CN218103344U - 一种串口电平转换通信电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种串口电平转换通信电路，包括通信发送模块和通信接收模块，通信发送模块用于从信号发送模块的输出接口获取低电平的通信信号并转换为高电平的通信信号并输送于信号传输线，通信发送模块内形成有第一电气隔离点，用于将信号发送模块的输出接口与信号传输线之间电气隔离，通信接收模块用于将高电平的通信信号转换为低电平的通信信号并传输于信号接收模块的输入接口，通信接收模块内形成有第二电气隔离点，用于将信号接收模块的输入接口与信号传输线之间电气隔离。本申请采用电气隔离的方式使得用于发送和接收信号的单片机与用于传输信号的信号传输线之间没有直接的电连接，提高了信号传输过程的可靠性。

Description

一种串口电平转换通信电路

技术领域

本申请涉及串口通信的领域，尤其是涉及一种串口电平转换通信电路。

背景技术

目前，不同设备的单片机之间要实现通信，往往需要用到数百米的通信信号传输线，为使得通讯信号在传输的过程中保持可靠的强度，则需要将由单片机输出的较低工作电压信号转换为较高的输送电压信号。

在长距离的信号输送中，可能会产生电磁干扰、线路反射等干扰因素，若采用传统的串口通信电平转换技术，即采用四个三极管作为电平转换的开关直接将发送信号和接收信号的两个设备通过信号传输线相连，则很容易导致较大的电信号干扰，进而对信号传输效率和效果产生较大的影响，并且在裸露导体故障带电情况下容易发生间接触电危险。

针对上述情况，本申请提出了一种串口电平转换通信电路，用以提升长距离通信电路的可靠性。

实用新型内容

为了提升长距离通信电路的可靠性，本申请提供一种串口电平转换通信电路。

本申请提供的一种串口电平转换通信电路，采用如下的技术方案：

一种串口电平转换通信电路，包括：

通信发送模块，用于从信号发送模块的输出接口获取低电平的通信信号，将低电平的通信信号转换为高电平的通信信号并输送于信号传输线，所述通信发送模块内形成有第一电气隔离点，所述第一电气隔离点用于将信号发送模块的输出接口与信号传输线之间电气隔离；

通信接收模块，通过信号传输线连于所述通信发送模块，用于将高电平的通信信号转换为低电平的通信信号并传输于信号接收模块的输入接口，所述通信接收模块内形成有第二电气隔离点，所述第二电气隔离点用于将信号接收模块的输入接口与信号传输线之间电气隔离。

通过采用上述技术方案，信号发送模块与信号接收模块分别为需要发送信号与接收信号的单片机，其工作电压通常为较低的3.3V，不同单片机之间实现通信，若传输距离在百米甚至百米以上时使用3.3V的电压信号作为传输信号，则传输信号会在传输过程中被削弱，因而需要采用高电平的通信信号传输。

上述的通信发送模块和通信接收模块即具有完成上述通信过程必不可少电平转换功能，本申请提供的电平转换方案中采用电气隔离的方法，于通信发送模块和通信接收模块内均设置电气隔离点，用于将信号发送模块的输出接口与信号传输线之间电气隔离，并且将信号接收模块的输入接口与信号传输线之间电气隔离，因此，用于发送和接收信号的单片机与用于传输信号的信号传输线之间没有直接的电连接，从而使得信号传输线路成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统，进而能够防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了信号传输过程的可靠性。

可选的，所述通信发送模块包括：

第一发光二极管LED1，正极连于信号发送模块的输出接口，负极连接地线，用于输出第一光信号；

第一光敏三极管RL1，用于接收第一光信号，集电极连于高于信号发送模块输出电平的高电平电源，发射极形成有信号输出点；

第二光敏三极管RL2，用于接收第一光信号，集电极连接地线，发射极连于所述信号输出点；

其中，所述信号输出点形成所述通信发送模块的输出端；所述第一光敏三极管RL1的基极与所述第二光敏三极管RL2的基极相连。

通过采用上述技术方案，当有需要传输信号时，第一发光二极管LED1能够获取由信号发送模块的输出接口传输的待传输信号，并能够基于接收到的待传输信号输出第一光信号，随后，第一光敏三极管RL1和第二光敏三极管RL2将接收到上述第一光信号并导通，第一光敏三极管RL1与第二光敏三极管RL2能够将高于信号发送模块输出电平的高电平电源与地线连通，因而连接于上述第一光敏三极管RL1发射极的信号输出点将输出高于信号发送模块输出电平的高电平，并将高电平的电压信号用于通信传输。

当不需要传输信号时，第一发光二极管LED1无法发出上述第一光信号，因而上述的第一光敏三极管RL1和第二光敏三极管RL2关断，并且上述的高电平电源与地线之间无法导通，因此，上述信号输出点电平为0，此时没有信号传输，同时，采用光耦传递信号能够使得信号传输速度更快，传递性能更优。

可选的，所述通信接收模块包括：

第二发光二极管LED2，正极用于接收经信号传输线发送的通信信号并输出第二光信号，负极连接地线；

第三光敏三极管RL3，用于接收第二光信号，集电极连于低于信号传输线传输电平的低电平电源，发射极形成有信号输入点；

第四光敏三极管RL4，用于接收第二光信号，集电极连接地线，发射极连于所述信号输入点；

其中，所述信号输入点形成所述通信接收模块的输出端，所述第三光敏三极管RL3的基极与所述第四光敏三极管RL4的基极相连。

通过采用上述技术方案，当有需要传输信号时，第二发光二极管LED2能够接收由信号发送的线传输的通信信号，并能够基于接收到的通信信号输出第二光信号，随后，第三光敏三极管RL3和第四光敏三极管RL4将接收到上述第二光信号并导通，第三光敏三极管RL3与第四光敏三极管RL4能够将低于通信信号电平的低电平电源与地线连通，因此，连接于上述第三光敏三极管RL3发射极的信号输入点将输出低于通信信号电平的低电平信号，用以将通信信号传输于信号接收模块，完成信号的电平转换与传输过程。

当不需要传输信号时，第二发光二极管LED2无法发出上述第二光信号，因而上述的第三光敏三极管RL3和第四光敏三极管RL4关断，并且上述的低电平电源与地线之间无法导通，因此，上述信号输入点电平为0，此时没有信号传输。

可选的，所述通信发送模块还包括：

第一钳位二极管D1，正极连于所述信号输出点，负极连于输出电平高于信号发送模块输出电平的高电平电源；

第二钳位二极管D2，负极连于所述信号输出点，正极连接地线。

通过采用上述技术方案，钳位二极管能够于电路中限制电压，从而起到增强抗干扰能力的作用，上述的第一钳位二极管D1连接于信号输出点与高电平电源之间，第二钳位二极管D2连接于地线与信号输出点之间，用以减小感应电压的干扰。

可选的，所述通信接收模块的输入端连接有电压比较单元，所述电压比较单元用于从信号传输线获取通信信号并比较获取到的通信信号与预设信号，基于比较结果向所述通信接收模块传输经过抗干扰处理的通信信号。

通过采用上述技术方案，由于远距离传输使用的信号传输线较长，信号在传输过程中容易受到外界干扰产生较小的电压信号，进而使得通信信号电平为0时，信号接收模块仍会接收到干扰源产生的信号，因此，本申请提出的方案中于通信接收模块的输入端连接电压比较单元，用于将由信号传输线获取到的通信信号与预设信号进行比较，从而滤除由干扰源产生的干扰信号。

可选的，所述电压比较单元包括电压比较器OA1，所述电压比较器OA1的同相输入端用于从信号传输线获取通信信号，所述电压比较器OA1的反相输入端用于获取预设电平信号，所述电压比较器OA1的输出端连于所述通信接收模块。

通过采用上述技术方案，使用电压比较器OA1比较由信号传输线获取的通信信号和预设信号，当通信信号大于预设信号时，上述的电压比较器OA1输出高电平；反之，当通信信号小于预设信号时，上述的电压比较器OA1输出低电平，因此，由干扰源产生的通信信号将不会被传输至上述的信号接收模块，有效地滤除了通信电路中由于信号传输线长而产生的感应电压干扰信号。

可选的，所述电压比较单元还包括：

第一分压电阻R1，连接于电源VCC；

第二分压电阻R2，一端连于所述第一分压电阻R1，另一端连接地线；

其中，所述第一分压电阻R1与所述第二分压电阻R2之间形成有分压输出点，所述分压输出点连于所述电压比较器OA1的反相输入端。

通过采用上述技术方案，第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间的分压输出点输出的电压信号即为上述的预设信号，使用者能够根据实际使用情况，通过调整第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的阻值调整预设信号。

可选的，所述电压比较单元还包括第三钳位二极管D3，所述第三钳位二极管D3的正极连接地线，负极连于信号传输线。

通过采用上述技术方案，钳位二极管能够于电路中限制电压，从而起到增强抗干扰能力的作用，上述的第三钳位二极管D3连接于地线与信号传输线之间，用以减小感应电压的干扰。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.采用电气隔离的方式使得用于发送和接收信号的单片机与用于传输信号的信号传输线之间没有直接的电连接，从而使得信号传输线路成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统，以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了信号传输过程的可靠性。

2.采用光耦传递信号能够使得信号传输速度更快，传递性能更优。

3.钳位二极管能够于电路中限制电压，从而起到增强抗干扰能力的作用，用以减小感应电压的干扰。

4.于通信接收模块的输入端连接电压比较单元，用于将由信号传输线获取到的通信信号与预设信号进行比较，从而滤除由干扰源产生的干扰信号。

附图说明

图1是本申请实施例中一种串口电平转换通信电路的电路图。

附图标记说明：

1、通信发送模块；2、通信接收模块；3、信号发送模块；4、信号接收模块；5、信号传输线；6、电压比较单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本实用新型的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类实用新型主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。

本申请实施例公开一种串口电平转换通信电路。参照图1，一种串口电平转换通信电路，包括通信发送模块1和通信接收模块2，通信发送模块1用于从信号发送模块3的输出接口获取低电平的通信信号，将低电平的通信信号转换为高电平的通信信号并输送于信号传输线5，通信发送模块1内形成有第一电气隔离点，第一电气隔离点用于将信号发送模块3的输出接口与信号传输线5之间电气隔离，通信接收模块2通过信号传输线5连于通信发送模块1，用于将高电平的通信信号转换为低电平的通信信号并传输于信号接收模块4的输入接口，通信接收模块2内形成有第二电气隔离点，第二电气隔离点用于将信号接收模块4的输入接口与信号传输线5之间电气隔离。

信号发送模块3与信号接收模块4分别为需要发送信号与接收信号的单片机，其工作电压通常为较低的3.3V，不同单片机之间实现通信，若传输距离在百米甚至百米以上时使用3.3V的电压信号作为传输信号，则传输信号会在传输过程中被削弱，因而需要采用高电平的通信信号传输。

上述的通信发送模块1和通信接收模块2即为完成上述通信过程必不可少电平转换功能，本申请提供的电平转换方案中采用电气隔离的方法，于通信发送模块1和通信接收模块2内均设置电气隔离点，用于将信号发送模块3的输出接口与信号传输线5之间电气隔离，并且将信号接收模块4的输入接口与信号传输线5之间电气隔离，使得用于发送和接收信号的单片机与用于传输信号的信号传输线5之间没有直接的电连接，使信号传输线5路成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统，以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了信号传输过程的可靠性。

具体的，不同实施例中，上述通信发送模块1可以由不同元件组成，用以实现不同的电气隔离结构，本申请针对信号发送模块3的电气隔离结构具体但非限定地提供一种方案，通信发送模块1包括第一发光二极管LED1、第一光敏三极管RL1和第二光敏三极管RL2，第一发光二极管LED1的正极连于信号发送模块3的输出接口，负极连接地线，用于输出第一光信号，第一光敏三极管RL1用于接收第一光信号，集电极连于高于信号发送模块3输出电平的高电平电源，发射极形成有信号输出点，第二光敏三极管RL2用于接收第一光信号，集电极连接地线，发射极连于信号输出点，其中，信号输出点形成通信发送模块1的输出端；第一光敏三极管RL1的基极与第二光敏三极管RL2的基极相连。

当有需要传输信号时，第一发光二极管LED1能够获取由信号发送模块3的输出接口传输的待传输信号，并能够基于接收到的待传输信号输出第一光信号，随后，第一光敏三极管RL1和第二光敏三极管RL2将接收到上述第一光信号并导通，第一光敏三极管RL1与第二光敏三极管RL2能够将高于信号发送模块3输出电平的高电平电源与地线连通，因而连接于上述第一光敏三极管RL1发射极的信号输出点将输出高于信号发送模块3输出电平的高电平，并将高电平的电压信号用于通信传输。

由于上述的第一发光二极管LED1与光敏三极管之间通过光信号进行通信，因此信号发送模块3与信号传输线5之间没有电连接，能够防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了信号传输过程的可靠性。

当不需要传输信号时，第一发光二极管LED1无法发出上述第一光信号，因而上述的第一光敏三极管RL1和第二光敏三极管RL2关断，并且上述的高电平电源与地线之间无法导通，因此，上述信号输出点电平为0，此时没有信号传输。

对应地，不同实施例中，上述通信接收模块2可以由不同元件组成，用以实现不同的电气隔离结构，并且信号接收模块4与上述的信号发送模块3实现电气隔离的元件组成可以相同，也可以不同，本申请针对信号接收模块4的电气隔离结构具体但非限定地提供一种方案，通信接收模块2包括第二发光二极管LED2、第三光敏三极管RL3和第四光敏三极管RL4，第二发光二极管LED2的正极用于接收经信号传输线5发送的通信信号并输出第二光信号，负极连接地线，第三光敏三极管RL3用于接收第二光信号，集电极连于低于信号传输线5传输电平的低电平电源，发射极形成有信号输入点，第四光敏三极管RL4用于接收第二光信号，集电极连接地线，发射极连于信号输入点，其中，信号输入点形成通信接收模块2的输出端，第三光敏三极管RL3的基极与第四光敏三极管RL4的基极相连。

当有需要传输信号时，第二发光二极管LED2能够接收由信号发送的线传输的通信信号，并能够基于接收到的通信信号输出第二光信号，随后，第三光敏三极管RL3和第四光敏三极管RL4将接收到上述第二光信号并导通，第三光敏三极管RL3与第四光敏三极管RL4能够将低于通信信号电平的低电平电源与地线连通，因此，连接于上述第三光敏三极管RL3发射极的信号输入点将输出低于通信信号电平的低电平信号，用以将通信信号传输于信号接收模块4，完成信号的电平转换与传输过程。

由于上述的第二发光二极管LED2与光敏三极管之间通过光信号进行通信，因此信号传输线5与信号接收模块4之间没有电连接，能够防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了信号传输过程的可靠性。

当不需要传输信号时，第二发光二极管LED2无法发出上述第二光信号，因而上述的第三光敏三极管RL3和第四光敏三极管RL4关断，并且上述的低电平电源与地线之间无法导通，因此，上述信号输入点电平为0，此时没有信号传输。

在实际应用中，可以采用型号为TLP250的芯片完成上述方案，具体的，对于通信发送模块1，将TLP250芯片的2脚连于上述信号发送模块3的输出端，3脚连接地线，1脚和4脚空置，5脚连接地线，6脚与7脚均连接于上述信号输出点，8脚连接上述高电平电源；对于通信接收模块2，将TLP250芯片的2脚连于上述信号传输线5的输出端，3脚连接地线，1脚和4脚空置，5脚连接地线，6脚与7脚均连接于上述信号输入点，8脚连接上述低电平电源。

针对上述的方案，由于信号传输线5较长，长距离通信将会收到感应电压的干扰，本申请具体但非限定地提出一种方案，通信发送模块1还包括第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2，第一钳位二极管D1的正极连于信号输出点，负极连于输出电平高于信号发送模块3输出电平的高电平电源，第二钳位二极管D2的负极连于信号输出点，正极连接地线。钳位二极管能够于电路中限制电压，从而起到增强抗干扰能力的作用，上述的第一钳位二极管D1连接于信号输出点与高电平电源之间，第二钳位二极管D2连接于地线与信号输出点之间，用以减小感应电压的干扰。

另外，由于远距离传输使用的信号传输线5较长，信号在传输过程中容易受到外界干扰产生较小的电压信号，进而使得通信信号电平为0时，信号接收模块4仍会接收到干扰源产生的信号，因此，为滤除长距离通信产生的干扰信号，本申请另外提出一种方案，通信接收模块2的输入端连接有电压比较单元，电压比较单元用于从信号传输线5获取通信信号并比较获取到的通信信号与预设信号，基于比较结果向通信接收模块2传输经过抗干扰处理的通信信号，从而滤除由干扰源产生的干扰信号。

针对上述方案，在不同实施例中，电压比较单元可以由不同的元件构成，但凡能够起到滤除干扰信号的作用即可，作为示例的，电压比较单元包括电压比较器OA1，电压比较器OA1的同相输入端用于从信号传输线5获取通信信号，电压比较器OA1的反相输入端用于获取预设电平信号，电压比较器OA1的输出端连于通信接收模块2。在具体的实施过程中，当通信信号大于预设信号时，上述的电压比较器OA1输出高电平；反之，当通信信号小于预设信号时，上述的电压比较器OA1输出低电平，因此，由干扰源产生的通信信号将不会被传输至上述的信号接收模块4，有效地滤除了通信电路中由于信号传输线5长而产生的感应电压干扰信号。作为补充的，上述电压比较器OA1可以采用LM393。

为减小感应电压的干扰，电压比较单元还可以包括第三钳位二极管D3，第三钳位二极管D3的正极连接地线，负极连于信号传输线5。

针对上述方案，在不同的实施例中，预设信号可以由不同的方式产生，本申请具体但非限定地提出一种方案，电压比较单元还包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1连接于电源VCC，第二分压电阻R2的一端连于第一分压电阻R1，另一端连接地线，第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间形成有分压输出点，分压输出点连于电压比较器OA1的反相输入端。第一分压电阻R1与第二分压电阻R2之间的分压输出点输出的电压信号即为上述的预设信号，使用者能够根据实际使用情况，通过调整第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的阻值调整预设信号。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种串口电平转换通信电路，其特征在于，包括：

通信发送模块(1)，用于从信号发送模块(3)的输出接口获取低电平的通信信号，将低电平的通信信号转换为高电平的通信信号并输送于信号传输线(5)，所述通信发送模块(1)内形成有第一电气隔离点，所述第一电气隔离点用于将信号发送模块(3)的输出接口与信号传输线(5)之间电气隔离；

通信接收模块(2)，通过信号传输线(5)连于所述通信发送模块(1)，用于将高电平的通信信号转换为低电平的通信信号并传输于信号接收模块(4)的输入接口，所述通信接收模块(2)内形成有第二电气隔离点，所述第二电气隔离点用于将信号接收模块(4)的输入接口与信号传输线(5)之间电气隔离。

2.根据权利要求1所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述通信发送模块(1)包括：

第一发光二极管LED1，正极连于信号发送模块(3)的输出接口，负极连接地线，用于输出第一光信号；

第一光敏三极管RL1，用于接收第一光信号，集电极连于高于信号发送模块(3)输出电平的高电平电源，发射极形成有信号输出点；

第二光敏三极管RL2，用于接收第一光信号，集电极连接地线，发射极连于所述信号输出点；

其中，所述信号输出点形成所述通信发送模块(1)的输出端；所述第一光敏三极管RL1的基极与所述第二光敏三极管RL2的基极相连。

3.根据权利要求1所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述通信接收模块(2)包括：

第二发光二极管LED2，正极用于接收经信号传输线(5)发送的通信信号并输出第二光信号，负极连接地线；

第三光敏三极管RL3，用于接收第二光信号，集电极连于低于信号传输线(5)传输电平的低电平电源，发射极形成有信号输入点；

第四光敏三极管RL4，用于接收第二光信号，集电极连接地线，发射极连于所述信号输入点；

其中，所述信号输入点形成所述通信接收模块(2)的输出端，所述第三光敏三极管RL3的基极与所述第四光敏三极管RL4的基极相连。

4.根据权利要求2所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述通信发送模块(1)还包括：

第一钳位二极管D1，正极连于所述信号输出点，负极连于输出电平高于信号发送模块(3)输出电平的高电平电源；

第二钳位二极管D2，负极连于所述信号输出点，正极连接地线。

5.根据权利要求1所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述通信接收模块(2)的输入端连接有电压比较单元，所述电压比较单元用于从信号传输线(5)获取通信信号并比较获取到的通信信号与预设信号，基于比较结果向所述通信接收模块(2)传输经过抗干扰处理的通信信号。

6.根据权利要求5所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述电压比较单元包括电压比较器OA1，所述电压比较器OA1的同相输入端用于从信号传输线(5)获取通信信号，所述电压比较器OA1的反相输入端用于获取预设电平信号，所述电压比较器OA1的输出端连于所述通信接收模块(2)。

7.根据权利要求6所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述电压比较单元还包括：

第一分压电阻R1，连接于电源VCC；

第二分压电阻R2，一端连于所述第一分压电阻R1，另一端连接地线；

其中，所述第一分压电阻R1与所述第二分压电阻R2之间形成有分压输出点，所述分压输出点连于所述电压比较器OA1的反相输入端。

8.根据权利要求7所述的串口电平转换通信电路，其特征在于，所述电压比较单元还包括第三钳位二极管D3，所述第三钳位二极管D3的正极连接地线，负极连于信号传输线(5)。

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