專利名稱：一種二總線通信接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二總線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二總線通信接口電路。
背景技術(shù)：
在需要對分散分布于不同位置的各種環(huán)境變量進行實施數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的領(lǐng)域， 常采用二總線通信技術(shù)進行通信數(shù)據(jù)的傳輸，因需要采集和監(jiān)控的現(xiàn)場環(huán)境的各個位置之間的距離比較遠時，二總線的通信方式可極大地節(jié)約通信的布線本。另外，為節(jié)約通信布線成本，分散設(shè)置于數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場不同位置的各個數(shù)據(jù)采集器的電源也是通過二總線的線纜由數(shù)據(jù)采集主機提供。而現(xiàn)有的二總線通信方案尚具有以下不足之處1，通信線材的二芯線通常是室外布線且布線距離較遠，對雷擊或其它電力線路的串入，不能保證各個通信節(jié)點設(shè)備的安全；2，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)采集主機的通信信號發(fā)射和接受接口電路的設(shè)計較為簡陋，使得其通信信號的傳輸質(zhì)量不高，其信道容量難以實現(xiàn)2000米左右的信號傳輸且支持數(shù)據(jù)采集器的數(shù)目也難以達到200個。3，每個數(shù)據(jù)采集器電源由外部供電，其材料和人工成本高，特別在供電困難的地方。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明提出一種改善了信道容量和設(shè)備安全性的二總線通信接口電路。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種二總線通信接口電路，包括一主機單元和多個從機單元，所述的主機單元通過二芯線連接各個從機單元，其中
所述的主機單元包括微控制器處理電路、通信信號發(fā)送電路、通信信號接收電路、通信線路保護電路和通信線路供電源，其中，所述的通信信號發(fā)送電路的輸入端接所述微控制器處理電路的碼電平輸出端口，其輸出端一端接所述的通信線路供電源，另一端接于所述二芯線的第一支，所述的通信信號接收電路的輸入端接所述二芯線的第二支，其輸出端接所述微控制器處理電路的碼電平輸入端，所述的通信線路保護電路是接于所述二芯線上的共模、差模保護電路和過流保護電路；
所述的從機單元包括極性變換電路、穩(wěn)壓電源、通信信號接收電路、通信信號發(fā)送電路、微控制器處理電路和傳感信號采集電路，其中，所述的極性變換電路的輸入端接所述二芯線的兩支，其輸出的負端接地，其輸出的正端分別和所述穩(wěn)壓電路的輸入端、通信信號發(fā)送電路的輸出端以及通信信號接收電路的輸入端并聯(lián)連接，所述通信信號發(fā)送電路的輸入端接所述微控制器處理電路的碼信號輸出端，所述通信信號接收電路的輸出端接所述微控制器處理電路的碼信號輸入端，所述的傳感信號采集電路輸出端接于所述微控制器處理電路的數(shù)據(jù)采集端口。進一步的，所述主機單元的通信信號發(fā)送電路，包括碼整形電路和功率信號輸出電路，所述的碼整形電路是一施密特觸發(fā)電路，所述的功率信號輸出電路是一 MOS管開關(guān)電路，所述施密特觸發(fā)電路的輸入端接微控制器處理電路的碼信號輸出端，其輸出端接所述MOS管開關(guān)電路的輸入端，該MOS管開關(guān)電路的MOS管的源極和漏極的一端接所述的通信線路供電源，另一端接于所述二芯線的第一支。更進一步的，所述功率信號輸出電路的MOS管開關(guān)電路，還包括一MOS開關(guān)管電壓鉗位電路，該MOS開關(guān)管電壓鉗位電路包括達林頓三極管Q5、穩(wěn)壓二極管D2、二極管D3和電阻R5，其中，所述達林頓三極管Q5的發(fā)射極接于所述MOS管開關(guān)電路中MOS管的漏極，其發(fā)射極通過二極管D3接于所述MOS管的源級，其基極通過電阻R5接地，所述的穩(wěn)壓二極管 D2的正極接達林頓三極管Q5的集電極，其負極接達林頓三極管Q5的基極。進一步的，所述主機單元的通信信號發(fā)送電路，還包括一 MOS管開關(guān)電路，該MOS 管開關(guān)電路的控制端接所述微控制器處理電路的通信信號發(fā)送電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述通信信號發(fā)送電路的輸出端，另一端接于所述的通信線路供電源。進一步的，所述主機單元的通信信號接收電路包括電阻取樣電路、信號放大電路、信號判別電路和信號整形電路，其中，所述的電阻取樣電路的輸入端接所述二芯線的第二支，其輸出端接所述信號放大電路的輸入端，該信號放大電路的輸出端接所述信號判別電路的輸入端，該信號判別電路的輸出端接所述信號整形電路的輸入端，該信號整形電路的輸出端接所述微控制器處理電路的碼電平輸入端口。更進一步的，所述主機單元的通信信號接收電路還包括一 MOS管開關(guān)電路，該MOS 管開關(guān)電路的控制端接所述微控制器處理電路的通信信號接收電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述二芯線的第二支，另一端接所述電阻取樣電路的輸入端。進一步的，所述通信線路保護電路的過流保護電路，包括三極管Q6-Q7、二極管 D6-D7、電阻R6-R12、電容Cl，其中，所述的電阻R7串聯(lián)接于所述二芯線的第一支，所述的三極管Q6的基極通過電阻R6接所述電阻R7的一端，該三極管的發(fā)射極接所述電阻R7的另一端，其集電極串聯(lián)電阻R8、二極管D6后接所述電容Cl的一端，所述二芯線的另一支串聯(lián)所述的二極管D7、二極管D8和電阻R12后接所述二極管D6的正極，所述電容Cl的另一端接地，所述三極管Q7的基極通過電阻R9接所述電容Cl的一端，其發(fā)射極接地，其集電極通過電阻Rll接于供電源，所述電阻RlO并聯(lián)接于三極管Q7的基極和發(fā)射極，該三極管的集電極接所述微控制器處理電路的過流信號輸入端。進一步的，所述從機單元的極性變換電路是一整流橋。進一步的，所述從機單元的通信信號發(fā)送電路包括三極管Q8、電阻R13-R15、二極管D8、電容C2，其中所述三極管Q8的集電極通過電阻R13接所述極性變換電路的輸出正端，其發(fā)射極接地，其基極串聯(lián)所述的二極管D8、電阻R14后接所述微控制器處理電路的碼信號輸出端，所述的電容C2并聯(lián)接于電阻R14的兩端，所述電阻R15并聯(lián)接于三極管Q8的基極和發(fā)射極。更進一步的，所述從機單元的通信信號接收電路包括電容C3-C4、電阻R16-R19、 二極管D9、三極管Q9，其中，所述電容C3的一端接所述通信信號發(fā)送電路中三極管Q8的集電極，另一端依次串聯(lián)所述的電阻R16和電容C4后接地，該電阻R16和電容C4的連接點接所述三極管Q9的基極并通過電阻R17接供電源，所述二極管D9并聯(lián)接于電阻R17的兩端，所述三極管Q9的發(fā)射極接地，其集電極通過電阻RlO接供電源并通過電阻R19接所述微控制器處理電路的碼信號輸入端。本發(fā)明通過采用上述技術(shù)方案，具有的有益效果是1，通過在主機單元的二芯線設(shè)置共模、差模和過流保護電路，對雷擊或其它電力線路的串入，也能夠保證各個通信節(jié)點設(shè)備的安全；2，通過對主機單元和從機單元的通信信號接收電路和通信信號發(fā)送電路的改進方案，提高了通信信號的傳輸質(zhì)量，其信道容量可實現(xiàn)2000米的遠距離信號傳輸且其支持數(shù)據(jù)采集器的數(shù)目也可達到200個。


圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實施例的電路原理圖。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。如附圖1所示的本發(fā)明的二總線通信接口電路，包括一主機單元1和多個從機單元2，所述的主機單元1通過二芯線L+和L-連接各個從機單元2，其中
所述的主機單元1包括微控制器處理電路101、通信信號發(fā)送電路102、通信信號接收電路103、通信線路保護電路104和通信線路供電源105，其中，所述的通信信號發(fā)送電路 102的輸入端接所述微控制器處理電路101的碼電平輸出端口，其輸出端一端接所述的通信線路供電源105，另一端接于所述二芯線的第一支芯線L+，所述的通信信號接收電路103 的輸入端接所述二芯線的第二支芯線L-，其輸出端接所述微控制器處理電路101的碼電平輸入端，所述的通信線路保護電路104是接于所述二芯線上的共模、差模保護電路和過流保護電路104A。所述的從機單元2包括極性變換電路201、穩(wěn)壓電源202、通信信號接收電路 203、通信信號發(fā)送電路204、微控制器處理電路205和傳感信號采集電路206，其中，所述的極性變換電路201的輸入端接所述二芯線L+和L-兩支，其輸出的負端接地，其輸出的正端分別和所述穩(wěn)壓電路202的輸入端、通信信號發(fā)送電路204的輸出端以及通信信號接收電路203的輸入端并聯(lián)連接，所述通信信號發(fā)送電路204的輸入端接所述微控制器處理電路 205的碼信號輸出端，所述通信信號接收電路203的輸出端接所述微控制器處理電路205的碼信號輸入端，所述的傳感信號采集電路206輸出端接于所述微控制器處理電路205的數(shù)據(jù)采集端口。進一步的，所述主機單元1的通信信號發(fā)送電路102，包括碼整形電路和功率信號輸出電路，所述的碼整形電路是一施密特觸發(fā)電路，所述的功率信號輸出電路是一 MOS 管開關(guān)電路，所述施密特觸發(fā)電路的輸入端接微控制器處理電路101的碼信號輸出端，其輸出端接所述MOS管開關(guān)電路的輸入端，該MOS管開關(guān)電路的MOS管的源極和漏極的一端接所述的通信線路供電源105，另一端接于所述二芯線的第一支芯線L+。更進一步的，所述功率信號輸出電路的MOS管開關(guān)電路，還包括一MOS開關(guān)管電壓鉗位電路102A，該MOS開關(guān)管電壓鉗位電路102A包括達林頓三極管Q5、穩(wěn)壓二極管D2、 二極管D3和電阻R5，其中，所述達林頓三極管Q5的發(fā)射極接于所述MOS管開關(guān)電路中MOS 管的漏極，其發(fā)射極通過二極管D3接于所述MOS管的源級，其基極通過電阻R5接地，所述的穩(wěn)壓二極管D2的正極接達林頓三極管Q5的集電極，其負極接達林頓三極管Q5的基極。進一步的，所述主機單元1的通信信號發(fā)送電路102，還包括一開關(guān)電路102B，該開關(guān)電路102B是一 MOS管開關(guān)電路，該MOS管開關(guān)電路的控制端接所述微控制器處理電路 101的通信信號發(fā)送電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述通信信號發(fā)送電路102的輸出端，另一端接于所述的通信線路供電源105。進一步的，所述主機單元1的通信信號接收電路103包括電阻取樣電路、信號放大電路、信號判別電路和信號整形電路，其中，所述的電阻取樣電路的輸入端接所述二芯線的第二支芯線L-，其輸出端接所述信號放大電路的輸入端，該信號放大電路的輸出端接所述信號判別電路的輸入端，該信號判別電路的輸出端接所述信號整形電路的輸入端，該信號整形電路的輸出端接所述微控制器處理電路101的碼電平輸入端口。更進一步的，所述主機單元1的通信信號接收電路還包括一 MOS管開關(guān)電路1(X3B， 該MOS管開關(guān)電路10 的控制端接所述微控制器處理電路101的通信信號接收電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述二芯線的第二支芯線L-，另一端接所述電阻取樣電路的輸入端。進一步的，所述通信線路保護電路的過流保護電路104A，包括三極管Q6-Q7、二極管D6-D7、電阻R6-R12、電容Cl，其中，所述的電阻R7串聯(lián)接于所述二芯線的第一支芯線 L+，所述的三極管Q6的基極通過電阻R6接所述電阻R7的一端，該三極管的發(fā)射極接所述電阻R7的另一端，其集電極串聯(lián)電阻R8、二極管D6后接所述電容Cl的一端，所述二芯線的另一支L-串聯(lián)所述的二極管D7、二極管D8和電阻R12后接所述二極管D6的正極，所述電容Cl的另一端接地，所述三極管Q7的基極通過電阻R9接所述電容Cl的一端，其發(fā)射極接地，其集電極通過電阻Rll接于5V的供電源，所述電阻RlO并聯(lián)接于三極管Q7的基極和發(fā)射極，該三極管的集電極接所述微控制器處理電路101的過流信號輸入端。進一步的，所述從機單元2的極性變換電路201是一整流橋。進一步的，所述從機單元2的通信信號發(fā)送電路204包括三極管Q8、電阻 R13-R15、二極管D8、電容C2，其中所述三極管Q8的集電極通過電阻R13接所述極性變換電路201的輸出正端，其發(fā)射極接地，其基極串聯(lián)所述的二極管D8、電阻R14后接所述微控制器處理電路205的碼信號輸出端，所述的電容C2并聯(lián)接于電阻R14的兩端，所述電阻R15 并聯(lián)接于三極管Q8的基極和發(fā)射極。更進一步的，所述從機單元2的通信信號接收電路203包括電容C3-C4、電阻 R16-R19、二極管D9、三極管Q9，其中，所述電容C3的一端接所述通信信號發(fā)送電路204中三極管Q8的集電極，另一端依次串聯(lián)所述的電阻R16和電容C4后接地，該電阻R16和電容 C4的連接點接所述三極管Q9的基極并通過電阻R17接供電源，所述二極管D9并聯(lián)接于電阻R17的兩端，所述三極管Q9的發(fā)射極接地，其集電極通過電阻RlO接供電源并通過電阻 R19接所述微控制器處理電路205的碼信號輸入端。該二總線通信接口電路中的熔斷型保險絲Fl、F2和自恢復(fù)保險絲F3為過流保護器件，對共模電壓差模電壓的過流起保護作用。T1、T2、T3為玻璃放電管對高壓信號進行箝位，D12、D13、D14為雙向TVS管對超限低壓信號進行箝位，R23為壓敏電阻，R20、R27、R47 為限流電阻，R7為芯片L+的電流檢測電阻，當(dāng)電流超過IA時，三極管Q6輸出電壓到三極管Q7，三極管Q7導(dǎo)通輸出低電平到單片機U8的檢測端P0. 2，單片機的P0. 4輸?shù)碗娖降饺龢O管Q3，經(jīng)過三極管Q3反相后變?yōu)楦唠娖娇刂芉4 (IRF9530)關(guān)斷芯線L+輸出。似6為信號和電流釆樣電阻，當(dāng)電流超過IA時，輸出電壓經(jīng)二極管D7箝位后送到三極管Q7，三極管 Q7導(dǎo)通輸出低電平到單片機U8的檢測端P0. 2，單片機的P0. 3輸高電平到三級管Q13，控制 Q12 (IRF630)關(guān)斷芯線L-輸出。當(dāng)過流關(guān)斷自保時，單片機每隔2秒開關(guān)斷5毫秒，檢測過流是否消失，當(dāng)過流消失時，二總線恢復(fù)輸出。微控制器處理電路101的單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)U2B74HC14和三極管Ql控制三極管Q2 (IRF9530)的通斷，形成脈沖信號。三級管Q5 輸出電壓大約為VDD-5V，經(jīng)隔離二極管D3與脈沖信號合并，形成在VDD-5V上的脈沖信號。 為了提高給傳感信號采集電路的電壓，不發(fā)數(shù)據(jù)時三極管Q2導(dǎo)通輸出電源電壓VDD給傳感信號采集電路。經(jīng)釆樣電阻似6取出脈沖電流信號經(jīng)隔直電容C13送到運放U2、U3，經(jīng)運放二級同相放大后進入比較器U4形成脈沖信號，再經(jīng)過74HC14芯片U5進行整形后送到單片機U8的P0. 0解碼。 盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種二總線通信接口電路，包括一主機單元和多個從機單元，所述的主機單元通過二芯線連接各個從機單元，其特征在于所述的主機單元包括微控制器處理電路、通信信號發(fā)送電路、通信信號接收電路、通信線路保護電路和通信線路供電源，其中，所述的通信信號發(fā)送電路的輸入端接所述微控制器處理電路的碼電平輸出端口，其輸出端一端接所述的通信線路供電源，另一端接于所述二芯線的第一支，所述的通信信號接收電路的輸入端接所述二芯線的第二支，其輸出端接所述微控制器處理電路的碼電平輸入端，所述的通信線路保護電路是接于所述二芯線上的共模、差模保護電路和過流保護電路；所述的從機單元包括極性變換電路、穩(wěn)壓電源、通信信號接收電路、通信信號發(fā)送電路、微控制器處理電路和傳感信號采集電路，其中，所述的極性變換電路的輸入端接所述二芯線的兩支，其輸出的負端接地，其輸出的正端分別和所述穩(wěn)壓電路的輸入端、通信信號發(fā)送電路的輸出端以及通信信號接收電路的輸入端并聯(lián)連接，所述通信信號發(fā)送電路的輸入端接所述微控制器處理電路的碼信號輸出端，所述通信信號接收電路的輸出端接所述微控制器處理電路的碼信號輸入端，所述的傳感信號采集電路輸出端接于所述微控制器處理電路的數(shù)據(jù)采集端口。
2.如權(quán)利要求1所述的二總線通信接口電路，其特征在于所述主機單元的通信信號發(fā)送電路，包括碼整形電路和功率信號輸出電路，所述的碼整形電路是一施密特觸發(fā)電路，所述的功率信號輸出電路是一 MOS管開關(guān)電路，所述施密特觸發(fā)電路的輸入端接微控制器處理電路的碼信號輸出端，其輸出端接所述MOS管開關(guān)電路的輸入端，該MOS管開關(guān)電路的MOS管的源極和漏極的一端接所述的通信線路供電源，另一端接于所述二芯線的第一支。
3.如權(quán)利要求2所述的二總線通信接口電路，其特征在于所述功率信號輸出電路的 MOS管開關(guān)電路，還包括一 MOS開關(guān)管電壓鉗位電路，該MOS開關(guān)管電壓鉗位電路包括達林頓三極管Q5、穩(wěn)壓二極管D2、二極管D3和電阻R5，其中，所述達林頓三極管Q5的發(fā)射極接于所述MOS管開關(guān)電路中MOS管的漏極，其發(fā)射極通過二極管D3接于所述MOS管的源級， 其基極通過電阻R5接地，所述的穩(wěn)壓二極管D2的正極接達林頓三極管Q5的集電極，其負極接達林頓三極管Q5的基極。
4.如權(quán)利要求1所述的二總線通信接口電路，其特征在于所述主機單元的通信信號發(fā)送電路，還包括一MOS管開關(guān)電路，該MOS管開關(guān)電路的控制端接所述微控制器處理電路的通信信號發(fā)送電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述通信信號發(fā)送電路的輸出端，另一端接于所述的通信線路供電源。
5.如權(quán)利要求1所述的二總線通信接口電路，其特征在于所述主機單元的通信信號接收電路包括電阻取樣電路、信號放大電路、信號判別電路和信號整形電路，其中，所述的電阻取樣電路的輸入端接所述二芯線的第二支，其輸出端接所述信號放大電路的輸入端， 該信號放大電路的輸出端接所述信號判別電路的輸入端，該信號判別電路的輸出端接所述信號整形電路的輸入端，該信號整形電路的輸出端接所述微控制器處理電路的碼電平輸入端□。
6.如權(quán)利要求5所述的二總線通信接口電路，其特征在于所述主機單元的通信信號接收電路還包括一 MOS管開關(guān)電路，該MOS管開關(guān)電路的控制端接所述微控制器處理電路的通信信號接收電路開關(guān)控制端，其MOS管的源級和漏極一端接所述二芯線的第二支，另一端接所述電阻取樣電路的輸入端。
7.如權(quán)利要求1所述的二總線通信電路，其特征在于所述通信線路保護電路的過流保護電路，包括三極管Q6-Q7、二極管D6-D7、電阻R6-R12、電容Cl，其中，所述的電阻R7串聯(lián)接于所述二芯線的第一支，所述的三極管Q6的基極通過電阻R6接所述電阻R7的一端， 該三極管的發(fā)射極接所述電阻R7的另一端，其集電極串聯(lián)電阻R8、二極管D6后接所述電容 Cl的一端，所述二芯線的另一支串聯(lián)所述的二極管D7、二極管D8和電阻R12后接所述二極管D6的正極，所述電容Cl的另一端接地，所述三極管Q7的基極通過電阻R9接所述電容Cl 的一端，其發(fā)射極接地，其集電極通過電阻Rll接于供電源，所述電阻RlO并聯(lián)接于三極管 Q7的基極和發(fā)射極，該三極管的集電極接所述微控制器處理電路的過流信號輸入端。
8.如權(quán)利要求1所述的二總線通信電路，其特征在于所述從機單元的極性變換電路是一整流橋。
9.如權(quán)利要求1所述的二總線通信電路，其特征在于所述從機單元的通信信號發(fā)送電路包括三極管Q8、電阻R13-R15、二極管D8、電容C2，其中所述三極管Q8的集電極通過電阻R13接所述極性變換電路的輸出正端，其發(fā)射極接地，其基極串聯(lián)所述的二極管D8、電阻R14后接所述微控制器處理電路的碼信號輸出端，所述的電容C2并聯(lián)接于電阻R14的兩端，所述電阻R15并聯(lián)接于三極管Q8的基極和發(fā)射極。
10.如權(quán)利要求9所述的二總線通信電路，其特征在于所述從機單元的通信信號接收電路包括電容C3-C4、電阻R16-R19、二極管D9、三極管Q10，其中，所述電容C3的一端接所述通信信號發(fā)送電路中三極管Q8的集電極，另一端依次串聯(lián)所述的電阻R16和電容C4后接地，該電阻R16和電容C4的連接點接所述三極管QlO的基極并通過電阻R17接供電源， 所述二極管D9并聯(lián)接于電阻R17的兩端，所述三極管QlO的發(fā)射極接地，其集電極通過電阻RlO接供電源并通過電阻R19接所述微控制器處理電路的碼信號輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及二總線通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的二總線通信接口電路，包括一主機單元和多個從機單元，主機單元通過二芯線連接各個從機單元。所述的主機單元包括微控制器處理電路、通信信號發(fā)送電路、通信信號接收電路、通信線路保護電路和通信線路供電源；所述的從機單元包括極性變換電路、穩(wěn)壓電源、通信信號接收電路、通信信號發(fā)送電路、微控制器處理電路和傳感信號采集電路。本發(fā)明通過在主機單元的二芯線設(shè)置共模、差模和過流保護電路，對雷擊或其它電力線路的串入，也能夠保證各個通信節(jié)點設(shè)備的安全；通過對主機單元和從機單元的通信信號接收電路和通信信號發(fā)送電路的電路細節(jié)的改進，提高了通信信號的傳輸質(zhì)量。
文檔編號G08C19/00GK102324179SQ20111012904
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者傅錦青 申請人:福建省萬華電子科技有限公司