CN217718674U - 串口通讯接口及电表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种串口通讯接口及电表，包括：接收电平转换电路和发送电平转换电路；其中，接收电平转换电路的第一接收端与电表系统相连接，接收电平转换电路的发送端与通讯系统相连接；发送电平转换电路的接收端与通讯系统相连接，发送电平转换电路的发送端与电表系统相连接；接收电平转换电路和发送电平转换电路用于在电表系统和通讯系统通讯时进行电平匹配。本实用新型能够实现不同系统串口通讯的电平转换，避免数据畸变。

Description

串口通讯接口及电表

技术领域

本实用新型涉及智能电表技术领域，尤其是涉及一种串口通讯接口及电表。

背景技术

随着智能电表的快速发展，智能电表可以通过串口与外置的通讯系统连接，从而实现数据的传输。但是，由于电表系统与通讯系统的供电电压不同，两个不同供电系统串口通讯时，存在电平不匹配问题，从而导致通讯失败；此外，在通过电脑对电表系统的外置模块进行调试时，由于电平不匹配会导致数据畸变，调整困难等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种串口通讯接口及电表，能够实现不同系统串口通讯的电平转换，避免数据畸变。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种串口通讯接口，包括：接收电平转换电路和发送电平转换电路；其中，接收电平转换电路的第一接收端与电表系统相连接，接收电平转换电路的发送端与通讯系统相连接；发送电平转换电路的接收端与通讯系统相连接，发送电平转换电路的发送端与电表系统相连接；接收电平转换电路和发送电平转换电路用于在电表系统和通讯系统通讯时进行电平匹配。

在一种实施方式中，该串口通讯接口还包括：转接串口，转接串口与接收电平转换电路的第二接收端相连接，还与发送电平转换电路的发送端相连接；转接串口用于接收调试信号，并将调试信号经接收电平转换电路发送至通讯系统；还用于接收通讯系统经发送电平转换电路发送的电平信号。

在一种实施方式中，发送电平转换电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管和第二三极管。

在一种实施方式中，第一电阻的一端与电表系统和转接串口连接，第一电阻的另一端与第一三极管的集电极连接；第一三极管的基极与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第二三极管的集电极连接；第二三极管的基极与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与通讯系统连接；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极接地；第二电阻的一端与电源连接，第二电阻的另一端与第二三极管的集电极连接；第五电阻的一端与通讯系统连接，第五电阻的另一端接地。

在一种实施方式中，接收电平转换电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一二极管、第二二极管和电容。

在一种实施方式中，第一二极管的阴极与电表系统连接，第一二极管的阳极与第七电阻的一端连接，第七电阻的另一端与通讯系统连接；第二二极管的阴极与转接串口连接，第二二极管的阳极与第八电阻的一端连接，第八电阻的另一端与通讯系统连接；第六电阻的一端与电源连接，第六电阻的另一端与通讯系统连接；电容的一端与通讯系统连接，电容的另一端接地。

在一种实施方式中，第一二极管和第二二极管为锗管。

在一种实施方式中，第六电阻和第七电阻的阻值比为42；第六电阻和第八电阻的阻值比为42。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种电表，包括：电表系统、通讯系统和第一方面提供的任一项的串口通讯接口。

在一种实施方式中，通讯系统包括：WIFI通讯系统、4G通讯系统或者5G通讯系统。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的上述串口通讯接口及电表，包括：接收电平转换电路和发送电平转换电路；其中，接收电平转换电路的第一接收端与电表系统相连接，接收电平转换电路的发送端与通讯系统相连接；发送电平转换电路的接收端与通讯系统相连接、发送端与电表系统相连接；接收电平转换电路和发送电平转换电路用于在电表系统和通讯系统通讯时进行电平匹配。上述串口通讯接口的接收电平转换电路和发送电平转换电路能够实现电表系统和通讯系统之间串口通讯的电平转换，避免数据畸变，确保系统正常启动。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种串口通讯接口的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种串口通讯接口的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种具体的串口通讯接口的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种发送电平转换电路图；

图5为本实用新型实施例提供的一种接收电平转换电路图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电表的结构示意图。

图标：

10-接收电平转换电路；20-发送电平转换电路；30-转接串口；601-电表系统；602-通讯系统；603-串口通讯接口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前，两个不同供电系统串口通讯时，存在电平不匹配的问题，因为电表系统为5V系统、外置通讯系统为3.3V系统，电表系统和通讯系统串口通讯，需要电平转换，但是一般转换电路复杂且器件多；两个不同供电系统串口通讯时，存在两个串口并联发送冲突问题：为了调试方便，在调试外置模块系统时，会同时将电表的串口与电脑的串口发送并联到外置模块系统的接收脚，但是，由于电平不匹配的问题会导致数据畸变、调试困难；通讯系统启动管脚与串口接收管脚复用冲突问题，ESP8266系统因为管脚较少，采用启动管脚和串口发送管脚复用的方式，但是，如果不能实现发送管脚上电低电平，会导致系统启动失败。

基于此，本实用新型实施例提供的一种串口通讯接口及电表，能够实现不同系统串口通讯的电平转换，避免数据畸变。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种串口通讯接口进行详细介绍，参见图1所示的一种串口通讯接口的结构示意图，示意出该串口通讯接口主要包括以下结构：接收电平转换电路10和发送电平转换电路20；其中，接收电平转换电路10的第一接收端与电表系统相连接，接收电平转换电路10的发送端与通讯系统相连接；发送电平转换电路20的接收端与通讯系统相连接，发送电平转换电路20的发送端与电表系统相连接；接收电平转换电路10和发送电平转换电路20用于在电表系统和通讯系统通讯时进行电平匹配。

在一种实施方式中，通讯系统可以是WIFI通讯系统、4G或5G通信系统等，在外置WIFI通讯系统与电表系统通讯时，由于两个系统供电不同，在发送时，WIFI通讯系统的发送信号可以经过发送电平转换电路20，将3.3V的信号转换成5V的信号给电表系统的串口接收脚；接收时，电表系统的发送信号可以经过接收电平转换电路10，将5V的信号转换成3.3V的信号给WIFI通讯系统的串口接收脚，从而实现电表系统和通讯系统之间的电平匹配。

本实用新型实施例提供的上述串口通讯接口，包括：接收电平转换电路和发送电平转换电路；其中，接收电平转换电路的第一接收端与电表系统相连接、发送端与通讯系统相连接；发送电平转换电路的接收端与通讯系统相连接、发送端与电表系统相连接；接收电平转换电路和发送电平转换电路用于在电表系统和通讯系统通讯时进行电平匹配。上述串口通讯接口的接收电平转换电路和发送电平转换电路能够实现电表系统和通讯系统之间串口通讯的电平转换，避免数据畸变，确保系统正常启动。

参见图2所示，在图1的基础上，本实用新型实施例提供的上述串口通讯接口还包括：转接串口30，转接串口30与接收电平转换电路10的第二接收端相连接，还与发送电平转换电路20的发送端相连接；转接串口30用于接收调试信号，并将调试信号经接收电平转换电路发送至通讯系统；还用于接收通讯系统经发送电平转换电路发送20的电平信号。

在一种实施方式中，转接串口30为电脑USB转TTL(Transistor TransistorLogic，晶体管-晶体管逻辑电平)串口，为了便于调试，本实用新型实施例提供的上述串口通讯接口预留了支持电脑USB转TTL串口的转接串口30。在对外置通讯模块进行调试时，调试信号可以经接收电平转换电路10转换后发送至通讯系统，确保通讯系统接收电平有效。

以WIFI通讯系统为例，本实用新型实施例还提供了一种具体的串口通讯接口，参见图3所示，该串口通讯接口包括：接收电平转换电路、发送电平转换电路和电脑USB转TTL串口，其中，接收电平转换电路与电表系统的TX1管脚以及WIFI通讯系统的RX管脚连接；发送电平转换电路与电表系统的RX1管脚以及WIFI通讯系统的TX管脚连接；接收电平转换电路还与电脑USB转TTL串口的TX2管脚连接，发送电平转换电路还与电脑USB转TTL串口的RX2管脚连接。

为了便于理解，本实用新型实施例还提供了一种具体的发送电平转换电路，参见图4所示的一种发送电平转换电路图，示意出该发送电平转换电路主要包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1和第二三极管Q2。

在一种实施方式中，第一电阻R1的一端与电表系统(RX1)和转接串口(电脑USB转TTL串口RX2)连接，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的集电极连接；第一三极管Q1的基极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第二三极管Q2的集电极连接；第二三极管Q2的基极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与通讯系统(启动脚/TX)连接；第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的发射极接地；第二电阻R2的一端与电源(3.3V)连接，第二电阻R2的另一端与第二三极管Q2的集电极连接；第五电阻R5的一端与通讯系统(启动脚/TX)连接，第五电阻R5的另一端接地。

在一种实施方式中，WIFI通讯系统的串口发送脚和低电平系统启动管脚复用，电表系统串口接收引脚为内部输入上拉，上拉至5V电源；而WIFI通讯系统的WFII_TXD引脚位于3.3V电源域，致使电表系统串口接收引脚无法直接接到WIFI通讯系统的发送信号，因此需增加发送电平转换电路进行电平匹配。

具体的，如图4所示，当WIFI通讯系统的TX引脚为高电平时，第二三极管Q2导通，第一三极管Q1截止，电表系统接收高电平，电脑USB转TTL串口接收高电平；同理，当WIFI通讯系统的TX引脚为低电平时，第二三极管Q2截止，第一三极管Q1导通，电表系统接收低电平，电脑USB转TTL串口接收低电平。

当WIFI通讯系统启动时，WIFI通讯系统的串口发送脚默认为系统启动脚，高阻态输入脚，启动脚的状态由外部下拉第五电阻R5确保启动时为低电平，从而保证WIFI通讯系统正常启动，启动后可以通过软件配置该管脚为串口发送功能。

本实用新型实施例提供的上述发送电平转换电路，增加下拉加两级三极管开关电路来实现串口TTL电平转换以及管脚高阻态，从而确保了通讯系统能够正常启动。

进一步，参见图5所示的一种接收电平转换电路图，示意出该接收电平转换电路主要包括：第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2和电容C1。

在一种实施方式中，第一二极管D1的阴极与电表系统(TX1)连接，第一二极管D1的阳极与第七电阻R7的一端连接，第七电阻R7的另一端与通讯系统(RX)连接；第二二极管D2的阴极与转接串口(电脑USB转TTL串口TX2)连接，第二二极管D2的阳极与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与通讯系统(RX)连接；第六电阻R6的一端与电源(3.3V)连接，第六电阻R6的另一端与通讯系统(RX)连接；电容C1的一端与通讯系统连接，电容C1的另一端接地。

在一种实施方式中，第一二极管D1和第二二极管D2为锗管，第六电阻R6和第七电阻R7的阻值比为42；第六电阻R6和第八电阻R8的阻值比为42。

具体的，接收电平转换电路采用两个二极管实现电平转换，同时，由于二极管的单向导通性，灌电流将被限制在一个极小的范围，相当于断路，从而避免了引脚低电平升高的问题，实现电表和电脑USB转TTL串口发送并联冲突问题。当电表系统发送低电平时，电脑USB转TTL串口不发送数据，默认高电平，第一二极管D1导通，第二二极管D2反向截止，WIFI通讯系统接收电平由3.3V经第六电阻R6与第七电阻R7分压，外加第一二极管D1的导通电压确定，本实施例中选择第一二极管D1为锗管，其导通电压为0.3V，第六电阻R6与第七电阻R7的电阻值比例为42倍，从而能够确保WIFI通讯系统接收低电平，接收电平有效；当电表系统发送高电平时，电脑USB转TTL串口不发送数据，默认高电平，第一二极管D1、第二二极管D2均反向截止，WIFI通讯系统接收电平由第六电阻R6上拉确定为高电平。

进一步，当电脑USB转TTL串口发送低电平时，电表系统不发送数据，默认高电平，第一二极管D1反向截止，第二二极管D2导通，WIFI通讯系统接收电平由3.3V经第六电阻R6与第八电阻R8分压，外加第一二极管D1的导通电压确定，本实施例中选择的第一二极管D1为锗管，导通电压为0.3V，第六电阻R6与第八电阻R8的电阻值比例为42倍，从而能够确保WIFI通讯系统接收低电平，接收电平有效；当电脑USB转TTL串口发送高电平时，电表系统不发送数据，默认高电平，第一二极管D1、第二二极管D2均反向截止，WIFI通讯系统接收电平由第六电阻R6上拉确定为高电平。

本实用新型实施例提供的上述接收电平转换电路，通过增加二极管、上拉电阻和分压电阻，利用二极管单相导通特性，实现串口TTL电平转换功能，器件较少且成本低；同时，通过增加两个并联二极管，利用二极管的单相导通特性，缓解了电表串口发送和电脑通过USB转换为TTL串口发送并联冲突的问题，实现了电脑和电表都可以独立发送信号给WIFI系统，有效避免接收数据波形畸变的问题，降低了调试难度。

对于前述串口通讯接口，本实用新型实施例还提供了一种电表，参见图6所示的一种电表的结构示意图，示意出该电表主要包括以下结构：电表系统601、通讯系统602和前述实施例提供的串口通讯接口603。

在一种实施方式中，通讯系统602包括：WIFI通讯系统、4G通讯系统或者5G通讯系统。

本实用新型实施例提供的上述电表，串口通讯接口603的接收电平转换电路10和发送电平转换电路20能够实现电表系统601和通讯系统602之间串口通讯的电平转换，避免数据畸变，确保系统正常启动。

本实用新型实施例所提供的电表，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种串口通讯接口，其特征在于，包括：接收电平转换电路和发送电平转换电路；其中，所述接收电平转换电路的第一接收端与电表系统相连接，所述接收电平转换电路的发送端与通讯系统相连接；所述发送电平转换电路的接收端与所述通讯系统相连接，所述发送电平转换电路的发送端与所述电表系统相连接；

所述接收电平转换电路和所述发送电平转换电路用于在所述电表系统和所述通讯系统通讯时进行电平匹配。

2.根据权利要求1所述的串口通讯接口，其特征在于，还包括：转接串口，所述转接串口与所述接收电平转换电路的第二接收端相连接，还与所述发送电平转换电路的发送端相连接；

所述转接串口用于接收调试信号，并将所述调试信号经所述接收电平转换电路发送至所述通讯系统；还用于接收所述通讯系统经所述发送电平转换电路发送的电平信号。

3.根据权利要求2所述的串口通讯接口，其特征在于，所述发送电平转换电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管和第二三极管。

4.根据权利要求3所述的串口通讯接口，其特征在于，所述第一电阻的一端与所述电表系统和所述转接串口连接，所述第一电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的基极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二三极管的集电极连接；所述第二三极管的基极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述通讯系统连接；所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极接地；所述第二电阻的一端与电源连接，所述第二电阻的另一端与所述第二三极管的集电极连接；所述第五电阻的一端与所述通讯系统连接，所述第五电阻的另一端接地。

5.根据权利要求2所述的串口通讯接口，其特征在于，所述接收电平转换电路包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一二极管、第二二极管和电容。

6.根据权利要求5所述的串口通讯接口，其特征在于，所述第一二极管的阴极与所述电表系统连接，所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述通讯系统连接；所述第二二极管的阴极与所述转接串口连接，所述第二二极管的阳极与所述第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端与所述通讯系统连接；所述第六电阻的一端与电源连接，所述第六电阻的另一端与所述通讯系统连接；所述电容的一端与所述通讯系统连接，所述电容的另一端接地。

7.根据权利要求5所述的串口通讯接口，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管为锗管。

8.根据权利要求5所述的串口通讯接口，其特征在于，所述第六电阻和所述第七电阻的阻值比为42；所述第六电阻和所述第八电阻的阻值比为42。

9.一种电表，其特征在于，包括：电表系统、通讯系统和权利要求1至8任一项所述的串口通讯接口。

10.根据权利要求9所述的电表，其特征在于，所述通讯系统包括：WIFI通讯系统、4G通讯系统或者5G通讯系统。

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