一种级联总线信号接收电路及控制系统的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种级联总线信号接收电路及控制系统。

背景技术：

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。为了对家居设备进行智能化控制，需要与各个家居设备进行数据交换，为此需要建立与各个家居设备的通信链路。

目前，可以通过RS-485、KNX、CAN、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等总线来连接各个家居设备，实现对家居设备的控制。

针对目前对家居设备进行控制的方法，RS-485、KNX、CAN、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等总线均需要独立布设总线电缆，由于布设总线电缆需要在墙体或地面上进行开槽，会对已装修住宅的墙体或地面造成损坏，因此不适用于对已装修住宅进行智能家居改造。现有技术中，已出现不需通过破坏装修住宅墙体或地面造成损害的家居设备控制系统，然而，现有技术中，控制系统在接收控制信号时，由于电路自身的特性，会产生信号杂讯，当控制信号发送的速率较高时，信号杂讯的存在易造成控制信号无法正确解析的结果，对家居设备的控制带来不良影响。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种级联总线信号接收电路及控制系统，信号接收电路能够通过通电线缆接收控制信号，能够适用于对已装修住宅进行智能家居改造；另外，级联总线控制系统在对现有住宅进行智能家居改造的同时，可消除信号接收电路中存在的信号杂讯，利于准确对从机负载进行控制。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种级联总线信号接收电路，设置于供电线缆内，包括第一二极管、信号接收模块、处理器和第四电容；所述信号接收模块分别与第一二极管的阳极、第一二极管的阴极和处理器电连接，所述信号接收模块和处理器的结合点与3.3V电源电连接；所述信号接收模块，用于检测第一二极管的阳极与阴极之间的压差，以解析出控制信号，并将控制信号发送给处理器；所述处理器与从机负载电连接；所述处理器，用于根据控制信号对从机负载进行控制；所述第四电容的一端与第一二极管的阴极电连接，所述第四电容的另一端与信号接收模块电连接。

优选的，所述信号接收模块包括第三三极管、第十一电阻、第十二电阻和第四三极管；所述第三三极管的基极与第一二极管的阳极电连接、发射极与第一二极管的阴极电连接、集电极依次通过第十一电阻和第十二电阻与第四电容电连接；所述第四三极管的基极与第十一电阻和第十二电阻的结合点电连接、发射极与第四电容电连接、集电极与处理器电连接；所述第四三极管的集电极和处理器的结合点与3.3V电源电连接。

优选的，所述信号接收电路还包括第十电阻和第十三电阻；所述第十电阻的两端分别与第一二极管的阳极和第三三极管的基极电连接；所述第十三电阻的两端分别与第四三极管的基极和3.3V电源电连接。

优选的，所述信号接收电路还包括第一稳压二极管；所述第一稳压二极管设置在第十电阻和第三三极管之间，所述第一稳压二极管的阳极与第十电阻电连接、阴极与第三三极管的基极电连接。

优选的，所述信号接收电路还包括第二电容和第三电容，所述第二电容的两端分别与第三三极管的基极、第三三极管的集电极电连接；所述第三电容的两端分别与第四三极管的集电极、3.3V电源电连接。

一种级联总线控制系统，包括供电设备、主机、至少一个从机和至少一个从机负载，所述从机和从机负载一一对应设置；所述供电设备的第一接线端分别与各个从机电连接，所述供电设备的第二接线端与主机电连接，所述主机分别与各个从机、各个从机负载电连接；每一个从机分别与一个从机负载电连接；所述供电设备，用于通过供电线缆向所述主机、各个所述从机和各个所述从机负载供电；所述主机，用于根据外部输入的控制指令，通过从机和主机之间的供电线缆向各个所述从机发送控制信号；每一个所述从机，用于根据所述主机发送的所述控制信号，对相连接的所述从机负载进行控制；每一个所述从机均包括上述任一项所述的信号接收电路，还包括电流旁路电路；所述信号接收电路，用于根据所述主机发送的所述控制信号，对相连接的所述从机负载进行控制；所述电流旁路电路，用于消除第一二极管中漏电流和结电容对信号上升沿及下降沿的影响，减少通讯误码率。

优选的，所述主机包括MOS管、TVS二极管和主机控制器，所述MOS管的源极与TVS二极管的阳极电连接、漏极与TVS二极管的阴极电连接、栅极与主机控制器电连接；所述MOS管的源极与供电设备的第二接线端电连接，所述MOS管的漏极分别与电流旁路电路、信号接收电路和从机负载电连接；所述主机控制器，用于根据外部输入的所述控制指令控制所述MOS管的通断状态，以使MOS管的漏极的电压呈波动状态，所述信号接收电路将波动电压处理成处理器可以识别的数字信号。

优选的，所述电流旁路电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和第二三极管；所述第一电阻的一端与供电设备的第一接线端电连接，所述第一电阻的另一端通过第二电阻与MOS管的漏极电连接；所述第一三极管的基极与第一电阻和第二电阻的结合点电连接、集电极与第二三极管的基极电连接、发射极与MOS管的漏极电连接；所述第二三极管的集电极与供电设备的第一接线端电连接、发射极与MOS管的漏极电连接。

优选的，所述电流旁路电路还包括第四电阻和第二稳压二极管；所述第二稳压二极管的阳极与MOS管的漏极电连接、阴极通过第四电阻与供电设备的第一接线端电连接，所述第二稳压二极管与第四电阻的结合点分别与第一三极管的集电极、第二三极管的基极电连接。

优选的，所述电流旁路电路还包括第三电阻、第五电阻、第六电阻和第一电容；所述第三电阻的两端分别与第二稳压二极管的阴极、第一三极管的集电极电连接；所述第五电阻的两端分别与第二三极管的集电极、供电设备的第一接线端电连接；所述第六电阻的两端分别与第二三极管的发射极、MOS管的漏极电连接；所述第一电容的两端分别与第一电阻和第二电阻的结合点、MOS管的漏极电连接。

本实用新型的有益效果为：

1)信号接收电路能够通过通电线缆接收控制信号，能够适用于对已装修住宅进行智能家居改造；

2)主机统一向回路中的所有从机发送控制信号，从机中的信号接收电路接收控制信号并进行解析，如果信号中地址信息和本机吻合，则响应该控制指令，然后对相连接的从机负载进行控制，在此过程中，利用现有供电线缆便可以实现对从机负载进行控制，无需单独布设总线电缆，不会对已装修住宅的墙体或地面造成损坏，因此能够适用于对已装修住宅进行智能家居改造；

3)从机中的电流旁路电路可消除信号接收电路中第一二极管D1中的漏电流和结电容对信号上升沿及下降沿的影响，避免信号接收电路解析出错误信号，利于准确对从机负载进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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例，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是本实用新型的一种级联总线控制系统的控制框图；

图2是本实用新型的一种级联总线控制系统中的一个从机、一个从机负载与主机和供电设备的控制框图；

图3是图2的具体控制框图；

图4是图3的电路原理图。

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，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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的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。

实施例1：

一种级联总线信号接收电路，设置于供电线缆内，如图4所示，包括第一二极管D1、信号接收模块、处理器和第四电容C4；所述第一二极管D1的阳极与供电设备的第一接线端电连接；所述信号接收模块分别与第一二极管D1的阳极、第一二极管D1的阴极、处理器和主机电连接，所述信号接收模块和处理器的结合点与3.3V电源电连接；所述信号接收模块，用于检测第一二极管D1的阳极与阴极之间的压差，以解析出主机发送的控制信号，并将控制信号发送给处理器；所述处理器与从机负载电连接，应当理解的是，从机负载即为家居设备；所述处理器，用于根据控制信号对从机负载进行控制；所述第四电容C4的一端与第一二极管D1的阴极电连接，所述第四电容C4的另一端与主机电连接；应当理解的是，主机与供电设备的第二接线端电连接，由此实现信号接收电路回路的导通。本实施例中，所述供电设备通过供电线缆向信号接收电路进行供电，所述主机用于向信号接收电路发送控制信号，所述处理器均采用现有技术实现，例如处理器可以采用型号为STM32F031K6U6的微控制器实现；在运行过程中，信号接收电路直接通过通电线缆与主机电连接，信号接收电路可直接通过通电线缆接收主机发送的控制信号，便于家居设备的智能改造，避免对已有建筑的破坏。

需要说明的是，在主机发送控制信号后，第一二极管D1的阴极与阳极之间产生压差，信号接收模块通过接收此压差从而解析出主机控制器发送的控制信号，并将控制信号发送给处理器，然后处理器对从机负载进行控制。应当理解的是，每个从机负载中均设置有驱动模块，驱动模块可根据从机负载类型的不同，采用现有技术实现，例如当从机负载为LED灯时，驱动模块可以采用型号为BP1808A的LED驱动芯片实现，此时，当处理器采用型号为STM32F031K6U6的微控制器实现时，处理器的18脚与驱动模块的3脚电连接。在工作过程中，所述驱动模块用于检测其所在从机负载的工作状态，驱动模块与相对应的信号接收电路中的处理器相连接，处理器通过驱动模块控制从机负载的运行，另外当驱动模块检测出从机负载出现异常时会向相连接的处理器发送异常信息。

进一步的，如图4所示，所述信号接收模块包括第三三极管Q3、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第四三极管Q4；所述第三三极管Q3的基极与第一二极管D1的阳极电连接、发射极与第一二极管D1的阴极电连接、集电极依次通过第十一电阻R11和第十二电阻R12与主机电连接；所述第四三极管Q4的基极与第十一电阻R11和第十二电阻R12的结合点电连接、发射极与主机电连接、集电极与处理器电连接；所述第四三极管Q4的集电极和处理器的结合点与3.3V电源电连接。需要说明的是，当处理器采用型号为STM32F031K6U6的微控制器实现时，处理器的13脚与第四三极管Q4的集电极电连接。另外，所述第三三极管Q3用于检测第一二极管D1的阳极与阴极之间的压差，第三三极管Q3根据第一二极管D1两极的压差来改变自身的通断状态，从而改变第四三极管Q4的通断状态，最终改变与处理器相连接引脚的电平高低，以使处理器根据接收的不同电平解析出主机控制器发送的控制信号，并控制从机负载的工作状态。具体来说，MOS管Q5为N型MOS管，当主机控制器不发送控制信号时，MOS管Q5导通，第一二极管D1的阴极电压低于阳极电压，第三三极管Q3截止；当主机控制器发送控制信号时，MOS管Q5截止，第一二极管D1的阴极电压高于阳极电压，第三三极管Q3导通，第四三极管Q4随之导通，从而并将控制信号发送给处理器；第十一电阻R11和第十二电阻R12起到分压作用。

进一步的，所述信号接收电路还包括第十电阻R10和第十三电阻R13；所述第十电阻R10的两端分别与第一二极管D1的阳极和第三三极管Q3的基极电连接；所述第十三电阻R13的两端分别与第四三极管Q4的基极和3.3V电源电连接。应当理解的是，所述包括第十电阻R10和第十三电阻R13起到限流的作用。

进一步的，所述信号接收电路还包括第一稳压二极管ZD1；所述第一稳压二极管ZD1设置在第十电阻R10和第三三极管Q3之间，所述第一稳压二极管ZD1的阳极与第十电阻R10电连接、阴极与第三三极管Q3的基极电连接。应当理解的是，所述第一稳压二极管ZD1起到消除供电电路中的杂波的作用。

进一步的，所述信号接收电路还包括第二电容C2和第三电容C3，所述第二电容C2的两端分别与第三三极管Q3的基极、第三三极管Q3的集电极电连接；所述第三电容C3的两端分别与第四三极管Q4的集电极、3.3V电源电连接。应当理解的是，所述第二电容C2和第三电容C3用于消除对应电路中的高频干扰。

实施例2：

一种级联总线控制系统，如图1至4所示，包括供电设备、主机、至少一个从机和至少一个从机负载，所述从机和从机负载一一对应设置；所述供电设备的第一接线端分别与各个从机电连接，所述供电设备的第二接线端与主机电连接，所述主机分别与各个从机、各个从机负载电连接；每一个从机分别与一个从机负载电连接；所述供电设备，用于通过供电线缆向所述主机、各个所述从机和各个所述从机负载供电；所述主机，用于根据外部输入的控制指令，通过从机和主机之间的供电线缆向各个所述从机发送控制信号；每一个所述从机，用于根据所述主机发送的所述控制信号，对相连接的所述从机负载进行控制；每一个所述从机均包括如实施例1中任一项所述的信号接收电路，还包括电流旁路电路；所述信号接收电路，用于根据所述主机发送的所述控制信号，对相连接的所述从机负载进行控制；所述电流旁路电路，用于消除第一二极管D1中漏电流和结电容对信号上升沿及下降沿的影响，减少通讯误码率。本实施例中，所述主控制器可采用现有技术实现，例如主控制器可以采用型号为STM32F103VET6的微控制器实现。

本实施例提供的一种级联总线信号接收电路，供电设备的第一接线端与主机电连接，供电设备的第二接线端分别与各个从机中的电流旁路电路和信号接收电路电连接，主机分别与各个从机中的电流旁路电路和信号接收电路电连接，每一个从机中的信号接收电路分别与一个从机负载电连接，供电设备向每一个从机负载传输的电能均需要经过主机和相对应的从机中的电流旁路电路和信号接收电路，因此主机可以通过与从机相连接的供电线缆向各个从机中的信号接收电路发送控制信号，以使信号接收电路根据控制信号对相连接的从机负载进行控制。与此同时，每一个所述从机中的电流旁路电路和信号接收电路并联连接，电流旁路电路可消除信号接收电路中第一二极管D1中的漏电流和结电容对信号上升沿下降沿的影响，避免信号接收电路无法解析出正确信号。

由此可见，主机统一向回路中的所有从机发送控制信号，由于主机的动作，使得供电线缆上电流的连续状态发生改变，从而将相应从机负载的标识信息发送至信号接收电路内，从机中的信号接收电路接收控制信号并进行解析，如果信号中地址信息和本机吻合，即地址信息与该从机控制的从机负载吻合，则响应该控制指令，然后对相连接的从机负载进行控制，在此过程中，利用现有供电线缆便可以实现对从机负载进行控制，无需单独布设总线电缆，不会对已装修住宅的墙体或地面造成损坏，因此能够适用于对已装修住宅进行智能家居改造。另外，从机中的电流旁路电路可消除信号接收电路中第一二极管D1中的漏电流和结电容对信号上升沿下降沿的影响，避免信号接收电路解析出错误信号，利于准确对从机负载进行控制。

本实施例中，如图4所示，所述主机包括MOS管Q5、TVS二极管TVS1和主机控制器，所述MOS管Q5的源极与TVS二极管TVS1的阳极电连接、漏极与TVS二极管TVS1的阴极电连接、栅极与主机控制器电连接；所述MOS管Q5的源极与供电设备的第二接线端电连接，所述MOS管Q5的漏极分别与电流旁路电路、信号接收电路和从机负载电连接；所述主机控制器，用于根据外部输入的所述控制指令控制所述MOS管Q5的通断状态，以使MOS管Q5的漏极的电压呈波动状态，即改变各个从机输入端的电压状态，所述信号接收电路将波动电压处理成处理器可以识别的数字信号。具体来说，当主控制器可以采用型号为STM32F103VET6的微控制器实现时，主控制器的71脚与MOS管Q5的栅极电连接，主控制器用于控制MOS管Q5的通断，以向从机的信号接收电路发送控制信号，当MOS管Q5导通时，从机的信号接收电路与MOS管Q5连接的一端的电压等于供电设备的供电电压Vin；当MOS管Q5截止时，从机的信号接收电路与MOS管Q5连接的一端的电压等于供电设备的供电电压Vin减去TVS二极管TVS1分压的电压值；在此过程中，由于主机控制器发送控制信号、MOS管Q5发生通断变化，使得第一二极管D1的两端产生压差，同时MOS管Q5的通断状态影响供电线缆上电流的连续状态，从机的信号接收电路再根据第一二极管D1的两端产生的压差对控制信号进行解析，以得到主机控制器发送的控制信号，并根据第四电容C4两端的压差变化确定控制信号中的地址信息，然后处理器确认此地址信息是否与其控制的从机负载吻合，若地址信息与从机负载吻合，则控制器对其连接的从机负载进行控制，从而实现主机控制器向信号接收电路发送控制信号、信号接收电路再通过此控制信号控制从机负载的作用。

以下对主机与信号接收电路的工作原理进行说明。当处理器采用型号为STM32F031K6U6的微控制器实现时，处理器的13脚与第四三极管Q4的集电极电连接。在主控制器发送控制信号、控制MOS管Q5通断的过程中，由于MOS管Q5的截止时间很短，所述第四电容C4存储的能量使得第一二极管D1的阳极电压不能突变，所述第三三极管Q3用于检测第一二极管D1的阳极与阴极之间的压差，第三三极管Q3根据第一二极管D1两极的压差来改变自身的通断状态，从而改变第四三极管Q4的通断状态，最终改变与处理器相连接引脚的电平高低，以使处理器根据接收的不同电平解析出主机控制器发送的控制信号，并控制从机负载的工作状态。应当理解的是，每个从机负载中均设置有驱动模块，驱动模块可根据从机负载类型的不同，采用现有技术实现，例如当从机负载为LED灯时，驱动模块可以采用型号为BP1808A的LED驱动芯片实现，此时，当处理器采用型号为STM32F031K6U6的微控制器实现时，处理器的18脚与驱动模块的3脚电连接。具体来说，MOS管Q5为N型MOS管，当主机控制器不发送控制信号时，MOS管Q5导通，第一二极管D1的阴极为低电平，第三三极管Q3截止；当主机控制器发送控制信号时，MOS管Q5截止，第一二极管D1的阴极为高电平，第三三极管Q3导通，第四三极管Q4随之导通，从而并将控制信号发送给处理器；第十一电阻R11和第十二电阻R12起到分压作用。在工作过程中，所述驱动模块用于检测其所在从机负载的工作状态，驱动模块与相对应的信号接收电路中的处理器相连接，处理器通过驱动模块控制从机负载的运行，另外当驱动模块检测出从机负载出现异常时会向相连接的处理器发送异常信息。

进一步的，如图4所示，所述电流旁路电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1和第二三极管Q2；所述第一电阻R1的一端与供电设备的第一接线端电连接，所述第一电阻R1的另一端通过第二电阻R2与MOS管Q5的漏极电连接；所述第一三极管Q1的基极与第一电阻R1和第二电阻R2的结合点电连接、集电极与第二三极管Q2的基极电连接、发射极与MOS管Q5的漏极电连接；所述第二三极管Q2的集电极与供电设备的第一接线端电连接、发射极与MOS管Q5的漏极电连接。需要说明的是，在主机控制器向从机中的信号接收电路发送控制信号时，由于电路自身特性，第一二极管D1的内部会存在寄生电容和泄露电流，而当主机控制器发送的控制信号速率较高时，该寄生电容会影响信号上升沿和下降沿的斜率，最终造成处理器无法解析出正确的控制信号；电流旁路电路用于消耗泄漏电流，同时减小结电容对控制信号的影响。具体来说，第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1组成电压判断电路，在主机控制器不发送控制信号时，MOS管Q5导通，第一三极管Q1的发射极为低电平，第一三极管Q1导通并拉低第二三极管Q2的基极的电压，使得由第二三极管Q2流过的电流变小二降低回路损耗；当主机控制器发送控制信号时，MOS管Q5截止，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2的基极的电压升高，使得由第二三极管Q2流过的电流增大，从而加速第一二极管D1的阳极的电压下跌，从而消耗第一二极管D1的泄漏电流，同时减小结电容对控制信号的影响，最终使得处理器解析出的控制信号的上升沿和下降沿的斜率更为陡峭，控制信号更为准确。

进一步的，所述电流旁路电路还包括第四电阻R4和第二稳压二极管ZD2；所述第二稳压二极管ZD2的阳极与MOS管Q5的漏极电连接、阴极通过第四电阻R4与供电设备的第一接线端电连接，所述第二稳压二极管ZD2与第四电阻R4的结合点分别与第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的基极电连接。应当理解的是，所述第四电阻R4主要起到限流作用，所述第四电阻R4和第二稳压二极管ZD2共同起到保护电路的作用。

进一步的，所述电流旁路电路还包括第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6和第一电容C1；所述第三电阻R3的两端分别与第二稳压二极管ZD2的阴极、第一三极管Q1的集电极电连接；所述第五电阻R5的两端分别与第二三极管Q2的集电极、供电设备的第一接线端电连接；所述第六电阻R6的两端分别与第二三极管Q2的发射极、MOS管Q5的漏极电连接；所述第一电容C1的两端分别与第一电阻R1和第二电阻R2的结合点、MOS管Q5的漏极电连接。应当理解的是，所述第三电阻R3、第五电阻R5和第六电阻R6主要起到限流作用，共同用以保护电路中元器件不受损害。在电流旁路电路中，所述第四电阻R4、第二稳压二极管ZD2、第二三极管Q2、第五电阻R5和第六电阻R6组成了恒流源电路；所述第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1和第三电阻R3组成电压判断电路；所述第一电容C1用于消除对应电路中的高频干扰。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。