专利名称：光耦隔离多机串行通讯模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计算机接口部件，更确切地说是涉及一种单片机串行通信中的电流环串行接口电路模块。
20mA电流环路(以下简称电流环)串行接口是一种计算机串行通讯中广泛使用的接口电路。电流环串行通讯接口的结构如
图1所示，由计算机10侧RT的发送+、发送-与终端20侧的接收放大器负载RL或感测器连接构成20mA输出电流回路，和由计算机10侧接收放大器负载RL的接收十、接收-与终端20侧RT连接构成的20mA输入电流回路组成。当发送数据时，根据控制信号的逻辑1、0状态，有规律地使回路形成通、断状态，如图中开关K所示。
该电流环的最大优点是低阻传输线对电气噪声不敏感，适合长距离传送，其缺点是信号通信是点对点，不能做到多机通讯；不能保证信号发送与接收的一致；没有自诊断功能。
我们在实际工作中，往往需要作多机通讯，即多个单片机间的通信，需要用电流环构成网路，并且要保证数据传输的准确，迫切需要重新设计一种电流环串行接口电路。
本实用新型的目的是设计一种光耦隔离多机串行通讯模块，连接于通讯线路与每一通讯单元间，可实现通讯线路与各通讯单元间的隔离和完成多个通讯单元之间的半双工通讯，通讯单元间实时通讯时，可以实现自发自收进行自检。
本实用新型的光耦隔离多机串行通讯模块，连接于通讯线路与每一通讯单元的串行数据发送、接收端间，通讯线路包括一电源线、一地线和一信号传输线，其特征在于所述的模块由一串行信号发送隔离变换电路、一电子开关、一串行信号接收隔离变换电路和一线路电流检测电路连接构成；所述的串行信号发送隔离变换电路接所述通讯单元的串行数据发送端，串行信号发送隔离变换电路输出连接电子开关信号输入端及线路电流检测电路输入端，电子开关的信号输出端接所述的信号传输线及串行信号接收隔离变换电路输入端，串行信号接收隔离变换电路输出端连接所述的通讯单元的串行数据接收端，电子开关的开关控制端接通讯单元的一控制信号输出端，线路电流检测电路输出端接通讯单元的一控制信号输入端。
所述的串行信号发送隔离变换电路由晶体管输入开关电路、光电隔离电路和VM0S单管压控电流电路顺序连接构成。
所述的串行信号接收隔离变换电路由光电隔离电路连接电压比较放大电路构成。
所述的线路电流检测电路由电流采样电路、电压比较器、光电隔离电路和放大电路顺序连接构成。
所述的电子开关是一由晶体管驱动的继电器电路。
所述各模块的电源线与信号传输线间跨接有上拉电阻。
初始化时，所有通讯单元与电子开关控制端连接的控制信号输出端的逻辑状态使电子开关常开触点处于接通状态，信号传输线通过电子开关与串行信号发送隔离变换电路及与串行信号接收隔离变换电路连接；当线路空闲时，所有通讯单元的串行数据发送端均为1电平，串行信号发送隔离变换电路通过电子开关使信号传输线保持“ 1”电平，信号传输线的高电平又使串行信号接收隔离变换电路的串行数据接收端保持高电平；某一通信单元要发送时，其串行数据发送端的高、低电平状态通过电子开关使信号传输线上电平跟随同步变化，且由其串行信号接收隔离变换电路通过通讯单元的串行数据接收端实现自发自收功能，而其余通讯单元则处于接收状态，其串行信号接收隔离变换电路的串行数据接收端跟随信号传输线上的电平同步变化，实现多机串行通讯；线路电流检测电路检测到故障时，及时通过通讯单元的控制信号输入端通知通讯单元，迅速通过其控制信号输出端命令电子开关的常闭触点断开，使有故障的通讯单元与线路脱离，以保障其余通讯单元间的正常通讯。
下面结合实施例附图进一步说明本实用新型的技术图1电流环串行通讯接口结构示意图图2光耦隔离多机串行通讯模块原理框图图3光耦隔离多机串行通讯模块电原理图图1说明前已述及不再赘述。
参见图2，图中示出两个通讯模块的结构及其与线路的连接，每一通讯模块均由四大功能部件组成，包括串行信号发送隔离变换电路50、电子开关40、串行信号接收隔离变换电路30和网线电流检测电路60。其中串行信号发送隔离变换电路50由晶体管输入开关电路503、光电隔离电路502和VM0S单管压控电流电路501顺序连接构成，串行信号接收隔离变换电路30由光电隔离电路302和电压比较放大电路301连接构成，网线电流检测电路60由电流采样电路601、电压比较器602、光电隔离电路603和放大电路604顺序连接构成。
各通讯模块的TXD、RXD、P1.1、P1.0分别连接相应通讯单元单片机70、80的同名端，各通讯模块的B端通过B信号传输线连接在一起，此外还有电源线和地线与各通讯模块的电源端，地端连接(图中未示出)。
通讯模块的发送、接收均采用光耦隔离电路，有效地消除了外界干扰，实现了通讯线路与各通讯单元的隔离。通讯线路采用普通三芯电缆，成本低，铺设方便，可完成多个通讯单元之间的半双工通讯。各通讯单元实时通讯时，可以实现自发自收进行自检，有效地避免了通讯电路的过冲和竞争现象，为可靠地进行多机通讯奠定了基础。实验表明，在通讯线路的分布电容高达0.01微法时，该通讯线路仍能可靠地工作。
参见图3，为每一通讯模块的实施电路图，通讯线路的三芯电缆分别为A、B、COM，A与C0M之间接独立的12V直流电源，A线接电源正端，COM线接电源负端。
晶体三极管V2及其外围元件连接构成晶体管输入开关电路，与光电耦合隔离电路D4、VMOS管压控电流电路V1一起连接构成串行信号发送隔离变换电路50。
晶体三极管V3及继电器KR1连接构成电子开关4D。
光电耦合隔离电路D2与电压比较放大电路D1A等连接构成串行信号接收隔离变换电路30。
电流采样电阻RB、电压比较器D3A，光电耦合隔离电路D5和放大电路D1B连接构成网线电流检测电路60。
初始化时，所有通讯模块的P1.1端都输出高电平，使继电器KR1的常开接点接通。
当线路空闲时，即所有通讯单元的串行口发射端TXD均为高电平，V2截止，高速光耦D4的发光二极管无电流流过，其三极管截止，D4的5脚为低电平，VMOS管V1截止，V1源极通过继电器KR1的常开触点与B线相连与通讯模块中的光电耦合隔离电路D2连接，使B线被拉到高电平。
由于B线为高电平，接收光耦D2的发光二极管无电流流过，其三极管截止，光耦D2的6脚为高电平，电压比较器D1A用于信号整形，其正输入端电位高于负输入端的电位，因此D1A输出即RXD，通信单元串行口接收端为高电平。
若某通讯单元要发送数据或命令，其余通讯单元只能处于接收状态。当发送通讯单元的TXD端为低电平时，V2导通，高速光耦D4的发光二极管有电流流过，其三极管导通，D4的5脚为高电平，V1导通，B线被拉到低电平状态。由于B线为低电平，本通讯模块及其余通讯模块中D2的发光二极管有电流流过，其三极管导通，D2的6脚输出低电平，电压比较器D1A的正输入端电位低于负输入端电位，D1A输出1脚为低电平，因此所有通讯单元的串行口接收端RXD均为低电平；当发送通讯单元的TXD端为高电平时，则如前所述，V2截止，B4的5脚为低电平，V1截止，B线为高电平，D2的6脚为高电平，D1A输出高电平，所有通讯单元的串行口接收端RXD均为高电平，如此完成了整个网路的串行通讯。
如果通讯协议中规定使用地址位，则可以完成单对单通讯和广播通讯的功能。由于该通讯模块自己发送的同时自己也能接收，可将接收到的数据与发送的数据相比较，如果相同则继续发送，如果不同则停止发送，使通讯网路处于空闲状态以等候主机的命令，有效地避免了通讯电路的过冲及竞争现象，保证了多机通讯的可靠性。
VMOS管V1漏极电阻R8用于V1故障时的检测，如果V1处于非发射状态，R8上无电流流过，电压比较器D3A输出为高电平，光耦D5的6脚输出高电平，电压比较器D1B的7脚输出高电平，P1.0端也为高电平；如果V1漏电超过12mA，R8上的压降大于正常值，电压比较器D3A输出低电平，光耦D5的6脚输出低电平，电压比较器D1B的7脚输出低电平，P1.0也为低电平。因此检测各通讯单元P1.0的电平状态，就可检测出非发射状态，如果P1.0为低电平，就将其P1.1由高电平变为低电平，将有故障的通讯单元与通讯网脱离，以保障其余通讯单元进行正常地通讯。
电阻R39(12O欧)为B线的上拉电阻，如果B线与COM线的分布电容为0.01微法，时间常数τ＝120×0.01＝1.2μs，如果波特率选用3OKHz，波形畸变不会超过10％。增加该上拉电阻后，增加了通讯线路的抗干扰能力，提高了通讯可靠性。
本实用新型通讯模块的光耦隔离多机串行通讯电路采用VMOS管驱动(V1)，驱动VMOS管只需电压信号，而VMOS管的电流驱动能力却很强，使一个光耦隔离多机串行通讯模块可以驱动连接在B线上的256个同样的通讯模块及其通讯单元。
权利要求1.一种光耦隔离多机串行通讯模块，连接于通讯线路与每一通讯单元的串行数据发送、接收端间，通讯线路包括一电源线、一地线和一信号传输线，其特征在于所述的模块由一串行信号发送隔离变换电路、一电子开关、一串行信号接收隔离变换电路和一线路电流检测电路连接构成；所述的串行信号发送隔离变换电路接所述通讯单元的串行数据发送端，串行信号发送隔离变换电路输出连接电子开关信号输入端及线路电流检测电路输入端，电子开关的信号输出端接所述的信号传输线及串行信号接收隔离变换电路输入端，串行信号接收隔离变换电路输出端连接所述的通讯单元的串行数据接收端，电子开关的开关控制端接通讯单元的一控制信号输出端，线路电流检测电路输出端接通讯单元的一控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的光耦隔离多机串行通讯模块，其特征在于所述的串行信号发送隔离变换电路由晶体管输入开关电路、光电隔离电路和VMOS单管压控电流电路顺序连接构成。
3.根据权利要求1所述的光耦隔离多机串行通讯模块，其特征在于所述的串行信号接收隔离变换电路由光电隔离电路连接电压比较放大电路构成。
4.根据权利要求1所述的光耦隔离多机串行通讯模块，其特征在于所述的线路电流检测电路由电流采样电路、电压比较器、光电隔离电路和放大电路顺序连接构成。
5.根据权利要求1所述的光耦隔离多机串行通讯模块，其特征在于所述的电子开关是一由晶体管驱动的继电器电路。
6.根据权利要求1所述的光耦隔离多机串行通讯模块，其特征在于所述各模块的电源线与信号传输线间跨接有上拉电阻。
专利摘要本实用新型涉及一种计算机串行通讯中的电流环串行接口电路模块，可实现通讯线路与各通讯单元间的隔离和完成多个通讯单元间的半双工通讯且在通讯时自发自收。模块连接于每一通讯单元与通讯线路间，通讯线路包括电源、地及信号传输线。模块包括与TXD连接的串行信号发送隔离变换电路、电子开关、与RXD连接的串行信号接收隔离变换电路和线路电流检测电路。电子开关受通讯单元控制，检测电路向通讯单元送发送故障信号关断电子开关。
文档编号G06F3/00GK2271729SQ96249258
公开日1997年12月31日 申请日期1996年12月25日 优先权日1996年12月25日
发明者姜长中, 王静波, 范印彩, 彭迁, 翟长勇, 赵晓东 申请人:三明物产(北京)电子有限公司