一种带有自举功能的DALI接口电路的制作方法

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一种带有自举功能的DALI接口电路的制作方法

本发明涉及一种基于数字可寻址照明接口电路,特别涉及到一种带有自举功能的DALI接口电路。



背景技术:

照明控制系统就是根据某一区域的功能、时段、室内光亮度或该区域的用途,采用计算机、通讯以及数字调光技术相结合的方法,使照明系统自动化。随着楼宇自动化和照明工业的迅速发展,以节能设计和数字控制为核心的照明控制系统将是照明市场发展的必然趋势。

数字可寻址照明接口协议DALI(Digital Addressable Lighting Interface)是国际公开规格的照明控制通信协议,通信速度为1200BPS±10%。主要用于多个荧光灯以及LED照明的调光控制,DALI可以通过最大64个短地址和16个的组地址构成网络,一个主机可以控制一个或者多个从机,以半双工方式进行通信。

DALI接口通信协议编码简单、通信可靠,其主要电气特征如下:①异步串行通信,信息传输速率1200baud/s;②半双工,双线差分驱动,数据的传送采用曼彻斯特编码方式;③通过判断DALI总线的电压差来判断电平的高低,电压差在9.5~22.5V之间为1,在-6.5—6.5V之间为0;④DALI总线电流小于250mA;⑤DALI信号的上升和下降时间为10~100μs。

DALI总线的电平与单片机的电平不同,为了完成主机与从机之间的通信,必须有接口电路来实现DALI总线和单片机之间的电平转换。接口电路是DALI系统设计的难点,主要是其必须满足DALI协议的电气特性。

DALI接口电路包含主机接口电路和从机接口电路,本申请针对从机接口电路进行改进,现有技术中,在DALI总线的通讯过程中,需要将DALI总线进行短路操作,将总线电压从高电平下拉到低电平。在操作的过程中通常使用N沟道MOS管进行短路操作。N沟道的MOS管的开启电压在2~4V之间,但由于单片机供电电压通常为3.3V,并不能有效地保证MOS管被打开。所以在现有的产品设计中电源部分需要设计出一个5V以上的电源专门对MOS管的驱动电路进行供电才能够打开MOS管。然而,该电源电路的设计导致整个电路变得复杂,成本上升,稳定性下降。



技术实现要素:

有鉴于此,有必要提供一种带有自举功能的DALI接口电路,能够解决了MOS管驱动电路的供电问题,并且可以节约陈本,也节省了电路板上的空间。

本发明是根据以下技术方案实现的:

一种带有自举功能的DALI接口电路,该DALI接口电路由一个供电电路供电,并包括一个整流模块,一个与所述整流模块电性连接的通信发射电路,以及一个与所述通信发射电路电性连接的信号输入端,所述通信发射电路包括一个MOS管Q2以及一个与所述MOS管Q2电性连接的自举电路,所述自举电路包括二极管D4、电阻R7、电阻R10、电容C11、电阻R9,二极管D4的阳极与所述供电电路的输出端电性连接,二极管D4的阴极与电阻R7的一端相连,电容C11与电阻R9串联连接再与电阻R10并联连接,电阻R10的一端与电阻R7的另一端连接,电阻R10的另一端接地,所述MOS管Q2的栅极电性连接在电阻R7与电阻R10之间,所述整流模块的输出端与所述MOS管Q2的漏极相连,所述MOS管Q2的源极接地,所述信号输入端电性连接在电容C11与电阻R9之间。

进一步地,所述自举电路还包括电容C10,所述电容C10的一端电性连接在所述MOS管Q2的栅极,电容C10的另一端接地。

进一步地,该DALI接口电路还包括与所述整流模块电性连接的通信接收电路以及一个与所述通信接收电路电性连接的信号接收端,所述通信接收电路包括二极管D3、电阻R5、电阻R6、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3,其中,二极管D3的阳极与所述整流模块的输出端相连,二极管D3的阴极与电阻R5的一端相连,电阻R5的另一端与电阻R6的一端以及MOS管Q1的栅极相连,所述MOS管Q1的源极与电阻R6的另一端相连并接地,电阻R2的一端连接供电电路的输出端,电阻R2的另一端与电阻R3的一端以及MOS管Q1的漏极相连,电阻R3的另一端与信号接收端相连。

进一步地,该DALI接口电路还包括与所述通信接收电路以及所述通信发射电路电性连接的MCU处理器,所述MCU处理器控制MOS管Q2导通或者截止,将DALI总线的方波差分信号进行处理,将处理后的DALI数字信号输出。

进一步地,所述供电电路分别与所述整流模块以及所述MCU处理器电性连接,所述供电电路将输入电压转换为输出电压,通过转换后的输出电压给所述MCU处理器供电。

进一步地,所述的MCU处理器为MSP430FR2032型号。

进一步地,所述供电电路包括电压整形电路以及电压转换电路,所述电压整形电路的一端与所述整流模块的输出端相连,所述电压整形电路的另一端与所述电压转换电路的一端相连,所述电压转换电路的另一端与所述MCU处理器相连。

进一步地,所述电压整形电路包括电容D1、压敏电阻FV1、电容C2、电容C3,其中电容C2与电容C3并联连接,9-18V的供电端与二极管D1的阳极以及压敏电阻FV1的一端连接,二极管D1的阴极与电容C2一端连接;所述电压转换电路包括电源芯片、电容C1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R4、电容C4、电容C5、电容C6,其中,电容C3一端连接到电源芯片的4引脚和5引脚,另一端连接电源芯片的2引脚并接地,电源芯片的1引脚通过电容C1与电源芯片的6引脚、二极管D2的阴极以及电感L1的一端相连,二极管D2的阳极接地,电容C4、电容C5、电容C6并联,电感L1的另一端与电阻R1、电容C4一端连接并连接供电电压VDD,电阻R1的另一端与电阻R4的一端以及电源芯片的3引脚相连,电容C4与电阻R4的另一端相连并接地。

进一步地,所述供电电路包括压敏电阻FV2、电阻R8、三极管Q4、稳压块N2、电阻R11、电阻R12、电容C7,其中,9-18V的供电端与三极管Q4的集电极以及电阻R8、压敏电阻FV2的一端相连,电阻R8的另一端与三极管Q4的基极以及稳压块N2的阴极相连,三极管Q4的发射极与电阻R11以及电容C7的一端连接并接VDD,稳压块N2的阳极与电阻R12的一端以及电容C7、压敏电阻FV2的另一端连接并接地,电阻R11的另一端与电阻R12的另一端以及稳压块N2的参考端相连。

进一步地,该DALI接口电路还包括信号输入电路,所述信号输入电路与所述MCU处理器连接,所述信号输入电路包括按键信号输入电路、RF信号输入电路、红外遥控信号输入电路或者有线信号输入电路的一种或多种。

与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:

本发明有效地解决了低电压电路,无法有效保证MOS管驱动电路的问题。在传统电路中,如果要保证MOS管驱动的可靠性,除了本身的MCU低电压供电电路外,还要有一个高电压的MOS管驱动电压供电电路。其通过高电压驱动MOS的电路设计,则会导致电路变得复杂,电路整体功耗变高。本设计简化了方案,减少元器件,降低了成本,也节省了电路板上的空间,对于通讯逻辑变得更简单也更稳定。

附图说明

以下结合附图描述本发明的实施例,其中:

图1为本发明的DALI接口电路结构原理示意图;

图2为本发明的DALI接口电路示意图;

图3为本发明的供电电路的一个实施例示意图;

图4为本发明的供电电路的另一个实施例示意图;

图5为本发明的MCU处理器的接口示意图;

其中,1-整流模块,2-通信接收电路,3-通信发射电路,4-MCU处理器,5、5’-供电电路,6-按键信号输入电路,7-RF信号输入电路,8-红外遥控信号输入电路,9-有线信号输入电路,10-自举电路,11-电压整形电路,12-电压转换电路。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅作为实施例,并不用于限定本发明的保护范围。

请参阅图1以及图2,其分别为本发明的DALI接口电路结构原理示意图和电路示意图,本发明的带有自举功能的DALI接口电路,该DALI接口电路由一个供电电路(5,5’)供电,并包括一个整流模块1,一个与所述整流模块1电性连接的通信发射电路3,以及一个与所述通信发射电路3电性连接的信号输入端,所述通信发射电路3包括一个MOS管Q2以及一个与所述MOS管Q2电性连接的自举电路10,所述自举电路10包括二极管D4、电阻R7、电阻R10、电容C11、电阻R9,二极管D4的阳极与所述供电电路(5,5’)的输出端电性连接,二极管D4的阴极与电阻R7的一端相连,电容C11与电阻R9串联连接再与电阻R10并联连接,电阻R10的一端与电阻R7的另一端连接,电阻R10的另一端接地,所述MOS管Q2的栅极电性连接在电阻R7与电阻R10之间,所述整流模块的输出端与所述MOS管Q2的漏极相连,所述MOS管Q2的源极接地,所述信号输入端电性连接在电容C11与电阻R9之间。

本发明的自举电路10还包括电容C10,所述电容C10的一端电性连接在所述MOS管Q2的栅极,电容C10的另一端接地。

本申请是通过调节电阻R7与电阻R10的电阻阻值保证在DALI_TX输出低电平为0V时电压为2.0V,保证MOS管Q2截止,则电容C11两端保持压差为2.0V。当TX信号端开始发送数据时,TX信号端会变为高电平3.3V,因为电容C11两端电压压差不能瞬时变化,所以MOS管Q2基极电压则变为5.3V(5.3V=2V+3.3V)保证MOS管Q2导通。

再请参阅附图2,本发明的DALI接口电路还包括与所述整流模块1电性连接的通信接收电路2以及一个与所述通信接收电路2电性连接的信号接收端,所述通信接收电路2包括二极管D3、电阻R5、电阻R6、MOS管Q1、电阻R2、电阻R3,其中,二极管D3的阳极与所述整流模块1的输出端相连,二极管D3的阴极与电阻R5的一端相连,电阻R5的另一端与电阻R6的一端以及MOS管Q1的栅极相连,所述MOS管Q1的源极与电阻R6的另一端相连并接地,电阻R2的一端连接供电电路的输出端,电阻R2的另一端与电阻R3的一端以及MOS管Q1的漏极相连,电阻R3的另一端与信号接收端相连。

本发明的DALI接口电路还包括与所述通信接收电路2以及所述通信发射电路3电性连接的MCU处理器4,所述MCU处理器4控制MOS管Q2导通或者截止,将DALI总线的方波差分信号进行处理,将处理后的DALI数字信号输出。其中,DALI接口电路的通信接收电路2是将DALI总线上的高电压和低电压转换为供MCU处理器4能识别的高、低电平信号的功能,而DALI接口电路的通信发射电路3是将MCU处理器4的IO引脚的高、低电平转换为高、低电压来影响DALI总线上的电平的变化以达到向DALI总线上传输信号。

下面结合附图2介绍本发明的DALI接口电路的工作原理:

在MCU处理器不发送信号时,则TX信号端口保持低电平不变,此时,MOS管Q2的G极电平由VDD与二极管D4,电阻R7和电阻R10共同决定,通过调节电阻R7与R10的阻值,保证Q2的G极电平在1.7V~2.0V之间,使得MOS管Q2截止,则DALI总线为9.5~22.5V高电平,并定义该高电平信号为1,在此时电容C11两端压差为1.7V~2.0V。当开始向DALI总线发送方波数字信号时,TX信号IO口瞬间变为高电平3.3V,由于电容两端电压不可瞬时变化的特性,则MOS管Q2的G极的电压会被电容C11瞬间抬高到5V左右,即将所述TX信号接入的3.3V叠加到原来的1.7V~2.0V上,此时整流二极管D4截止,保持住MOS管Q2的G极的电压,使得MOS管Q2导通,DALI总线上由外部恒流源输出的250mA电流全部通过MOS管Q2放掉,DALI总线电压被拉低到-6.5V~6.5V的低电平信号,并定义该低电平信号为0。当TX信号IO口重新变为低电平0V的时候,电容C11会将Q2的G极电压重新拉回1.7~2.0V电压,二极管D4导通,与电阻R7、电阻R10共同保证G极电压维持在1.7~2.0V,Q2截止,DALI总线变回9.5~22.5V的高电平,从而实现二进制数字信号的发射。

本发明在设计过程中,需要注意的是:电容C11的值要远远大于电容C10和MOS管G极的寄生电容,保证电容C11能瞬间抬高MOS管G极的电压。

调节电阻R7、电阻R10的阻值,保证电压一定要在1.7V~2.0V之间,如果太大则有Q2一直导通的风险;如果太小,则MCU处理器的TX为高电平时,无法保证Q2一定导通。调节电阻R7、电阻R10的与电容C11的配比,保证在TX为高电平的维持阶段时,电阻R7、电阻R10放电不能太快,否则MOS管Q2的G极电压会滑落太快,导致在TX信号接收端维持高电平的过程中关断,信号发送失败。

当DALI总线有方波信号到来需要接收时,如果总线上为方波高电平,则9.5~22.5V通过整流二极管D3和电阻R5、电阻R6经过分压后,通信接收电路MOS管Q1的G级电压大于4V,MCU处理器N4的RX信号接收端为低电平;如果总线上为方波低电平时,则-6.5V~6.5V通过整流二极管D3和电阻R5、电阻R6经过分压后,MOS管Q2的G极电压小于2V,MOS管Q1截止,MCU处理器N4的RX信号接收端为高电平。通过这种方式,将DALI总线的方波数字差分信号转化为MCU处理器可以解析的数字信号。

本发明的供电电路(5,5’)分别与所述整流模块1以及所述MCU处理器4电性连接,所述供电电路(5,5’)将输入电压转换为输出电压,通过转换后的输出电压给所述MCU处理器4供电。

本发明采用两种不同的供电电路,请参阅附图3,其为本发明的供电电路的一个实施例示意图,其中一种供电电路5包括电压整形电路11以及电压转换电路12,所述电压整形电路11的一端与所述整流模块1的输出端相连,所述电压整形电路11的另一端与所述电压转换电路12的一端相连,所述电压转换电路12的另一端与所述MCU处理器4相连。

在第一种供电电路中,所述电压整形电路11包括电容D1、压敏电阻FV1、电容C2、电容C3,其中电容C2与电容C3并联连接,9-18V的供电端与二极管D1的阳极以及压敏电阻FV1的一端连接,二极管D1的阴极与电容C2一端连接;所述电压转换电路12包括电源芯片、电容C1、二极管D2、电感L1、电阻R1、电阻R4、电容C4、电容C5、电容C6,其中,电容C3一端连接到电源芯片的4引脚和5引脚,另一端连接电源芯片的2引脚并接地,电源芯片的1引脚通过电容C1与电源芯片的6引脚、二极管D2的阴极以及电感L1的一端相连,二极管D2的阳极接地,电容C4、电容C5、电容C6并联,电感L1的另一端与电阻R1、电容C4一端连接并连接供电电压VDD,电阻R1的另一端与电阻R4的一端以及电源芯片的3引脚相连,电容C4与电阻R4的另一端相连并接地。

具体地,在本发明中电压转换电路的电源芯片采用SY8290,该型号的电源芯片为现有技术。本申请还可以选用其他符合要求的芯片,不做任何限定。

图4为本发明的供电电路的另一个实施例示意图,如图4所示,在第二种供电电路中,供电电路5’包括压敏电阻FV2、电阻R8、三极管Q4、稳压块N2、电阻R11、电阻R12、电容C7,其中,9.5-22.5V的供电端与三极管Q4的集电极以及电阻R8、压敏电阻FV2的一端相连,电阻R8的另一端与三极管Q4的基极以及稳压块N2的阴极相连,三极管Q4的发射极与电阻R11以及电容C7的一端连接并接VDD,稳压块N2的阳极与电阻R12的一端以及电容C7、压敏电阻FV2的另一端连接并接地,电阻R11的另一端与电阻R12的另一端以及稳压块N2的参考端相连。本申请还可以选用其他降压电路,不仅限于上述降压电路。

在本申请中,MCU处理器4为MSP430FR2032型号,图5为本发明的MCU处理器4的接口示意图。应当说明的是,本申请还可以选择其他型号的单片机,只有具有数据传输接口,能够实现DALI的数据转换运算即可。

在具体实施过程中,本申请还包括信号输入电路,所述信号输入电路与所述MCU处理器4连接,所述信号输入电路包括按键信号输入电路6、RF信号输入电路7、红外遥控信号输入电路8或者有线信号输入电路9的一种或多种。按键信号输入电路6负责人机交互,使用者通过按键发出指令,从而控制所有照明,按键包括亮度增加和减少,电源开关、状态切换、复位等等。红外遥控信号输入电路通过检测是否有人经过照明区进一步发出指令,当检测到有人经过时,会控制照明灯具照明,同时发送信号给控制端,智能打开或关闭照明灯具,用户还可以选择RF信号输入和有线信号输入。进一步地,用户可以通过多种方式来指示MCU处理器4要做什么并发什么指令,以达到照明的预期控制效果,实现对灯光的亮度、群组、场景、广播、自动编址灯功能。本发明是基于DAILI通信总线的控制电路,通过由用户可配置的指令实现,具有极强的灵活性和扩展性。

本发明是基于DALI通信总线的控制电路,通过由用户可配置的指令实现,具有极强的灵活性和扩展性。因此,本发明有效的解决了MOS管驱动电路的供电问题,减少了一个5V的供电电路,所以节省了成本,也节省了电路板上的空间,且减少了一个三极管,对于通讯逻辑变得更简单也更稳定,并且保证了DALI接口电路信号传输的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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