设备，完成数据的发送功能，以此实现数据的双向通讯。通过控制第二隔离模块，可以实现数据的单向传输或者双向传输。所述第一隔离模块包括第一光耦单元，所述第二隔离模块包括第二光耦单元。

如图4所示的本实用新型的一个具体实施例，所述第一光耦单元包括第一光电耦合器UCM1、第一电阻RCM1和第二电阻RCM2，所述第一光电耦合器UCM1的第一管脚通过第二电阻RCM2连接至电源VCC_3V3，所述第一光电耦合器UCM1的第二管脚与所述微处理器10的发送端输出的PWM信号1-WIRE_TX连接，所述第一光电耦合器UCM1的第三管脚与第一电阻RCM1相连接，并输出隔离后的PWM信号1-WIRE_DEVICE，所述第一光电耦合器UCM1的第四管脚与电池的负极P-相连接。所述第二光耦单元包括第二光电耦合器UCM3和第三电阻R15，所述第二光电耦合器UCM3的第一管脚通过第三电阻R15与外部设备发送的PWM信号1-WIRE相连接，所述第二光电耦合器UCM3的第二管脚与电池的负极P-相连接，所述第二光电耦合器UCM3的第三管脚与所述微处理器10的接收端连接，将隔离后的PWM信号1-WIRE-RX发送至所述微处理器10的接收端，所述第二光电耦合器UCM3的第四管脚连接至电源VCC_3V3。所述第一光电耦合器UCM1和第二光电耦合器UCM3均为型号为LTV617的光电耦合器。所述第一光耦单元还包括第一稳压器V1，所述第一稳压器V1连接在所述第一光电耦合器的第三管脚和第四管脚之间。

外部设备发送的PWM信号1-WIRE发送的单一电平信号为高电平信号。当信号1-WIRE为高电平时，第二光电耦合器UCM3的发光二极管导通，UCM3的管脚3输出高电平信号，输出隔离后的高电平PWM信号1-WIRE-RX至微处理器10的接收端，微处理的接收端设置保持接收模式，对接收的数据不处理，微处理器10的发送端发送高低电平转换的PWM信号1-WIRE_TX，至第一光电耦合器UCM1的第二管脚，经过第一光电耦合器UCM1信号隔离后输出PWM信号至外部设备，实现与外部设备的单向数据通信。

外部设备发送的信号1-WIRE为高低电平转换的PWM信号，当信号1-WIRE为高电平时，第二光电耦合器UCM3的发光二极管导通，UCM3的管脚3输出高电平信号，当信号1-WIRE为低电平时，第二光电耦合器UCM3的发光二极管截止，UCM3的管脚3输出低电平信号，第二光电耦合器UCM3输出隔离后的PWM信号1-WIRE-RX至微处理器10的接收端，微处理的接收端对接收的数据进行处理。微处理器10的发送端发送高低电平转换的PWM信号1-WIRE_TX至第一光电耦合器UCM1的第二管脚，当信号1-WIRE_TX为高电平时，第一光电耦合器UCM3的发光二极管截止，UCM3的管脚4输出高电平信号，当信号1-WIRE_TX为低电平时，第一光电耦合器UCM3的发光二极管导通，UCM3的管脚4输出低电平信号，第二光电耦合器UCM3输出隔离后的PWM信号1-WIRE_DEVICE至外部设备，实现与外部设备的双向数据通信。

所述第二隔离模块12还包括第四电阻R18，所述第四电阻R18的一端连接至信号地VCC_GND，其另一端连接至所述第二光电耦合器UCM3的第三管脚。所述电池负极P-与大地信号相连接。所述第二光耦单元还包括二极管D2，所述二极管D2的一端连接所述第二光电耦合器UCM3的第二管脚，其另一端连接电池负极P-。在该实施例中，通过光电耦合器的隔离作用，电池负极P-作为外部大地的地信号，即将信号地与外部大地信号隔离开，光电耦合器的输入输出两侧都有各自的参考地，相互独立不受影响，解决现有技术中MOS管闭合才能进行双向数据通讯的技术问题，在放电高压回路断开的情况下，能够进行双向数据通信。

尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本实用新型的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种单线制串口通讯电路，其特征在于，所述电路包括：

具有串口发送端和串口接收端的微处理器；

第一隔离模块，与所述串口发送端相连接；

第二隔离模块，与所述串口接收端相连接；

当第二隔离模块接收到外部设备发送的PWM信号后，将信号隔离后的PWM信号发送至微处理器的接收端，所述微处理器的串口发送端输出PWM信号至所述第一隔离模块，所述第一隔离模块进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的双向传输；

当第二隔离模块接收到外部设备发送的单一电平信号后，所述微处理器的串口发送端输出PWM信号至第一隔离模块，所述第一隔离模块进行信号隔离，并输出隔离后的PWM信号发送至外部设备，以实现数据的单向传输。

2.如权利要求1所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第一隔离模块包括第一光耦单元，所述第二隔离模块包括第二光耦单元。

3.如权利要求2所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第一光耦单元包括第一光电耦合器、第一电阻和第二电阻，所述第一光电耦合器的第一管脚通过第二电阻连接至电源，所述第一光电耦合器的第二管脚与所述微处理器的发送端输出的发送信号连接，所述第一光电耦合器的第三管脚与第一电阻相连接，并输出隔离后的发送信号，所述第一光电耦合器的第四管脚与电池的负极相连接。

4.如权利要求3所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第一光耦单元还包括第一稳压器，所述第一稳压器连接在所述第一光电耦合器的第三管脚和第四管脚之间。

5.如权利要求3所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第二光耦单元包括第二光电耦合器和第三电阻，所述第二光电耦合器的第一管脚通过第三电阻与外部设备发送的PWM信号相连接，所述第二光电耦合器的第二管脚与电池的负极相连接，所述第二光电耦合器的第三管脚与所述微处理器的接收端连接，将隔离后的PWM信号发送至所述微处理器的接收端，所述第二光电耦合器的第四管脚连接至电源。

6.如权利要求5所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第二光耦单元还包括第四电阻，所述第四电阻的一端连接至信号地，其另一端连接至所述第二光电耦合器的第三管脚。

7.如权利要求6所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第二光耦单元还包括二极管，所述二极管的一端连接所述第二光电耦合器的第二管脚，其另一端连接电池负极。

8.如权利要求7所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述电池负极与大地信号相连接。

9.如权利要求7所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，所述第一光电耦合器和第二光电耦合器均为型号为LTV617的光电耦合器。

10.如权利要求5所述的单线制串口通讯电路，其特征在于，外部设备发送的单一电平信号为高电平信号，第二光电耦合器输出隔离后的高电平至微处理器的接收端，微处理的接收端设置保持接收模式。

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