單線雙向通信光耦隔離電路的製作方法

2023-12-02 05:06:16 3

專利名稱：單線雙向通信光耦隔離電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光耦隔離通信電路，更具體地說，涉及一種單線雙向通 信光耦隔離電路。
背景技術：
當前，雙向光耦隔離通信通常要佔用設備中主控單元的兩個1/0 口， 一 個用於發送，另一個用於接收。但是，隨著市場上電器快速的發展，例如 家電中的電磁爐、冰箱、空調等，其種類和功能越來越多，因此，其需要多 個控制器，再例如，隨著多頭電磁爐和多頭電磁社等相類似的多設備或系統 的出現，很多用戶要求只用一個顯示控制板控制多個電磁爐的工作，從而使 操作簡化。從工作安全上考慮，多機之間的數據傳輸和電源需要安全隔離， 而且在當今成本壓力不斷加大的形勢下，儘量少佔資源以節省成本顯得十分 必要。

實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述雙向通信難以 用一個控制器控制多個被控裝置且佔用資源多、成本高的缺陷，提供一種可
以實現兩個或兩個以上MCU之間的單個或多個I/O 口間一對一或一對多雙向
隔離通信，且成本低、可靠性高的單線雙向通信光耦隔離電路。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種單線雙向通
信光耦隔離電路，其包括帶有i/o口的第一控制單元，及與所述第一控制單元相連的至少一個被控裝置，且所述每個被控裝置包括與所述第一控制單元 相電連接的第一輸入輸出自動轉換模塊、與所述第一輸入輸出自動轉換模塊 相電連接的光耦隔離模塊、與所述光耦隔離模塊相電連接的第二輸入輸出自
動轉換模塊、及與所述第二輸入輸出自動轉換模塊相電連接的帶有1/0 口的
第二控制單元。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，每個光耦隔離模塊包括兩個光
耦IC1及IC2。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，所述每個第一輸入輸出自動轉 換模塊包括與第一控制單元的I/O 口相連的三極體Ql、 Q3、 Q4，其中，Ql 的基極分別與所述第一控制單元的I/O 口、 Q4、及Q3的發射極相連，Q4的 基極分別與Ql的基極、Q3的發射極相連，Q3的基極與Q2的集電極相連，Q2 的基極與所述IC2的光敏管相連，Q1的發射極與所述IC1的發光二極體相連， 且Ql、 Q4、 Q3的集電極和Q2的發射極均接地。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，所述每個第二輸入輸出自動轉 換模塊包括Q5、 Q6、 Q7、 Q8，其中，Q6的基極與IC1的光敏管相連，Q6的 集電極與Q7的基極相連，Q7的發射極與Q8的基極相連，Q8的發射極和Q5 的基極均與所述第二控制單元的I/O 口相連，Q5的發射極與所述IC2的發光 二極體相連，且Q5、 Q7、 Q8的集電極和Q6的發射極均接地。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，所述Q1、 Q4、 Q3為PNP型三極 管，且Q2為NPN型三極體。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，所述Q5、 Q7、 Q8為PNP型三極 管，且Q6為NPN型三極體。
在上述的單線雙向通信光耦隔離電路中，所述第一控制單元包括MCU1，所述第二控制單元包括MCU2。
實施本實用新型的單線雙向通信光耦隔離電路，通過採用輸入輸出自動
轉換模塊及光耦隔離模塊，使其可以實現單個I/O 口的雙向通信及光耦隔離， 其不僅可實現一對一隔離通信，還可實現一對多隔離通信，本實用新型可大 大減化多機通信所需的大量線纜，降低成本，提高可靠性。


下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中 圖1是本實用新型中單I/O 口的一對一隔離通信的電路結構框圖； 圖2是圖1 一實施例的電路原理圖3是本實用新型中單I/O 口的一對多隔離通信的電路結構框圖。
具體實施方式

參見圖1及圖3所示的單線雙向通信光藕隔離電路結構框圖，其包括第 一控制單元1、 一個或多個被控裝置2。詳見圖1，圖1是本實用新型中單I/O
口的一對一隔離通信的電路結構框圖。
第一控制單元1包括MCU1及I/O 口 ，被控裝置2包括依次連接的第一輸 入輸出自動轉換模塊21、光電隔離模塊、第二輸入輸出自動轉換模塊23、第 二控制單元24，第二控制單元24包括MCU1及I/O 口 。第一控制單元1及第 二控制單元24中的I/O 口都既可以做輸入接收數據，也可以做輸出發送數據， 其詳細電路見圖2所示。
第一輸入輸出自動轉換模塊21包括分別與電源相連的上拉電阻Rl、 R3、 R4、 R5及接地的電阻R2，還包括三極體Q1、 Q2、 Q3、 Q4。其中，Ql的基極分別與第一控制單元1的I/O 口、 Q4、及Q3的發射極相連，Q4的基極 分別與Ql的基極、Q3的發射極相連，Q3的基極與Q2的集電極相連，Q2的 基極與光耦隔離模塊22中的光耦IC2的光敏管相連，Q1的發射極與光耦IC1 的發光二極體相連，且Q1、 Q4、 Q3的集電極和Q2的發射極均接地。且Q1、 Q4、 Q3為PNP型三極體，Q2為NPN型三極體。
第二輸入輸出自動轉換模塊23包括分別與電源相連的上拉電阻R6、 R8、 R9、 R10及接地的電阻R7，還包括三極體Q5、 Q6、 Q7、 Q8。其中，Q6 的基極與IC1的光敏管相連，Q6的集電極與Q7的基極相連，Q7的發射極與 Q8的基極相連，Q8的發射極和Q5的基極均與所述第二控制單元24的I/O 口相連，Q5的發射極與所述IC2的發光二極體相連，且Q5、 Q7、 Q8的集電 極和Q6的發射極均接地。且Q5、 Q7、 Q8為PNP型三極體，Q6為NPN型三極 管。
從圖2可看出，每個光耦隔離模塊22包括兩個光耦IC1及IC2，優選地， 兩個光耦相同，當與光耦相連的三極體導通時，可驅動光耦，從而實現雙向 通信的同時，可以實現光耦隔離。兩個光耦IC1及IC2可以為普通的單路光 耦以降低成本。
其工作原理如下
一、MCU1的I/O 口作為輸出發送數據，MCU2的I/O 口作為輸入接收數 據的過程
當MCU 1的I/O 口輸出高電平時，Ql截止，光耦IC1不工作，Q6的基 極沒有偏置電流和電壓而截止，從而導致Q7、 Q8截止，因MCU2的I/0口為 輸入，則由於上拉電阻R10上拉為高電平，因此，此時的高電平信號傳輸給 了 MCU2。當MCU1的I/O 口輸出低電平時，Ql飽和導通，光耦IC1工作，Q6的基 極得到偏置電流和電壓而飽和導通，從而導致Q7、 Q8飽和導通，MCU2的I/O 口為輸入，則由於Q8飽和導通而將電平拉為低電平，因此，此時的低電平信 號傳輸給了MCU2。
二、 MCU2的I/O 口作為輸出發送數據，MCU1的I/O 口作為輸入接收數 據的過程
因第二輸入輸出自動轉換模塊23與第一輸入輸出自動轉化模塊的電路 是對稱的，本過程與上述過程原理一樣。
當MCU2的I/0 口輸出高電平時，Q5截止，光耦IC2不工作，Q2的基極 沒有偏置電流和電壓而截止、從而導致Q3、 Q4截止，MCU1的I/O 口為輸入， 則由於上拉電阻R5而將電平上拉為高電平，因此，此時的高電平信號傳輸給 了 MCU1。
當MCU2的I/O 口輸出低電平時，Q5飽和導通，光耦IC2工作，Q2的基 極得到偏置電流和電壓飽和導通、從而導致Q3、 Q4飽和導通，MCU1的I/O 口為輸入，則由於Q4飽和導通而將電平拉為低電平，因此此時的低電平信號 傳輸給了MCU1。
本實用新型還可以採用其它的實施方式實現，例如，每個第一輸入輸出 自動轉換模塊及第二輸入輸出自動轉換模塊中的三極體不局限於上述情形， 其均可以採用兩個或兩個以上的三極體以導通驅動光耦，優選地，採用上述 的含有四個三極體的方式。
本實用新型還可以實現一對多隔離通信，這樣可以實現一個控制板控制 多個電器的工作。其實現原理如下
如圖3，其為一對多隔離通信框圖，其包括一個 一控制單元1及多個被控裝置或系統，每個被控裝置或系統的構成與圖l中的被控裝置一樣。當 控制器(相當於主機)要控制某一被控裝置或系統(相當於從機)時，首先 通過I/O 口將一個地址碼和控制命令發送給所有被控裝置或系統，當被控裝 置或系統接收到相匹配的地址時則作出相應的動作回應，沒有與自己相符的 地址碼的被控裝置或系統則不響應，其對應I/O 口始終保持輸入狀態，從而 不影響選中的被控裝置或系統向控制器發送響應數據。所有被控裝置或系統 在沒有接收到控制器的命令時都不主動發數據給控制器，整個過程通過軟體 控制數據發送和接收的時序，可確保數據不發生紊亂。提高了單線雙向通信 的可靠性。
由於MCU1和MCU2中的I/O 口既可作為輸入也可作為輸出口線，通過第 一輸入輸出自動轉換模塊21、第二輸入輸出自動轉換模塊23和光耦隔離模 塊22，本實用新型可以完成單I/0的一對一或一對多的隔離通信，解決了以 往單一 I/O 口在隔離通信中只能作為輸入或輸出一個功能，從而造成MCU資 源緊張的問題。同時，本實用新型的控制裝置與多個被控制裝置或系統之間 為一對多的關係，各個被控制裝置之間是相互獨立的，且被控裝置中也可以 輸出反饋信號給主機以更好的進行控制。而且，本實用新型只需要將多根線 轉換到一根線上並進行隔離即可，這樣簡化了線路，減少了成本，且本實用 新型只需要普通單路光耦、若干電阻及三極體組成輸入輸出自動轉換電路， 電子元器件簡單、價格較低，其也大大簡化了多機通信所需的大量線纜，降 低了整個電路成本，提高了可靠性。
綜上所述，本實用新型可廣泛應用於用一個控制器控制多個需要安全隔 離的被控裝置或系統之間的通信。且通信可靠，成本較低。
權利要求1、一種單線雙向通信光耦隔離電路，包括帶有I/O口的第一控制單元，及與所述第一控制單元相連的至少一個被控裝置，其特徵在於，所述每個被控裝置包括與所述第一控制單元相電連接的第一輸入輸出自動轉換模塊、與所述第一輸入輸出自動轉換模塊相電連接的光耦隔離模塊、與所述光耦隔離模塊相電連接的第二輸入輸出自動轉換模塊、及與所述第二輸入輸出自動轉換模塊相電連接的帶有I/O口的第二控制單元。
2、 根據權利要求1所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在於， 所述每個光耦隔離模塊包括兩個光耦IC1及IC2。
3、 根據權利要求1或2所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在 於，所述每個第一輸入輸出自動轉換模塊包括與第一控制單元的I/O 口相連 的三極體Q1、 Q3、 Q4，其中，Ql的基極分別與所述第一控制單元的I/0口、 Q4及Q3的發射極相連，Q4的基極分別與Ql的基極、Q3的發射極相連，Q3 的基極與Q2的集電極相連，Q2的基極與所述IC2的光敏管相連，Ql的發射 極與所述IC1的發光二極體相連，且Q1、 Q4、 Q3的集電極和Q2的發射極均 接地。
4、 根據權利要求1或2所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在 於，所述每個第二輸入輸出自動轉換模塊包括Q5、 Q6、 Q7、 Q8，其中，Q6 的基極與所述IC1的光敏管相連，Q6的集電極與Q7的基極相連，Q7的發射 極與Q8的基極相連，Q8的發射極和Q5的基極均與所述第二控制單元的I/O 口相連，Q5的發射極與所述IC2的發光二極體相連，且Q5、 Q7、 Q8的集電 極和Q6的發射極均接地。
5、 根據權利要求3所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在於， 所述Q1、 Q4、 Q3為PNP型三極體，且Q2為NPN型三極體。
6、 根據權利要求4所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在於， 所述Q5、 Q7、 Q8為PNP型三極體，且Q6為NPN型三極體。
7、 根據權利要求1所述的單線雙向通信光耦隔離電路，其特徵在於， 所述第一控制單元包括MCU1，所述第二控制單元包括MCU2。
專利摘要本實用新型涉及單線雙向通信光耦隔離電路，其主要包括帶有I/O口的第一控制單元，及與所述第一控制單元相連的至少一個被控裝置，所述每個被控裝置包括與所述第一控制單元相電連接的第一輸入輸出自動轉換模塊、與所述第一輸入輸出自動轉換模塊相電連接的光耦隔離模塊、與所述光耦隔離模塊相電連接的第二輸入輸出自動轉換模塊、及與所述第二輸入輸出自動轉換模塊相電連接的帶有I/O口的第二控制單元。其可實現一對一或一對多的單線雙向通信且為光耦隔離通信，其簡化了多機通信所需的大量線纜、成本低、可靠性高。
文檔編號G08C19/00GK201374120SQ20092013521
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者盧海東, 彭立朝, 徐瑞輝, 梁宏能 申請人:深圳市拓邦電子科技股份有限公司