专利名称：一种基于电流环的单环双向串行通信装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于数字通信技术领域，具体涉及一种基于电流环的单环双向串行通信装置。
背景技术：
电流环技术在模拟量传送领域己有很多年历史。其基本构成是在一对线缆的两端，各有一个设备(譬如设备甲和设备乙)。在线缆的一端设备甲将要传送的模拟量转化成4 20mA电流，并使之在线缆中流动；在线缆的另一端，设备乙把4 20mA的电流值转化成需要的模拟量或数字量。现有的电流环数字通信则把4 20mA模拟电流简单地替换成环路的通断状态，从而构成了从电流环的一端向电流环的另一端单向的数字信号传送。因此，为了达到双向数字信号传送的目的，需要使用两个电流环(即使用两对线缆)分别实现两个不同方向的数字信号传送。如专利号为200710098909. 5的中国专利公开的一种基于电流环的异步串行通信方法中所述即釆用上述方法。
该方法的缺点在于它需要使用两对线实现双向数字通信，在通信距离较长的情况下，线缆成本较高。发明内容
针对背景技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种成本低廉的基于电流环的单环双向串行通信装置。
本实用新型采用的技术方案如下 一种基于电流环的单环双向串行通信装置，包括通信主方和通信从方，通信主方和通信从方分别包括一个时序控制单元以及与时序控制单元相连的光耦隔离电路；两个光耦隔离电路之间通过一对线缆相连，形成电流环电路，电流环电路中设置有一电流源；通信主方和从方的时序控制单元用于控制信号的发送和接收。
本实用新型的基于电流环的单环双向串行通信装置，所述的通信主方和从方的时序控制单元为一个微处理器或一个现场可编程门阵列，且每个时序控制单元上设置有接收和发送引脚，所述的引脚与由光耦隔离的电路相连。
本实用新型的基于电流环的单环双向串行通信装置，每个光耦隔离的电路包括两个分别与发送引脚和接收引脚相连的光耦，与接收引脚相连的光耦的发光器两脚之间接有用于降低光耦灵敏度的电阻；与发送引脚相连的光耦的接收器两脚之间接有用于避免接收器两脚之间流过较大电流、形成较大压降的电阻和三极管。
本实用新型的基于电流环的单环双向串行通信装置，电流环电路中的电流源可设置在任一光耦隔离电路中。
本实用新型具有如下优点1、本实用新型使用单个电流环路进行双向通信，从而节省大量线缆成本。2、本实用新型具有电流环所固有的超强抗干扰性，实际应用证明其非常实用可靠。3、本实用新型具有超长传输距离，在1Kbps左右的速率下，可轻而易举地传输数公里。4、本实用新型成本低廉，一般情况下，可以使用低速光耦；速率较高时，可以使用相对高速的光耦。
图1是本实用新型的电路结构图2是本实用新型的主方向从方数据发送情况通信原理图；图3是本实用新型的从方向主方数据发送情况通信原理图；图4是本实用新型的无数据发送情况通信原理图。
具体实施方式
如图l所示，本实用新型的一种基于电流环的单环双向串行通信装置，
包括通信主方和通信从方。通信主方包括一个时序控制单元TCU—MASTER以及与时序控制单元TCU_MASTER相连的光耦隔离电路；通信从方也包括一个时序控制单元TCU_SLAVE以及与时序控制单元TCU—SLAVE相连的光耦隔离电路。所述时序控制单元(Timing Control Unit, TCU)可以是一个微处理器或一个现场可编程门阵列(FPGA)。两个光耦隔离电路之间通过一对线缆相连，形成电流环电路。时序控制单元用于控制信号的接收和发送。如图1所示的时序控制单元TCU_MASTER、 TCU—SLAVE上分别设置有接收引脚MASTER_RX/SLAVE—RX和发送引脚MASTER—TX/SLAVE_TX。整个通信装置以一个电流源的输出作为通信电流。电流源可以处于通信主方的光耦隔离电路中，也可以处于通信从方的光耦隔离电路中。(图1给出了电流源位于通信主方的光耦隔离电路情况)。电流源在环路电阻小于一定数值时，表现为一个恒流源；当环路电阻大于一定数值时，环路电流将减少；当环路断开时，环路电流为零。本电流环通信的本质是，通信双方按照通信协议，根据自己的角色，通过对环路的通断行为进行控制，向通信的对方传递数据信息。
如图1所示，与处理器TCU_MASTER相连的光耦隔离电路的电路结构如下处理器TCU_MASTER的接收引脚MASTER—RX与光耦Ul的接收器即光敏半导体管的两脚3、 4中的脚4的相连，处理器TCU—MASTER的发送引脚MASTER—TX与光耦U3的发光器即发光二极管的两脚1、 2中的脚1相连，脚2与Rll相连后接地。光耦U1的发光器即发光二极管的两脚l、 2之间接有电阻R4，其目的是降低光耦的灵敏度，避免很小的漏电流对光耦误触发。光耦U1的接收器即光敏半导体管的两脚3、 4中的脚3接地，脚4与电阻R2相连。光耦U3的接收器即光敏半导体管的两脚3、 4之间接有电阻R6、 R8和三极管Q2，其目的是让三极管Q2和电阻R6承载相对较大的环路电流，避免环流电流全部流过光耦U3的光敏半导体管，在光耦U3的3、 4脚上形成较大压降。
如图1所示，与处理器TCILSLAVE相连的光耦隔离电路的电路结构与上述电路结构相同。在光耦U4的3、 4脚之间接有电阻R5、 R7和三极管Q1，光耦U2的1、 2脚之间接有电阻R3。两个电路通过一对线缆相连。
电流环电路的环路通断情况由通信主方和通信从方的时序控制单元的发送引脚MASTER_TX/SLAVE—TX的电平共同决定，当两者都为高电平时，环路通。其原理为，光耦U3、 U4的l、 2脚之间的发光二极管发光，使光耦U3、 U4的3、 4脚之间的光敏半导体管导通，环路电流从电流源的正极出发，流过光耦Ul的发光二极管和电阻R4;然后小部分电流流过光耦U3的光敏半导体管通过R8注入三极管Q2的基极，使三极管Q2饱和导通，大部分电流流过三极管Q2的集电极和发射极之间；电流经过线对中的一条线，流过光耦U2的发光二极管和电阻R3;然后小部分电流流过光耦U4的光敏半导体管通过R7注入三极管Ql的基极，使三极管Ql饱和导通，大部分电流流过三极管Ql的集电极和发射极之间；最后，电流经过线对中的另一条线，回到电流源的负极。当主方和从方的时序控制单元的发送引脚中至少有一个为低电平，则环路断。其原理为，假定是主方的发送引脚为低电平，则光耦U3的发光二极管不发光，此时光耦U3的光敏半导体管不导通，此时三极管Q2的基极无注入电流，且有R12将基极电平强拉至发射极电平，三极管Q2截止；由于电流的必经之路Q2的集电极一发射极回路和光耦U3的光敏半导体管均无电流流过，其结果为环路断。当从方的发送引脚为低电平时，情况与上述类似。主方和从方均可通过其接收引脚的电平感知环路的通断状态。当环路通时，时序控制单元的接收引脚为低电平；当环路断开时，时序控制单元的接收引脚为高电平。
利用本实用新型的基于电流环的单环双向串行通信装置进行双向通信的通信协议如下协议规定，所有的通信周期都由主方发起，在通信周期内，主方可以向从方发送数据，从方可以向主方发送数据，也可能没有数据传送。在通信周期结束后，通信进入空闲周期。当通信处于空闲周期时，主方发送引脚MASTER—TX为低电平，从方发送引脚SLAVE—TX为高电平，环路呈断开状态。协议规定，空闲周期至少持续Tidle单位时间。协议规定，在通信周期内，主方具有数据发送的优先权，即如果主方和从方都有数据要发送，从方只能把数据暂时保存起来，直到确认主方没有数据要发送时才能发送。协议规定，不管主方还是从方，均以环路通Ton单位时间然后断TOoff单位时间表示数据0，以环路通Ton单位时间然后断Tloff单位时间表示数据l，为可靠起见，Ton+T0off与Ton+Tloff在数值上至少相差50%以上。协议规定，在通信周期内，环路的活动可分为如下三种不同情况l.主方向从方发送数据；2.从方向主方发送数据；3.主、从双方均无数据发送。
三种情况的具体描述如下
情形1:如图2所示，当主方有数据要发送时，则在将环路接通的那一刻起，直接按照协议规定发送0、 l数据序列；当主方数据发送完毕后，将环路接通Ton单位时间，然后断开环路，直到下一个通信周期开始； 一旦环路接通Ton单位时间，然后断开时间超过Tend单位时间(Tend》T0off或200920120134.1
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Tl0ff)，从方可以判定数据包的结束。
情形2:如图3所示，当主方无数据要发送时，它要检査从方有无数据
发送，其方式为，主方维持环路通Tsilent单位时间(Tsilent》Ton)，如 果从方有数据发送，在Tsilent时刻，从方将环路断开Tadjust单位时间， 然后按照按照协议规定发送O、 l数据序列；当从方数据发送完毕后，维持环 路为通态； 一旦环路通态时间超过Tend ( Tend》Ton)，主方可以判定数据 包的结束，遂将环路断开，直到下一个通信周期。
情形3:如图4所示，当主方和从方均无数据发送，主方在接通环路 Tnotrans单位时间后，断开环路，直到下一个通信周期。
权利要求1、一种基于电流环的单环双向串行通信装置，包括通信主方和通信从方，其特征在于通信主方和通信从方分别包括一个时序控制单元以及与时序控制单元相连的光耦隔离电路；两个光耦隔离电路之间通过一对线缆相连，形成电流环电路，电流环电路中设置有一电流源；通信主方和从方的时序控制单元用于控制信号的发送和接收。
2、 如权利要求l所述的基于电流环的单环双向串行通信装置，其特征在于所述的通信主方和从方的时序控制单元为一个微处理器或一个现场可编程门阵列，且每个时序控制单元上设置有接收和发送引脚，所述的引脚与由光耦隔离的电路相连。
3、 如权利要求1或2所述的基于电流环的单环双向串行通信装置，其特征在于每个光耦隔离的电路包括两个分别与发送引脚和接收引脚相连的光耦，与接收引脚相连的光耦的发光器两脚之间接有用于降低光耦灵敏度的电阻；与发送引脚相连的光耦的接收器两脚之间接有用于避免接收器两脚之间流过较大电流、形成较大压降的电阻和三极管。
4、 如权利要求1或2所述的基于电流环的单环双向串行通信装置，其特征在于电流环电路中的电流源可设置在任一光耦隔离电路中。
专利摘要本实用新型公开了一种基于电流环的单环双向串行通信装置，包括通信主方和通信从方，通信主方和通信从方分别包括一个时序控制单元以及与时序控制单元相连的光耦隔离电路；两个光耦隔离电路之间通过一对线缆相连，形成电流环电路，电流环电路中设置有一电流源；通信主方和从方的时序控制单元用于控制信号的发送和接收。本实用新型只要用一对线缆即可实现优质通信，大大节约了成本。
文档编号G06F13/38GK201425742SQ20092012013
公开日2010年3月17日 申请日期2009年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者蒋涵民 申请人:蒋涵民;蒋琦超