一种TTL电平串口远距离传输电路及其实现方法与流程

本发明属于远距离通讯传输，特别是涉及一种ttl电平串口远距离传输电路及其实现方法。

背景技术：

1、目前无论是在工业还是军事通讯领域中，都存在远距离传输数据的业务需求。虽然数据量不大，也可以使用无线传输的方式实现。但是由于一般系统的核心板上的cpu都是基于ttl电平的通用异步串行接口（usart），其电压等级大多数是3.3v、5v、1.8v等低电压。在长距离，超过1公里距离，线路上的损耗会非常大，电压将降低到高电平阈值以下。接收方根本不能接收到可靠的数据。

2、工业中，现有通讯的方案分为有线和无线两种。无线通讯方案一般适用于近距离通讯，距离一般不超过100米，而适合远距离传输的无线技术方案，普遍都存在架设成本高、技术难度大、容易泄密被监听等问题。而现有成熟的远距离数据通讯/传输技术，例如rs485、工业以太网、can总线、光缆等。rs485和can总线采用差分通讯技术，抗干扰能力强，架设技术难度低，但是对传输线材有着特殊要求，必须采用屏蔽双绞线作为传输介质，当通讯距离大于一公里以后，通讯速率不能太高，一般波特率只能做到2400bps。工业以太网方案相对来说通讯速度可以满足绝大多数对通讯速度的应用需求，但需要在通讯线路中增加中继，成本大大增加,并且存在技术复杂度高，编程难度大的问题。而光缆通讯需要用的是光纤通讯而不是普通的电缆，材料成本也很高，光纤本身质地机械强度差，对布线有一定要求，折弯半径不能小于20厘米，总线供电比较难实现。

3、现有的通讯技术中，由于长线通讯，线路阻抗的增加，导致线路末端的电压严重下降，为了提高可靠性，需要改成485或者can等适合长距离通讯方式，增加了硬件设计复杂度，同时为了降低误码率，在现有的硬件条件下，只能设计复杂的通讯协议，增加应答模式，减少一次性传输数据的内容，改为其它无线通讯方式或者隔离通讯方式，又造成了施工难度，施工成本的增加，为此我们提出一种ttl电平串口远距离传输电路及其实现方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ttl电平串口远距离传输电路及其实现方法，解决现有的ttl电平串口远距离传输中由于长线传输，线路阻抗的增加，导致线路末端的电压下降严重，并且在复杂工况、强干扰电磁环境下会造成通讯误码率的提高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种ttl电平串口远距离传输电路，包括发送端电路，以及接收端电路，所述发送端电路与接收端电路直接通过传输总线连接，所述传输总线包括一个网络中心节点以及若干个无线终端，所述网络中心节点与发送端电路连接，所述网络中心节点与若干个无线终端连接，每个所述无线终端分别对应一个接收端电路；

4、所述发送端电路包括ttl电平发送端，所述ttl电平发送端与第一电压比较模块连接，所述第一电压比较模块与第一电压转换模块连接，所述第一电压转换模块与传输总线连接；

5、所述接收端电路包括高电平接收端，所述高电平接收端与传输总线连接，且所述高电平接收端与第二电压比较模块连接，所述第二电压比较模块与第二电压转换模块连接。

6、优选的，所述发送端电路通过uart芯片发送ttl电平信号，所述第一电压比较模块为电压比较器，所述第一电压转换模块为高速三极管，所述uart芯片的发送端tx后面与电压比较器的反向输入端in-连接，电压比较器的正向输入端in+接入固定比较电平，电压比较器与高速三极管连接。

7、优选的，所述第二电压比较模块同样为电压比较器以及固定比较电平，所述第二电压转换模块为光电耦合器，所述高电平rx引脚与第二电压比较器的反向输入端in-连接，电压比较器的正向输入端in+接入固定比较电平，同时电压比较器与光电耦合器连接。

8、优选的，所述固定比较电平是外置电位器调整的电平，或者是一个电压基准固定的一个电平。

9、优选的，所述光电耦合器连接有隔离电源。

10、一种ttl电平串口远距离传输电路的实现方法，包括以下步骤：

11、s1、uart芯片发送ttl电平连接至第一电压比较模块，第一电压比较模块将5v的ttl电平和参考电压进行比较，输出一个与ttl发送端信号逻辑相反的信号电平；

12、s2、逻辑相反的信号电平进入第一电压转换模块，转化为与总线电压幅值相同的高电平信号，并且再次做逻辑翻转，送入总线形成与发送端逻辑同向，但电压等级与总线电压高度相同的信号，该信号远距离传输至接收端电路；

13、s3、高电平接收端接收总线远距离传输至此的高压信号，并连接至第二电压比较模块，第二电压比较模块中对高压信号与参考电压作比较，输出一个与高压信号逻辑相反的信号电平；

14、s4、将上述逻辑相反的信号电平连接至第二电压转换模块，转化为同向的ttl逻辑电平信号。

15、优选的，所述步骤s1中第一电压比较模块具体工作步骤如下所示：

16、s1.1、将发送端5v的ttl电平输出至第一电压比较模块，第一电压比较模块将5v的ttl电平通过与固定比较电平进行比较；

17、s1.2、若ttl电平高于固定比较电平，则第一电压比较模块输出一个逻辑低的低电平；若ttl电平低于固定比较电平，则第一电压比较模块输出一个逻辑高的高电平。

18、优选的，所述步骤s2中第一电压转换模块的具体工作流程包括以下步骤：第一比较模块将低电平输出至第一电压转换模块，第一电压转换模块将低电平转换成与总线电压相等的高电压；第一比较模块将高电平输出值第一电压转换模块，第一电压转换模块将高电平转换成0伏的低电平，在此第一比较模块处，逻辑关系恢复成与ttl信号逻辑关系相同，提高至远距离供电的总线电压。

19、优选的，所述步骤s3中，高电平接收端在接收总线传输的电平时，由于线路损耗，信号电平电压降低3v-5v的幅度，所述总线上的信号电平比ttl电平高，裕量大，所述高电平接收端仍正确识别逻辑“1”和逻辑“0”。

20、优选的，所述高电平接收端接收总线电压后接入第二电压比较模块，正确识别处逻辑高和逻辑低电平后，送入下一级的第二电压转换模块，再次恢复成兼容ttl电平的电压幅值。

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明通过设置发送端电路以及接收端电路，发送端电路将需要发送的ttl电平信号与预设的参考电压进行比较，并根据比较的结果输出与ttl电平信号相反的信号电平，并将该信号电平通过电压转换模块进行转换，得到与传输总线电压幅值相同的高电平信号，因此该高电平信号在保证经过长距离传输后，但是由于总线上的信号电平本身高于ttl电平很多，裕量足够大，所以仍然可以被接收端的电路正确识别出逻辑“1”和逻辑“0”，识别后的高电平信号被接收端电路接收后输入项羽发送端电路相同的电压比较器中与参考电压作比较，同样是变成逻辑相反的信号输入电压转换模块，把高压总线信号转换回同向的ttl逻辑电平信号，此电路与传统长距离通讯方案相比，本发明具有成本低，原理简单，工程施工难度小，速度快等优点。并且由于节省了中间的接口转换功能模块的电路，例如转为485、can等接口，在程序设计上不需要额外的软件开销，间接地也减少了软件设计的复杂度，降低了通讯故障的可能性。