专利名称：一种mcu电平与两线制通信的转换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种通信转换电路，特别是涉及一种MCU电平与两线制通信的转换电路。
背景技术：
在火灾报警、远距离监控、数据采集等领域，在烟感探测器、红外探测器、数字电表或流量计的信号与MCU的通信方面，如果采用RS485、CANBUS等，则组网对分支的长度有着苛刻的要求，而且成本较高；如果采用MBUS电路，虽然有集成芯片做从机，但是主机电路比较复杂且价格昂贵，接口用RS232与MCU连接，还需要转换；如果采用CMBUS电路，其返回信号为7v电压信号，在总线长度涉及一定负载的时候，依靠电容存储的能量来维持信号的返回，无法保证信号的质量。基于以上模式的种种缺陷，二总线通信的应用越来越广泛。两条总线之间的电压为24V，MCU通过转换器将24V电压信号发送到二总线上，转换器接收二总线上反馈的电流信号并转换成MCU识别的信号传送给MCU。二总线具有智能跟踪自动编码、远距离检测、同时传输信号和功率、节点无需单独供电和回路节点数目可根据规模增减等特点，是一种结构简单、高可靠性、自动同步编码解码通信、多个模拟量转换成数字量并远距离串行传输的通信系统。二总线上实现了电源和信号的传输，二总线上的负载可以不分极性地与之并联，采用两线制取代四线制可以节省两根电缆，大大降低成本。目前，转换器的转换电路包括发送电路和接收电路，用于提供MCU端口与24V两线制的信号转换。其中，发送电路用于将单片机的端口电平转换成24V两线制电压信号，发送电路由开关管进行控制总线电压，开关管导通时，总线上为24V电压；开关管截止时，总线上没有电压。接收电路用于将返回的电流信号转换成单片机可以接收的电平信号，其通过50Ω、250Ω或500Ω等精密电阻转换成I 5V的模拟电压信号，并加滤波和输出限幅保护电路。这种电路使用的电阻阻值大、分担总线上的电压大、热损耗大，从而导致功耗大、可靠性低、带负载少等缺陷。
发明内容本实用新型就是为了解决现有转换电路高功耗、可靠性低、带负载少的技术问题，提供了一种低功耗、可靠性高、带负载多的MCU电平与两线制通信的转换电路。本实用新型提供的MCU电平与两线制通信的转换电路，其包括发送电路和接收电路，其中，发送电路用于将电平信号转换成电压信号；接收电路用于将电流信号转换成电平信号。本实用新型优选的技术方案是，发送电路包括:隔离电路，传送电平信号并隔离外界干扰；开关管，接收经隔离电路传送的电平信号并导通或截止；供电电源，在开关管的导通和截止的控制信号作用下输出电压。本实用新型进一步优选的技术方案是，接收电路包括:钳位电路，用于使电压确定在固定值上；电流电压转换电路，接收电流信号并将其转换为电压信号；放大电路，放大来自电流电压转换电路的电压信号；整形电路，接收来自放大电路的电压信号并对其进行整形，输出电平信号；隔离电路，传送来自整形电路输出的电平信号，同时隔离外界干扰。本实用新型再进一步优选的技术方案是，电流电压转换电路包括第七电阻和第二电容，第七电阻一端连接电流信号且另一端与电源地连接；第二电容并联在第七电阻的两端。本实用新型更进一步优选的技术方案是，放大电路由运算放大器、第九电阻、第三电容、第八电阻和第十电阻构成，运算放大器的同相输入端与电流电压转换电路的输出端连接，第九电阻的一端与运算放大器的反相输入端连接且另一端与运算放大器的输出端连接，第三电容并联在第九电阻的两端，第八电阻的一端与电源地连接且另一端与运算放大器的反相输入端、第九电阻和第三电容的公共连接端连接，运算放大器的输出端通过第十电阻与电源连接。本实用新型再更进一步优选的技术方案是，整形电路包括电压比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一二极管和稳压二极管，电压比较器的输出端通过第三电阻与电源连接，电压比较器的正输入端通过第二电阻接电源地，第一电容并联在第二电阻两端，电压比较器的正输入端、第二电阻和第一电容三者之间的公共连接端与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与电压比较器的负输入端连接；第一电阻与第一二极管之间的节点通过稳压二极管与电源地连接，放大电路的输出端与第一电阻、第一二极管和稳压二极管的公共连接端连接。本实用新型的有益效果是，本实用新型的接收电路包括钳位电路、电流电压转换电路(I/V转换)、放大电路、整形电路和隔离电路。其中，电流电压转换电路(I/V转换)采用了阻值很小的电阻，实现电流电压转换。由于电阻阻值小，同样电流的情况下，分担二总线上的电压小、发热少、热损耗小、可靠性高；整形电路采用二极管包络检波与电压比较器组合的方式，对放大后的信号进行整形，输出电平信号，通过隔离电路隔离后，直接接入MCU电平端口 ；二极管包络检波具有自适应功能，当二总线上的负载电流变化时，能够准确检测到信号，同时对采样电阻的精度及温漂要求低。此外，本实用新型带负载能力强，维修方便。本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式
的描述中，得以清楚地记载。
图1是本实用新型的原理示意图；图2是本实用新型钳位电路、电流电压转换电路和放大电路的示意图；图3是本实用新型整形电路的示意图。附图符号说明:100.本实用新型；101.24V电源；102.开关管；103.隔离电路；104.钳位电路；105.电流电压转换电路；106.放大电路；107.整形电路；108.隔离电路；R1、R2、R3、R7、R8、R9、RlO分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；Cl、C2、C3分别为第一电容、第二电容、第三电容；D1、D2、D3为第一二极管、第二二极管、第三二极管；ZD1为稳压二极管；U1为电压比较器；U2为运算放大器；+VDD为电源；V0UT为放大电路106的输出端；L-为二总线的返回端；L+为二总线的电源接收端。
具体实施方式
以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，MCU发送端口发出的数据，经隔离电路103、开关管102和24V电源101后，转变成24V和OV的脉冲。在空闲时刻，二总线上为24V ;在发送数据时，MCU控制端口控制接收端口为固定电平，当数据发送完成后，二总线空闲一段时间，然后释放MCU电平控制端口，MCU接收端口可以接收电平的变化，数据接收时，二总线处于空闲状态。本实用新型100包括发送电路和接收电路，其中发送电路包括24V电源101、开关管102和隔离电路103。MCU电平端口与隔离电路103、开关管102、24V电源101依次顺序连接。24V电源101的输出端与二总线的电源接收端L+连接；隔离电路103接收来自MCU的端口电平信号并隔离外界干扰；开关管102接收经隔离电路103传送的电平信号并导通或截止；供电电源101在开关管102的导通和截止的控制信号作用下，向二总线提供工作电压。接收电路包括钳位电路104、电流电压转换电路105、放大电路106、整形电路107和隔离电路108。钳位电路104、电流电压转换电路105、放大电路106、整形电路107、隔离电路108和MCU电平端口依次顺序连。二总线的返回端L-与钳位电路104的输入端连接。钳位电路104用于使二总线上的电压确定在固定电平上；电流电压转换电路105接收二总线返回的电流信号并将其转换为电压信号；放大电路106放大来自电流电压转换电路105的电压信号；整形电路107接收来自放大电路106的电压信号并对电压信号进行整形，输出电平信号；隔离电路108接收来自整形电路107输出的电平信号并传送给MCU电平端口，同时隔离外界干扰。MCU 端口可以是 8051、PIC、MSP430、arm 等的 I/O 端口。下面结合图2和图1对电流电压转换电路105和放大电路106进行说明。电流电压转换电路105包括:电阻R7，连接在二总线的返回端L-与电源地之间；电容C2，并联在电阻R7的两端。放大电路106包括:运算放大器U2，其同相输入端与二总线的返回端L-连接；电阻R9，其一端与运算放大器U2的反相输入端连接，另一端与运算放大器U2的输出端连接；电容C3，并联在电阻R9的两端；电阻R8，其一端与电源地连接，另一端与运算放大器U2的反相输入端、电阻R9和电容C3的公共连接端连接；电阻R10，运算放大器U2的输出端通过RlO与电源+VDD连接。钳位电路104采用反并联的二极管，用于防止二总线上的电压突变，其包括:二极管D2，与电阻R7并联，其阳极与电阻R7的一端电源地连接，其阴极与电阻R7的另一端连接；二极管D3，与电阻R7并联，其阴极与电阻R7的一端电源地连接，其阳极与电阻R7的另
一端连接。如图2所示的整个电路的输入为运算放大器U2的同相输入端，即二总线的返回端L-;输出为运算放大器U2输出端，即V0UT。电流电压转换电路105的电阻R7采用小阻值电阻，电阻R7两端存在压降，实现了二总线的返回端L-发送的电流向电压的转换，电阻R7两端的电压反映了二总线的返回端L-电流的变化，此时转换的电压值很小；然后通过放大电路106的运算放大器U2实现转换后电压的放大，放大的电压从VOUT输出，放大电路106采用同相放大电路，输入阻抗高且吸收电流小。下面结合图3、图2和图1对整形电路107进行说明。整形电路107包括，电压比较器U1，电压比较器Ul的输出端通过电阻R3与电源+VDD连接；电压比较器Ul的正输入端通过电阻R2接电源地，电容Cl并联在电阻R2两端；电压比较器Ul的正输入端、电阻R2和电容Cl三者之间的公共连接端与二极管Dl的阴极连接，二极管Dl的阳极与电阻Rl的一端连接，电阻Rl的另一端与电压比较器Ul的负输入端连接；电阻Rl与二极管Dl之间的节点，通过稳压二极管ZDl与电源地连接；放大电路106的输出端VOUT与电阻R1、二极管Dl和稳压二极管ZDl的公共连接端连接。整形电路107采用二极管包络检波与电压比较器组合的方式对放大电路106放大的信号进行整形(A/D转换)，输出电平信号，通过隔离电路108隔离后，直接接入MCU电平端口。二极管包络检波具有自适应功能，当二总线上的负载电流变化时，能够准确检测到信号，同时对采样电阻的精度及温漂要求低。以上对本实用新型实施例的具体描述中，隔离电路103、隔离电路108和24V电源101都使用现有技术。24V电源101不限于提供24V电压的电源，还可以是可适用二总线正常工作的其他电压的电源。以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡是在本实用新型的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于，包括发送电路和接收电路，其中，所述发送电路用于将电平信号转换成电压信号；所述接收电路用于将电流信号转换成电平信号。
2.根据权利要求1所述的MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于，所述发送电路包括: 隔离电路，传送电平信号且隔离外界干扰； 开关管，接收经所述隔离电路传送的电平信号并导通或截止； 供电电源，在所述开关管的导通和截止的控制信号作用下，输出电压。
3.根据权利要求1或2所述的MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于，所述接收电路包括: 钳位电路，用于使所电压确定在固定值上； 电流电压转换电路，接收电流信号并将其转换为电压信号； 放大电路，放大来自所述电流电压转换电路的电压信号； 整形电路，接收来自所述放大电路的电压信号并对其进行整形，输出电平信号； 隔离电路，传送来自所述整形电路输出的电平信号，同时隔离外界干扰。
4.根据权利要求3所述的MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于: 所述电流电压转换电路包括第七电阻和第二电容，所述第七电阻一端连接电流信号且另一端与电源地连接；所述第二电容并联在所述第七电阻的两端。
5.根据权利要求3所述的MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于: 所述放大电路由运算放大器、第九电阻、第三电容、第八电阻和第十电阻构成，所述运算放大器的同相输入端与所述电流电压转换电路的输出端连接，所述第九电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接且另一端与所述运算放大器的输出端连接，所述第三电容并联在所述第九电阻的两端，所述第八电阻的一端与电源地连接且另一端与所述运算放大器的反相输入端、所述第九电阻和所述第三电容的公共连接端连接，所述运算放大器的输出端通过所述第十电阻与电源连接。
6.根据权利要求3所述的MCU电平与两线制通信的转换电路，其特征在于: 所述整形电路包括电压比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第一二极管和稳压二极管，所述电压比较器的输出端通过所述第三电阻与电源连接，所述电压比较器的正输入端通过所述第二电阻接电源地，所述第一电容并联在所述第二电阻两端，所述电压比较器的正输入端、所述第二电阻和所述第一电容三者之间的公共连接端与所述第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述电压比较器的负输入端连接；所述第一电阻与所述第一二极管之间的节点通过所述稳压二极管与电源地连接，所述放大电路的输出端与所述第一电阻、所述第一二极管和所述稳压二极管的公共连接端连接。
专利摘要本实用新型涉及一种MCU电平与两线制通信的转换电路，其解决了现有转换电路高功耗、可靠性低、带负载少的技术问题，其包括发送电路和接收电路，发送电路用于将MCU的端口电平转换成使二总线工作的电压信号，接收电路用于将二总线返回的电流信号转换成MCU可以识别接收的电平信号，其中接收电路包括钳位电路、电流电压转换电路、放大电路、整形电路和隔离电路，本实用新型广泛用于二总线与MCU的通信。
文档编号H03K19/0185GK202978888SQ20122063736
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者张 杰, 孔向上, 吕以娜 申请人:威海凯瑞电气技术有限公司