用于供电粮情检测主机的USB供电通信电路的制作方法

本发明涉及粮食仓储检测技术领域，特别是一种用于供电粮情检测主机的usb供电通信电路。

背景技术

以在粮食仓储行业里的粮情测控系统为例，目前市场的粮情主机与从机通讯方式比较单一，而且供电方式也比较复杂。

供电方式：主机供电需要独立电源，外加220v供电电源和配套的电源适配器；

通信方式：使用的是独立端口，采用rs232通信，而目前电脑大多不具备对应端口，需要增加usb转rs232转换器；

功率大成本高：目前市面上其他分机与主机采用点对点通信，单个结点的功率较大，且通信不稳定，而且主机外部接线复杂，设备体积也比较大，成本较高；

主从机通信模式单一：只有单一的通信模式，不能匹配不同的设备，适应能力差；

抗干扰能力差：采用点对点无线通信时，当外部发生信号干扰或者主机与分机距离比较远，传输数据会发生异常。安装复杂：主机与从机布线复杂，设备安装不方便；

因此，粮情检测分机的改进和创新势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种用于供电粮情检测主机的usb供电通信电路。

本发明解决的技术方案是：

一种用于供电粮情检测主机的usb供电通信电路，包括usb转换器u4、信号共模滤波器u3、芯片u5和usb接口p2，usb转换器u4的1脚与cpu处理单元相连(通过接头txd与cpu处理单元中芯片u1的30脚相连)，usb转换器u4的5脚与cpu处理单元相连(通过接头rxd与cpu处理单元中芯片u1的29脚相连)，usb转换器u4的6脚、7脚并联接地，usb转换器u4的8脚分别接电阻r11的一端、电阻r12的一端、电阻r13的一端和电阻r14的一端，共端为5v电源输出端vcc5v(连接有5v电源输出接头vcc5v)，电阻r11的另一端与usb转换器u4的9脚相连，电阻r12的另一端与usb转换器u4的10脚相连，电阻r13的另一端与usb转换器u4的11脚相连，电阻r14的另一端与usb转换器u4的14脚相连，usb转换器u4的15脚经电阻r8分别接信号共模滤波器u3的4脚和电阻r6的一端，电阻r6的另一端分别接电容c9的一端、有极电容c10的正极、usb转换器u4的4脚、17脚，usb转换器u4的16脚经电阻r7接信号共模滤波器u3的3脚，电容c9的另一端分别接usb接口p2的4脚(接地脚)、芯片u5的2脚、有极电容c3的负极、电容c4的一端和有极电容c10的负极，共端接地(连接有接地接头gnd)，信号共模滤波器u3的1脚分别接芯片u5的6脚和usb接口p2的3脚(数据线正极)，信号共模滤波器u3的2脚分别接芯片u5的1脚和usb接口p2的2脚(数据线负极)，usb接口p2的1脚(电源脚)经熔断器分别接芯片u5的5脚、有极电容c3的正极、电容c4的另一端、电容c7的一端、电阻r10的一端和usb转换器u4的19脚、20脚，共端与usb转换器u4的8脚相连，电阻r10的另一端与usb转换器u4的22脚相连，电容c7的另一端分别接电容c5的一端、电容c6的一端、电阻r9的一端、电容c8的一端和usb转换器u4的25脚、26脚，共端接地，电阻r9的另一端与usb转换器u4的23脚相连，电容c8的另一端与usb转换器u4的24脚相连，电容c5的另一端分别接晶振m1的一端和usb转换器u4的27脚，电容c6的另一端分别接晶振m1的另一端和usb转换器u4的28脚，构成供电通信电路。

本发明电路新颖独特，简单合理，供电方式简单，直接通过usb连接即可，通信方式简单：使用usb转串口，实现主机与电脑通信；操作简单，只需要将主机通过usb线与电脑连接即可，可以根据现场不同需求采用433无线、rs485或以太网通信，相比于单一的无线通信，传输数据方式更加灵活，也更加安全，在无线通信干扰较强的情况下，可选择rs485或者以太网通信，避免通信出现干扰；不需要外加其他配套设备，主机工作只需要通过usb同时提供供电和通信，降低成本，使用方便，效果好，有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明供电模块的电路原理图。

图3为本发明rtc备用电源模块的电路原理图。

图4-10为本发明的cpu处理单元的电路原理图。

图11为本发明使用状态的电路框式原理图。

图12为本发明信号指示模块的电路原理图。

图13为本发明主从机通信模块的电路原理图：

图14为本发明使用状态的整体模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-14给出，本发明包括usb转换器u4、信号共模滤波器u3、芯片u5和usb接口p2，usb转换器u4的1脚与cpu处理单元相连(通过接头txd与cpu处理单元中芯片u1的30脚相连)，usb转换器u4的5脚与cpu处理单元相连(通过接头rxd与cpu处理单元中芯片u1的29脚相连)，usb转换器u4的6脚、7脚并联接地，usb转换器u4的8脚分别接电阻r11的一端、电阻r12的一端、电阻r13的一端和电阻r14的一端，共端为5v电源输出端vcc5v(连接有5v电源输出接头vcc5v)，电阻r11的另一端与usb转换器u4的9脚相连，电阻r12的另一端与usb转换器u4的10脚相连，电阻r13的另一端与usb转换器u4的11脚相连，电阻r14的另一端与usb转换器u4的14脚相连，usb转换器u4的15脚经电阻r8分别接信号共模滤波器u3的4脚和电阻r6的一端，电阻r6的另一端分别接电容c9的一端、有极电容c10的正极、usb转换器u4的4脚、17脚，usb转换器u4的16脚经电阻r7接信号共模滤波器u3的3脚，电容c9的另一端分别接usb接口p2的4脚(接地脚)、芯片u5的2脚、有极电容c3的负极、电容c4的一端和有极电容c10的负极，共端接地(连接有接地接头gnd)，信号共模滤波器u3的1脚分别接芯片u5的6脚和usb接口p2的3脚(数据线正极)，信号共模滤波器u3的2脚分别接芯片u5的1脚和usb接口p2的2脚(数据线负极)，usb接口p2的1脚(电源脚)经熔断器分别接芯片u5的5脚、有极电容c3的正极、电容c4的另一端、电容c7的一端、电阻r10的一端和usb转换器u4的19脚、20脚，共端与usb转换器u4的8脚相连，电阻r10的另一端与usb转换器u4的22脚相连，电容c7的另一端分别接电容c5的一端、电容c6的一端、电阻r9的一端、电容c8的一端和usb转换器u4的25脚、26脚，共端接地，电阻r9的另一端与usb转换器u4的23脚相连，电容c8的另一端与usb转换器u4的24脚相连，电容c5的另一端分别接晶振m1的一端和usb转换器u4的27脚，电容c6的另一端分别接晶振m1的另一端和usb转换器u4的28脚，构成供电通信电路。

所述的usb转换器u4为型号为pl2303ta；

所述的芯片u5型号为nup2201mr6；

所述的信号共模滤波器u3型号为acm2012-900-2p；

熔断器f1和芯片u5组成usb接口保护电路，防止电源短路以及消除静电对系统造成的干扰；电容c3、c4组成usb转换器前级输入电源滤波电路，对输入电源进行滤波处理，为usb转换器u4以及后级的cpu处理单元提供电源，信号共模滤波器u3为信号共模滤波器，滤除信号传输中的共模干扰；电容c5、c6、c7、、c8、晶振m1、电阻r9、r10、r11、r12、r13、r14为usb转换器u4外围硬件电路，和usb转换器u4一起构成cpu处理单元和pc机的通信接口电路。

usb供电通信电路还包括供电模块和rtc备用电源模块，供电模块包括三端稳压器u2，三端稳压器u2的2脚(输入脚)接保护器t1的负极，共端与usb供电模块中的5v电源输出端vcc5v相连，保护器t1的正极分别接三端稳压器u2的1脚(接地脚)、电阻r15的一端、电容c11的一端和有极电容c2的负极，电阻r15的另一端与电容c11的另一端相连，共端接地(连接有与接地接头gnd连接的接地端口)，三端稳压器u2的3脚(输出脚)接有极电容c2的正极，共端作为3.3v电源输出端vcc3.3v(连接有3.3v电源输出接头vcc3.3v)；rtc备用电源模块包括电池bt1，电池bt1的正极分别与电阻r26的一端和电容c24的一端相连，共端作为备用电源输出端vbat(连接有备用电源输出接头vbat)，电容c24的另一端与电池bt1的负极相连，共端接地，电阻r26的另一端与二极管d4的负极相连，二极管d4的正极与供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连。

所述的保护器t1为单向贴片tvs管；

所述的三端稳压器u2型号为xc6214p332pr；

保护器t1、三端稳压器u2、电容c2、c11和电阻r15组成cpu处理单元的供电电路，通过外部供电给系统提供电源，保护器t1为供电电路输入端口提供保护作用，对连接usb接口时可能出现的浪泳或静电干扰进行吸收，防止干扰破坏系统电路。

二极管d4、电阻r26、电池bt1和电容c24组成rtc备用电源电路，保证cpu处理单元内的rtc时钟正常运行以及提供系统掉电保护功能。

所述的cpu处理单元包括芯片u1，芯片u1的3脚分别接晶振m2的一端和电容c17的一端，芯片u1的4脚分别接晶振m2的另一端和电容c18的一端，电容c17的另一端与电容c18的另一端相连，共端接地，芯片u1的5脚分别接晶振m3的一端和电容c19的一端，芯片u1的6脚分别接晶振m3的另一端和电容c20的一端，电容c19的另一端与电容c20的另一端相连，共端接地，芯片u1的60脚分别接三极管q1的集电极和电阻r18的一端，电阻r18的另一端接地，三极管q1的发射极分别接电阻r19的另一端和端口p3的1脚，共端与供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，三极管q1的基极分别接电阻r19的另一端和电阻20的一端，电阻r20的另一端与端口p3的5脚相连，端口p3的2脚与芯片u1的42脚相连，端口p3的3脚与芯片u1的43脚相连，端口p3的4脚接地，端口p3的6脚与芯片u1的7脚相连，芯片u1的1脚与rtc备用电源模块的备用电源输出端vbat相连，芯片u1的32脚分别接芯片u1的48脚、64脚、19脚、13脚、电容c13的一端、电容c14的一端、电容c15的一端、电容c16的一端、电容c23的一端、电阻r1的一端、电阻r17的一端和电阻r5的一端，共端与供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连(连接有与电源输出接头vcc3.3v连接的3.3v输入端口)，电容c13的另一端分别与电容c14的另一端、电容c15的另一端、电容c16的另一端和电容c23的另一端相连，共端接地，芯片u1的31脚、47脚、63脚、18脚、12脚并联接地(共端连接有与接地接头gnd对应的接地端口)，电阻r1的另一端分别接电容c1的一端和芯片u1的7脚，电容c1的另一端接地，芯片u1的28脚经电阻r16接地，电阻17的另一端与芯片u1的56脚相连，电阻r5的另一端与芯片u1的2脚相连，芯片u1的46脚与端口p1的5脚相连，芯片u1的49脚与端口p1的4脚相连，端口p1的3脚与芯片u1的7脚相连，端口p1的2脚接地，端口p1的1脚与供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连，芯片u1的29脚与usb转换器u4的5脚相连，芯片u1的30脚与usb转换器u4的1脚相连。

cpu处理单元中芯片u1采用32位高性能cortex-m3内核的处理器，该处理器具备对pc机的通信端口，接收来自pc机的命令，经处理后再通过和分机的通信端口以433无线、rs485或以太网的通信方式将数据发送给分机，并可接收来自分机的数据，经处理后再传给pc机，达到pc机和分机双向通信的目的；电容c17、c18、c19、c20和晶振m2、m3组成系统时钟电路，为系统提供准确的运行时钟。

本发明使用时，cpu处理单元连接有信号指示模块和主从机通信模块，信号指示模块：用于发出信号指示信息；主从机通信模块：主机与从机能够采用rs485、以太网或433无线通信，用于完成接收主机命令、上传数据的功能；

所述的信号指示模块包括蜂鸣器u6、发光二极管ds1、ds2、ds3和并联的2个发光二极管ds4，发光二级管ds1的正极与电阻r2的一端相连，发光二级管ds2的正极与电阻r3的一端相连，发光二级管ds3的正极与电阻r4的一端相连，2个发光二极管ds4的正极分别与电阻r23、r24的一端分别相连，电阻r2的另一端分别接电阻r3的另一端、电阻r4的另一端、电阻r24的另一端和电阻r23的另一端，共端与供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v相连(连接有与电源输出接头vcc3.3v对应的3.3v输入端口)，2个发光二极管ds4的负极分别与芯片u1的53脚、52脚分别相连，发光二级管ds1的负极与cpu处理单元中芯片u1的17脚相连，发光二级管ds2的负极与cpu处理单元中芯片u1的16脚相连，发光二级管ds2的负极接地，蜂鸣器u6的电源输入端与电容c22的一端相连，共端接usb供电模块的5v电源输出端vcc5v，蜂鸣器u6的信号输入端接三极管q2的集电极，三极管q2的发射极与电容c22的另一端相连，共端接地(共端连接有与接地接头gnd对应的接地端口)，三极管q2的基极经电阻r25与cpu处理单元中芯片u1的62脚相连(芯片u1的62脚连接有beep接头)。

通过各个发光二极管和蜂鸣器发出信号指示信息，蜂鸣器提示电路包括蜂鸣器u6、电阻r25，三极管q2和电容c22，由cpu处理单元中芯片u1的端口beep(62脚)来控制三极管q7导通或者截止，控制蜂鸣器是否工作。

所述主从机通信模块包括通信端口p4、p5，通信端口p4的1脚接地(连接有与接地接头gnd对应的接地端口)，通信端口p4的2脚分别接电容c21的一端、电阻r21的一端和电阻r22的一端，电阻r21的另一端接供电模块的3.3v电源输出端vcc3.3v，电阻r22的另一端接usb供电模块中的5v电源输出端vcc5v，通信端口p4的3脚与cpu处理单元中芯片u1的16脚相连，通信端口p4的4脚与cpu处理单元中芯片u1的17脚相连，通信端口p4的5脚接地，通信端口p4的8脚与cpu处理单元中芯片u1的23脚相连，通信端口p4的9脚与cpu处理单元中芯片u1的24脚相连，通信端口p5的1脚与cpu处理单元中芯片u1的20脚相连，通信端口p5的3脚与cpu处理单元中芯片u1的21脚相连，通信端口p5的5脚与cpu处理单元中芯片u1的22脚相连，通信端口p5的2脚、4脚、6脚并联接地。

通信端口p4和p5组成标准通信模块接口电路，能够连接多种通信模块，例如rs485通信模块，433无线通信模块和以太网通信模块等，实现主机与从机双向通信。

电阻r21、r22和电容c21组成电源选择及输入滤波电路，可根据通信模块的不同选择相匹配的工作电源(3.3v电源和5v电源)。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、供电方式简单：直接通过usb连接，方式简单；

2、通信方式简单：使用usb转串口，实现主机与电脑通信；

3、操作简单：只需要将主机通过usb线与电脑连接。

4、适应能力强：可以根据现场不同需求采用433无线、rs485或以太网通信，相比于单一的无线通信，传输数据方式更加灵活，也更加安全，在无线通信干扰较强的情况下，可选择rs485或者以太网通信，避免通信出现干扰；

5、经济实用：不需要外加其他配套设备，主机工作只需要通过usb同时提供供电和通信，降低成本。