一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路。

背景技术：

现在一般把提供电源的作为主机，把与主机连接的作为从机，因为有些从机不能通过与主机的连接获得电源或通过与主机连接获得的电源并不可靠，只能提前配备后备电源，这增加了电路的复杂性和从机在电源方面的局限性；在主机与从机间的通信中，除双方的主控芯片外，主从之间的通信还需要借助通信芯片才能完成数据之间的传输，搭载电路复杂、受干扰性强、有效传输距离短、功耗大，不利于主从双方高效、可靠地进行信息交互，且通信芯片一般售价较高，大大地增加了整个通信链路的建设成本。

技术实现要素：

本发明提供一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路，解决了采用分离元器件搭建的主机接口逻辑电路和从机接口逻辑电路，利用电路中电流的变化分别对应“1”和“0”的逻辑特性，实现主机与从机远距离通信的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路，包括主机接口模块和从机接口模块，所述主机接口模块设有主机主控芯片，及连接所述主机主控芯片的通信输出端、通信输入端的主机通信输入端、主机通信输出端，还设有主从通信控制子电路、从主通信控制子电路及主从连接接口，所述从机接口模块设有从机主控芯片，及连接所述从机主控芯片的通信输出端、通信输入端的从机通信输入端、从机通信输出端，还设有整流稳压储能子电路、主从双向通信控制子电路及从主连接接口；

所述主机通信输出端连接所述主从通信控制子电路后连接所述主从连接接口的主机输出端，所述主从连接接口的主机输入端连接所述从主通信控制子电路后连接所述主机通信输入端；

所述从主连接接口的第一从机连接端与第二从机连接端连接所述整流稳压储能子电路后连接所述从机主控芯片，在所述整流稳压储能子电路的整流电压输出端与所述从机通信输入端、从机通信输出端之间连接有所述主从双向通信控制子电路；

所述主从连接接口的主机输出端、主机输入端分别连接所述从主连接接口的第一从机连接端、第二从机连接端或所述主从连接接口的主机输出端、主机输入端分别连接所述从主连接接口的第二从机连接端、第一从机连接端。

具体地，所述主从通信控制子电路设有第一三极管、第二三极管、第一保护电阻、第二保护电阻、第三保护电阻；所述第一保护电阻连接所述第一三极管的基极，所述第一三极管的发射极接地，集电极连接第二保护电阻后连接所述第二三极管的基极，所述第二三极管的发射极连接第一工作电源，所述第二三极管的集电极连接所述第三保护电阻后连接所述主从连接接口的主机输出端。

具体地，所述从主通信控制子电路设有第三三极管、第四保护电阻、第五保护电阻、第一上拉电阻、第一采样电阻、第二采样电阻；

所述主从连接接口的主机输入端连接所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的共同连接端，所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的另一共同连接端接地，所述第一采样电阻与所述第二采样电阻的共同连接端连接所述第四保护电阻后连接所述第三三极管的基极，所述第三三极管的发射极接地，集电极连接所述第五保护电阻的一端和所述第一上拉电阻的一端，所述第五保护电阻的另一端连接所述主机通信输出端，所述第一上拉电阻的另一端连接第二工作电源。

具体地，所述整流稳压储能子电路设有第六保护电阻、稳压二极管、第一肖特基二极管、第二肖特基二极管、稳压芯片、电解电容；

所述从主连接接口的第一从机连接端连接所述第六保护电阻后连接所述稳压二级管的负极端和所述第一肖特基二极管的公共端，所述从主连接接口的第二从机连接端连接所述稳压二级管的正极端和所述第二肖特基二极管的公共端；

所述第一肖特基二极管的正极端与所述第二肖特基二极管的正极端共同连接所述稳压芯片的第一连接端和所述整流电压输出端，所述第一肖特基二极管的负极端与所述第二肖特基二极管的负极端共同连接所述稳压芯片的第二连接端，所述稳压芯片的第三连接端和第四连接端分别连接所述电解电容的正极端和负极端，所述电解电容的正极端与所述从机主控芯片的电源端还连接第三供电电源，所述电解电容的负极端还连接所述从机主控芯片的接地端。

具体地，所述双向通信控制子电路设有第四三极管、第五三极管、第六三极管、第七三极管、第一分压电阻、第二分压电阻、第七保护电阻、第八保护电阻、第九保护电阻、第十保护电阻、第十一保护电阻、第十二保护电阻、第一电容和第二电容。

具体地，所述整流电压输出端连接所述第一分压电阻的一端和所述第七保护电阻的一端，所述第一分压电阻的另一端连接所述第二分压电阻的一端和所述第四三极管的基极，所述第二分压电阻的另一端连接所述第四三极管的发射极、所述第五三极管的发射极、所述第六三极管的发射极，所述第四三极管的集电极连接所述第七三极管的基极和所述第八保护电阻的一端，所述第七三极管的集电极连接所述第九保护电阻的一端、所述第一电容的一端、所述从机通信输出端，所述第一电容的另一端连接所述第七三极管的发射极且发射极接地；

所述第七保护电阻的另一端连接所述第五三极管的集电极，所述第五三极管的基极连接所述第六三极管的集电极和所述第十保护电阻的一端，所述第六三极管的基极连接所述第十一保护电阻后连接所述第十二保护电阻的一端、所述第二电容的一端和所述从机通信输入端，所述第二电容的另一端接地；

所述第八保护电阻的另一端、所述第九保护电阻的另一端、所述第十保护电阻的另一端、所述第十二保护电阻的另一端连接所述从机主控芯片的电源端。

优选地，所述主从连接接口与所述从主连接接口之间通过双绞线连接。

具体地，所述第一三极管、所述第三三极管、所述第四三极管、所述第五三极管、所述第六三极管、所述第七三极管为npn型三极管，所述第二三极管为pnp型三极管。

本发明提供的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路，利用电路中电流的高、低电平的变化分别对应“1”、“0”的逻辑特性，采用常用的分离元器件如三极管、电阻、电容等，原理简单易搭建，同时节省了主机接口模块与从机接口模块的通信芯片，成本低，经济实惠；主机能够给从机提供电源，具有即插即用的特性，从机无需后备电源；主机与从机之间的通信线路用双绞线连接，采用电流驱动的方式，抗干扰能力强，传输距离远；从机的连接接口采用整流桥电路，接口不分正负，方便操作人员连接，相比传统的方式，能够避免操作人员接反从而造成从机不能工作；主机与从机之间的通信方式采用标准的uart通信，线路连接方便、简洁；不管是主机向从机通信时还是从机向主机通信时还是双方都处在空闲状态时，整个主机与从机之间的通信接口电路的功耗都极低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路的主机接口模块的电路图；

图2是本发明提供的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路的从机接口模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下元器件的取值大小仅为较佳实施例，不构成对本发明保护范围的限制。

参见，图1是本发明实施例提供的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路的主机接口模块的电路图，图2是本发明提供的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路的从机接口模块的电路图。

在本实施例中，所述的一种用于远距离通信的电流环接口逻辑电路，包括主机接口模块1和从机接口模块2，所述主机接口模块1设有主机主控芯片10，及连接所述主机主控芯片10的通信输出端txd-a、通信输入端rxd-a的主机通信输入端txd-b、主机通信输出端rxd-b，还设有主从通信控制子电路11、从主通信控制子电路12及主从连接接口j1，所述从机接口模块2设有从机主控芯片20，及连接所述从机主控芯片20的通信输出端txd-c、通信输入端rxd-c的从机通信输入端txd-d、从机通信输出端rxd-d，还设有整流稳压储能子电路21、主从双向通信控制子电路22及从主连接接口j2；

所述主机通信输出端rxd-b连接所述主从通信控制子电路11后连接所述主从连接接口j1的主机输出端vout1，所述主从连接接口j1的主机输入端vin1连接所述从主通信控制子电路12后连接所述主机通信输入端txd-b；

所述从主连接接口j2的第一从机连接端conj1与第二从机连接端conj2连接所述整流稳压储能子电路21后连接所述从机主控芯片20，在所述整流稳压储能子电路21的整流电压输出端v-rec与所述从机通信输入端txd-d、从机通信输出端rxd-d之间连接有所述主从双向通信控制子电路22；

所述主从连接接口j1的主机输出端vout1、主机输入端vin1分别连接所述从主连接接口j2的第一从机连接端conj1、第二从机连接端conj2或所述主从连接接口j1的主机输出端vout1、主机输入端vin1分别连接所述从主连接接口j2的第二从机连接端conj2、第一从机连接端conj1，因为从主连接接口j2后采用整流桥电路，接口连接时不分正负，方便操作人员连接，相比传统的方式，能够避免操作人员接反从而造成从机接口模块2不能工作。当然，所述主从连接接口j1与所述从主连接接口j2之间通过双绞线连接，采用电流驱动的方式，抗干扰能力强，传输距离远。

具体地，所述主从通信控制子电路11设有第一三极管q1、第二三极管q2、第一保护电阻r1、第二保护电阻r2、第三保护电阻r3；所述第一保护电阻r1连接所述第一三极管q1的基极b，所述第一三极管q1的发射极e接地，集电极c连接第二保护电阻r2后连接所述第二三极管q2的基极b，所述第二三极管q2的发射极e连接第一工作电源12v，所述第二三极管q2的集电极c连接所述第三保护电阻r3后连接所述主从连接接口j1的主机输出端vout1。

具体地，所述从主通信控制子电路12设有第三三极管q3、第四保护电阻r4、第五保护电阻r5、第一上拉电阻rl1、第一采样电阻rs1、第二采样电阻rs2；

所述主从连接接口j1的主机输入端vin1连接所述第一采样电阻rs1与所述第二采样电阻rs2的共同连接端，所述第一采样电阻rs1与所述第二采样电阻rs2的另一共同连接端接地，所述第一采样电阻rs1与所述第二采样电阻rs2的共同连接端连接所述第四保护电阻r4后连接所述第三三极管q3的基极b，所述第三三极管q3的发射极e接地，集电极c连接所述第五保护电阻r5的一端和所述第一上拉电阻rl1的一端，所述第五保护电阻r5的另一端连接所述主机通信输出端rxd-b，所述第一上拉电阻rl1的另一端连接第二工作电源5v。

具体地，所述整流稳压储能子电路21设有第六保护电阻r6、稳压二极管d1、第一肖特基二极管dd1、第二肖特基二极管dd2、稳压芯片u1、电解电容ec；

所述从主连接接口j2的第一从机连接端conj1连接所述第六保护电阻r6后连接所述稳压二级管d1的负极端和所述第一肖特基二极管dd1的公共端dd1_pin3，所述从主连接接口j2的第二从机连接端conj2连接所述稳压二级管d1的正极端和所述第二肖特基二极管dd2的公共端dd2_pin3。这里的第六保护电阻r6、稳压芯片u1、第一肖特基二极管dd1与第二肖特基二极管dd2共同搭建的部分组成整流桥电路，无论所述主从连接接口j1与所述从主连接接口j2怎么接，所述整流电压输出端v-rec永远输出为正，所述第一肖特基二极管dd1的负极端dd1_pin1与所述第二肖特基二极管dd2的负极端dd2_pin1输出永远为负，所以直流电不管接哪个方向，对从机而言都被整流到同一个方向上。

所述第一肖特基二极管dd1的正极端dd1_pin2与所述第二肖特基二极管dd2的正极端dd2_pin2共同连接所述稳压芯片u1的第一连接端u1_pin1和所述整流电压输出端v-rec，所述第一肖特基二极管dd1的负极端dd1_pin1与所述第二肖特基二极管dd2的负极端dd2_pin1共同连接所述稳压芯片u1的第二连接端u1_pin2，所述稳压芯片u1的第三连接端u1_pin3和第四连接端u1_pin4分别连接所述电解电容ec的正极端和负极端，所述电解电容ec的正极端和负极端还连接所述从机主控芯片20的电源端vcpu和稳压器接地端gnd。所述电解电容ec的正极端与所述从机主控芯片20的电源端vcc还连接第三工作电源vcpu，所述电解电容ec的负极端还连接所述从机主控芯片20的接地端gnd。

具体地，所述双向通信控制子电路22设有第四三极管q4、第五三极管q5、第六三极管q6、第七三极管q7、第一分压电阻rdl1、第二分压电阻rdl2、第七保护电阻r7、第八保护电阻r8、第九保护电阻r9、第十保护电阻r10、第十一保护电阻r11、第十二保护电阻r12、第一电容c1和第二电容c2。

具体地，所述整流电压输出端v-rec连接所述第一分压电阻rdl1的一端和所述第七保护电阻r7的一端，所述第一分压电阻rdl1的另一端连接所述第二分压电阻rdl2的一端和所述第四三极管q4的基极b，所述第二分压电阻rdl2的另一端连接所述第四三极管q4的发射极e、所述第五三极管q5的发射极e、所述第六三极管q6的发射极e，所述第四三极管q4的集电极c连接所述第七三极管q7的基极b和所述第八保护电阻r8的一端，所述第七三极管q7的集电极c连接所述第九保护电阻r9的一端、所述第一电容c1的一端、所述从机通信输出端rxd-d，所述第一电容c1的另一端连接所述第七三极管q7的发射极e且发射极e接地；

所述第七保护电阻r7的另一端连接所述第五三极管q5的集电极c，所述第五三极管q5的基极b连接所述第六三极管q6的集电极c和所述第十保护电阻r10的一端，所述第六三极管q6的基极b连接所述第十一保护电阻r11后连接所述第十二保护电阻r12的一端、所述第二电容c2的一端和所述从机通信输入端txd-d，所述第二电容c2的另一端接地；

所述第八保护电阻r8的另一端、所述第九保护电阻r9的另一端、所述第十保护电阻r10的另一端、所述第十二保护电阻r12的另一端连接所述第三工作电源vcpu。

具体地，所述第一三极管q1、所述第三三极管q3、所述第四三极管q4、所述第五三极管q5、所述第六三极管q6、所述第七三极管q7为npn型三极管，所述第二三极管q2为pnp型三极管。

下面对主机接口模块1与从机接口模块2之间的通信过程进行说明，此时所述主从连接接口j1与从主连接接口j2已经建立连接。

主机主动通信：在图1中，当所述主机主控芯片10通过其通信输出端txd-a发送信号，所述主机通信输入端txd-b接收电平为“1”时，所述第一三极管q1导通，所述第二三极管q2导通，主机为从机供电；在图2中，所述第一分压电阻rdl1和所述第二分压电阻rdl2分压，促使所述第四三极管q4导通，所述第七三极管q7截止，由于所述第九保护电阻r9的上拉作用，所述从机通信输出端rxd-d对应电平为“1”；当所述主机主控芯片10通过其通信输出端txd-a发送信号，所述主机通信输入端txd-b发送信号，电平为“0”时，图1中，所述第一三极管q1截止，所述主从连接接口j1的主机输出端vout1没有输出电源；图2中，所述第一分压电阻rdl1和所述第二分压电阻rdl2分压不起作用，导致所述第四三极管q4截止，由于所述整流稳压储能子电路21中的所述电解电容ec的储能作用，所述从机主控芯片20的电源端vcpu不会立即掉电，仍有电源供应，所述第七三极管q7导通，所述从机通信输出端rxd-d对应电平为“0”，这样，就完成了主机到从机通信的逻辑实现。

从机主动通信：图2中，当所述从机主控芯片20的通信输出端txd-c发送信号，所述从机通信输入端txd-d接收电平为“1”时，所述第六三极管q6导通，所述第五三极管q5截止，整个电路消耗电流i，图1中，设定所述第一采样电阻rs1和所述第二采样电阻rs2的等效电阻值为rs，根据u＝i*rs，当u>0.7v时，所述第三三极管q3才导通，电路设计时，为了保证时序所对应，通过选择合适的rs，保证从机发送“1”时，所述第三三极管q3不导通，从而所述主机主控芯片10的通信输入端rxd-a为“1”；同样，所述从机主控芯片20的通信输出端txd-c发送信号“0”时，所述从机通信输入端txd-d接收电平为“0”时，所述第六三极管q6截止，所述第五三极管q5导通，电源通过所述第七保护电阻r7，所述第七三极管q7接地，从机负载变大，导致回路中电流变大，所述第一采样电阻rs1和第二采样电阻rs2流经的电流变大，达到所述第三三极管q3的导通条件，所述主机主控芯片10的通信输入端rxd-a为“0”，这样就完成了从机到主机通信的逻辑实现。

空闲状态：根据串口特性，主机空闲状态时，所述主机主控芯片10的通信输出端txd-a电平输出为高，所述第一三极管q1导通，所述第二三极管q2导通，主机给从机供电；所述主机主控芯片10的通信输入端rxd-a在空闲时为高电平，所述第三三极管q3截止，同时，流经采样电阻rs1和rs2的电流很小，整个主机模块1消耗的电流很小，所以此路功耗很低；从机空闲状态时，所述第四三极管q4和所述第六三极管q6导通，所述第五三极管q5和所述第七三极管q7截止，因为所述第八保护电阻r8和所述第十保护电阻r10的阻值比较大，同时此状态下，第一采样电阻rs1和第二采样电阻rs2不工作，所以整个从机模块2消耗电流很小，所以此路功耗很低。综上，空闲状态时，整个通信电路不会产生很大功耗。

应当指出，主机接口模块1和从机接口模块2在图1、图2中的展示，仅是与本发明相关的一个完整的主机和从机的部分电路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。