新風淨化系統雙重通訊保護電路的製作方法

2023-12-11 05:43:22

本發明涉及新風淨化系統雙重通訊保護電路，屬於新風系統技術領域。

背景技術：

新風淨化系統是由風機、進風口、排風口及各種管道和接頭組成的空氣淨化系統，安裝在吊頂內的風機通過管道與一系列的排風口相連，風機啟動時，室內受汙染的空氣會經排風口排出室外，在室內形成負壓，讓室外新鮮空氣經進風口進入室內，並被過濾、滅毒、殺菌、增氧、預熱（冬天），從而使室內的人呼吸到高品質的新鮮空氣。

根據不同限定條件，新風淨化系統有多種分類方式。按通風動力可分為自然通風和機械通風兩種；按通風服務範圍可分為全面通風和局部通風兩種；按氣流方向可分為送（進）和排風（煙）兩種；按通風目的可分為一般換氣通風、熱風供暖、排毒與除塵、事故通風、防護式通風、建築防排煙六種；按動力所處的位置可分為動力集中式、動力分布式兩種。

新風淨化系統具有換氣、除臭、除塵、排溼、調節室溫等多項功能，能夠在不開窗的條件下，為室內人員24小時持續提供清新健康的新鮮空氣，可以避免患空調病或暖氣病，還能避免室內家具衣物等發黴。除了健康，新風淨化系統節能性也很好，尤其是全熱交換機，能夠回收室內汙濁空氣的熱量或冷量，再轉移到被引進的新鮮空氣上，節能效果非常顯著。

目前新風淨化系統在使用過程中主要是使用有線通訊方式，而有線通訊方式在使用過程中容易遭受雷擊、靜電放電和其它電磁現象引起的大瞬變電壓衝擊，極有可能損壞通信埠，如何提供一種能夠特有的通訊方式，能兼顧有線通訊方式和移動無線射頻控制的新風淨化系統，就成為了本領域內技術人員所亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種新風淨化系統雙重通訊保護電路。

本發明的目的將通過以下技術方案得以實現：新風淨化系統雙重通訊保護電路，該新風淨化系統包括新風淨化器和控制器，所述新風淨化器和控制器之間通過通訊模塊進行數據傳輸，所述雙重通訊保護電路包括mcu、無線數據收發模塊、數據收發防串擾電路、雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路、rs485和有線保護電路，所述mcu與無線數據收發模塊、雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路和數據收發防串擾電路電性連接，所述rs485與雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路、數據收發防串擾電路和有線保護電路電性連接。

優選地，所述無線數據收發模塊的第1管腳vcc端連接5v電源端，第2管腳gnd端接地，第三管腳rx信號接收端與電阻r9的第一端電性連接，電阻r9的第二端與mcu的數據發送端電性連接，第4管腳tx信號輸出端與電阻r11的第一端電性連接，電阻r11的第二端與mcu的數據接收端電性連接。

優選地，所述雙電源隔離及有線數據接收電路包括電阻r10、光耦u4和電阻r8，電阻r10的第一端與vcc電源端電性連接，第二端與光耦u4的第1管腳電性連接，光耦u4的第3管腳通過信號隔離二極體d3與rs485的第1管腳ro電性連接，光耦u4的第4管腳接地，光耦u4的第5管腳通過電阻r8連接+5v電源端，光耦的第6管腳連接+5v電源端，

優選地，所述數據收發防串擾電路包括光耦r6、電阻r15和電阻r17，電阻r17的第一端與mcu的有線收發控制端電性連接，電阻r17的第二端與光耦u6的第1管腳電性連接，光耦u6的第2管腳接地，光耦u6的第3管腳與rs485的第2管腳re、第3管腳de電性連接，，光耦u6的第3管腳通過電阻r18接地，電阻r18的第二端接地，光耦u6的第4管腳與電阻r15的第一端電性連接，電阻r15的第二端與vcc電源端電性連接。

優選地，所述雙電源隔離及有線數據發送電路包括光耦u1、電阻r1、電阻r6和電阻r2，光耦u1的第1管腳通過電阻r2連接+5v電源端，光耦u1的第3管腳與mcu的數據發送端電性連接，光耦u1的第4管腳接地，光耦u1的第5管腳與電阻r6、電阻r1的第一端電性連接，電阻r6的第二端與rs485的第4管腳di電性連接，電阻r1的第二端與vcc端電性連接，光耦u1的第6管腳與vcc端電性連接。

優選地，所述rs485的第5管腳gnd接地，第8管腳vcc與電容c7的第一端電性連接，電容c7的第二端接地，第6管腳和第7管腳與所述有限保護電路電線連接。

優選地，所述有線保護電路包括電阻r21、電阻r22、電阻r16、電阻r19、電阻r20、sw1開關、tvs管和f1氣體放電管，所述tvs管包括相互串聯的d10、d6和d8，所述tvs管和f1氣體放電管並聯，所述電阻r16的第一端與rs485的第7管腳電性連接，第二端分別與電阻r21和r22的第一端電性連接，電阻r21的第二端接地，電阻r22的第二端與d10的負極電性連接，d10的正極接地，電阻r19的第一端與vcc電源端電性連接，電阻r19的第二端與swi開關、電阻r20的第一端電性連接，電阻r20的第二端與d6的負極電性連接，d6的正極接地，電阻r20的第二端還與sw1開關的第2管腳與rs485的第6管腳電性連接。

優選地，光耦u4的第3管腳與信號隔離二極體d3的正極電性連接，信號隔離二極體d3的負極與rs485的第1管腳ro電性連接。

優選地，所述mcu的輸入電源為5v。

優選地，所述控制器包括無線控制器和有線控制器，所述無線控制設備包括遙控器和含433mhz的智能設備，所述有線控制器包括86盒線控版和含rs485的智能設備，所述無線控制器通過433mhz無線通訊模塊和防串擾電路與新風淨化器內的mcu進行數據傳輸，所述有線控制器通過有限通訊保護電路、rs有限通訊模塊和防串擾電路與新風淨化器內的mcu進行數據傳輸。

本發明技術方案的優點主要體現在：該新風淨化系統雙重通訊保護電路設計精巧，結構簡單，在使用過程中提供了一種特有的通訊方式，即433mhz無線射頻與有線通訊既可以同時共存使用也可以單獨使用的通訊方式，解決了客戶既需要固定的有線控制也需要移動的無線射頻控制的難題。防串擾電路可防止433mhz無線通訊模塊與rs485有線通訊模塊共存時信號間相互幹擾，導致新風淨化器的mcu收不到正確的信號。有線通訊保護電路可防止靜電放電、快速瞬變和電湧對整個通訊系統以及新風淨化器mcu造成不可恢復的破壞。

附圖說明

圖1是本發明新風淨化系統的原理圖。

圖2是本發明新風淨化系統雙重通訊保護電路的電路圖。

具體實施方式

本發明的目的、優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進行圖示和解釋。這些實施例僅是應用本發明技術方案的典型範例，凡採取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發明要求保護的範圍之內。

本發明揭示了一種新風淨化系統雙重通訊保護電路，如圖1所示，該新風淨化系統包括新風淨化器和控制器，所述新風淨化器和控制器之間通過通訊模塊進行數據傳輸。所述控制器包括無線控制器和有線控制器，所述無線控制設備包括遙控器和含433mhz的智能設備，還包括新風控制器手持版，當無線控制設備需要與新風淨化設備數據交流時，無線控制設備將數據信息按固定協議整合到數據包中並壓縮將其調製到433mhz的載波上，通過無線的方式將數據發送到新風淨化器端，新風淨化器檢測到433mhz的載波上後，將載波上的數據解調並按固定協議解壓縮剝離數據，從而獲得原始數據，而後新風淨化器利用原始數據進行無線控制設備的需求進行操作，操作完畢後，反向重複上述過程，即數據從新風淨化器端打包壓縮、調製、發送到無線控制設備端，無線控制設備端經解調、解壓數據包獲取到當前新風淨化器的狀態信息，這樣就可完成無線控制設備與新風淨化設備數據交流過程。

所述有線控制器包括86盒線控版和含rs485的智能設備，當有線控制設備需要與新風淨化設備數據交流時，有線控制設備將數據信息按固定協議整合到數據包中，rs485將數據包轉換成電壓差分信號上傳到rs485總線上，數據到達新風淨化設備端後，經過有線通訊保護電路到達rs485通訊模塊上，rs485通訊模塊將差分的信號轉換成二進位的數據，而後新風淨化設備的mcu將數據包解壓縮，從而獲得原始數據，而後新風淨化器利用原始數據進行有線控制設備的需求進行操作，操作完畢後，反向重複上述過程，即數據從新風淨化器端打包、信號數模轉換處理、發送到有線控制設備端，有線控制設備端信號模數轉換處理、解壓數據包獲取到當前新風淨化器的狀態信息，這樣就完成有線控制設備與新風淨化設備數據交流過程。

所述無線控制器通過433mhz無線通訊模塊和防串擾電路與新風淨化器內的mcu進行數據傳輸；所述有線控制器通過有限通訊保護電路、rs485有限通訊模塊和防串擾電路與新風淨化器內的mcu進行數據傳輸。所述防串擾電路的主要作用是防止433mhz無線通訊模塊與rs485有線通訊模塊共存時信號間相互幹擾，導致新風淨化器的mcu收不到正確的信號。所述有線通訊保護電路的主要作用是防止靜電放電、電快速瞬變和電湧對整個通訊系統以及新風淨化器mcu造成不可恢復的破壞。

由於在新風淨化系統中採用的淨化器採用的是高壓靜電的處理方式，所以rs-485接口鏈路是工作在惡劣的電磁環境中，所以對有線通訊線路的保護必不可少。另外由於採用的是有線通訊的方式，系統容易遭受雷擊、靜電放電和其他電磁現象引起的大瞬變電壓衝擊，極有可能損壞通信埠。為了確保rs-485數據埠能夠在最終安裝環境下正常工作，它們必須要符合電磁兼容性（emc）的電路設計規則。433mhz無線通訊模塊與rs485有線通訊模塊在與新風淨化器mcu連接時，硬體電路上僅有一個接口，將有線信號與無線信號隔離開，可防止它們信號間相互幹擾。

所述雙重通訊保護電路包括mcu、無線數據收發模塊、數據收發防串擾電路、雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路、rs485和有線保護電路，所述mcu與無線數據收發模塊、雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路和數據收發防串擾電路電性連接，所述rs485與雙電源隔離及有線數據接收電路、雙電源隔離及有線數據發送電路、數據收發防串擾電路和有線保護電路電性連接，所述mcu的輸入電源為5v，通訊電源為vcc。

所述無線數據收發模塊的第1管腳vcc端連接5v電源端，第2管腳gnd端接地，第三管腳rx信號接收端與電阻r9的第一端電性連接，電阻r9的第二端與mcu的數據發送端電性連接，第4管腳tx信號輸出端與電阻r11的第一端電性連接，電阻r11的第二端與mcu的數據接收端電性連接。電阻r11為限流電阻,防止數據線路上異常時輸入電流過大導致mcu內部電路燒毀，電阻r9為限流電阻，防止電路異常時輸出電流過大導致該線路內部電路燒毀。

所述雙電源隔離及有線數據接收電路包括電阻r10、光耦u4和電阻r8，電阻r10的第一端與vcc電源端電性連接，第二端與光耦u4的第1管腳電性連接，光耦u4的第3管腳通過信號隔離二極體d3與rs485的第1管腳ro電性連接，光耦u4的第3管腳與信號隔離二極體d3的正極電性連接，信號隔離二極體d3的負極與rs485的第1管腳ro電性連接。光耦u4的第4管腳接地，光耦u4的第5管腳通過電阻r8連接+5v電源端，光耦的第6管腳連接+5v電源端。數據通訊信號隔離方面，由於數據通信頻率過高，若採用一般的光耦，會導致數據丟包或通訊異常，嚴重的直接導致整個rs485鏈路癱瘓，所以在本技術方案中，信號隔離的光耦ic選擇特殊的高速光耦u4，電路中u4為高速光耦tlp112a，r8、r10為上拉電阻，起提高系統的帶負載能力的作用。有線數據接收電路,採用雙電源隔離模式，防止rs485總線電路中引入的電磁幹擾對mcu造成不可恢復的損害。

所述數據收發防串擾電路包括光耦r6、電阻r15和電阻r17，電阻r17的第一端與mcu的有線收發控制端電性連接，電阻r17的第二端與光耦u6的第1管腳電性連接，電阻r17為限流電阻,防止mcu輸出電流過大導致光耦內部led燒毀。對於rs485的收發控制端，由於頻率並沒有要求，在本技術方案中優選普通的光耦u6，光耦u6的第2管腳接地，光耦u6的第3管腳與rs485的第2管腳re、第3管腳de電性連接，光耦u6的第3管腳通過電阻r18接地，電阻r18的第二端接地，光耦u6的第4管腳與電阻r15的第一端電性連接，電阻r15的第二端與vcc電源端電性連接。

數據收發防串擾電路說明:由於rs485是半雙工的工作模式，在任何時刻，只能有一個rs485器件使用，所以rs485總線中的ic提供了一個控制數據接收或者發送的埠。電路中用光耦u6及其附屬電子部品來控制rs485的ic的收發功能，mcu在除自身需要發送數據時，才會將rs485的ic設為發送模式，否則設為接收模式，即rs485ic大部分時間都處於接收狀態。r15上拉電阻、r18為限流電阻給rs485提供足夠的工作電流，同時防止光耦u6通過的電流過大，導致器件光耦u6損毀。當無線數據收發模塊接收到外部無線數據並向mcu發送時，由於rs485與無線數據收發模塊、mcu分屬不同的電源系統，經過光耦u4隔離後，有線數據和無線數據之間不會有衝突；利用信號隔離二極體d3的正嚮導通電壓需達到一定數值，防止485的ic輸出幹擾信號對無線數據收發模塊的信號產生幹擾。當有線通訊rs485總線中有數據時，rs485的ro輸出一串高低電平數據，利用信號隔離二極體d3的單向導電性，驅動光耦u4輸出隔離過後的數據經電阻r11到達mcu的接收端。這樣就達到了在數據收發時，防止有線及無線之間產生串擾的目的。

所述雙電源隔離及有線數據發送電路包括光耦u1、電阻r1、電阻r6和電阻r2，光耦u1的第1管腳通過電阻r2連接+5v電源端，光耦u1的第3管腳與mcu的數據發送端電性連接，光耦u1的第4管腳接地，光耦u1的第5管腳與電阻r6、電阻r1的第一端電性連接，電阻r6的第二端與rs485的第4管腳di電性連接，電阻r1的第二端與vcc端電性連接，光耦u1的第6管腳與vcc端電性連接。r1為上拉電阻，提高光耦u1的帶負載能力，r2、r6均為限流電阻，防止電路異常時輸出電流過大導致該線路內部電路燒毀。數據通訊信號隔離方面，由於數據通信頻率過高，若採用一般的光耦，會導致數據丟包或通訊異常，嚴重的直接導致整個rs485鏈路癱瘓，所以在本技術方案中，信號隔離的光耦ic選擇特殊的高速光耦u1，電路中u1為高速光耦tlp112a。

所述rs485的第5管腳gnd接地，第8管腳vcc與電容c7的第一端電性連接，電容c7的第二端接地，c7為濾波電容，第6管腳和第7管腳與所述有限保護電路電線連接。在本技術方案中，rs485的通訊ic選擇具有抗高壓功能的sn75lbc184-u5，它內置高能量瞬變噪聲保護裝置，這種設計顯著提高了抵抗數據同步傳輸電纜上的瞬變噪聲的可靠性，且能承受峰值為400w典型值的過壓瞬變和單向浪湧。靜電放電時，可抵禦：接觸放電（iec61000-4-2），a，b，gnd電壓30kv,氣隙放電（iec61000-4-2）,a，b，gnd電壓15kv,人體模型放電a，b，gnd電壓15kv等。

在實際應用中，由於通訊距離遠，有線通訊線路易遭受雷擊、功率感應、直接接觸、電源波動、感應開關和靜電放電等等可能產生較大瞬變電壓，都會對rs-485鏈路及整個應用系統會造成不可逆轉的損害，所以系統中增加了對地具有很高阻抗的tvs管，正常的理想情況下它是開路的，當遭受較大瞬變電壓時導通，起到保護整個通訊系統的作用。f1為氣體放電管,使免受中低強度的雷擊感應浪湧和其他電壓瞬變的侵害。

所述有線保護電路包括電阻r21、電阻r22、電阻r16、電阻r19、電阻r20、sw1開關、tvs管和f1氣體放電管。所述tvs管包括相互串聯的d10、d6和d8，所述tvs管和f1氣體放電管並聯，所述電阻r16的第一端與rs485的第7管腳電性連接，第二端分別與電阻r21和r22的第一端電性連接，電阻r21的第二端接地，電阻r22的第二端與d10的負極電性連接，d10的正極接地，電阻r19的第一端與vcc電源端電性連接，電阻r19的第二端與swi開關、電阻r20的第一端電性連接，電阻r20的第二端與d6的負極電性連接，d6的正極接地，電阻r20的第二端還與sw1開關的第2管腳與rs485的第6管腳電性連接。

在新風系統的安裝過程中，當rs485傳輸距離超過一定的長度時，總線的抗幹擾能力就會出現下降，由於新風系統的組網時採用了總線型的拓撲結構布線方式，這種情況下，在rs485總線的首尾設備中各增加一個120歐的終端匹配電阻r16，保證了485總線的穩定性。電路中兩位撥碼開關sw1，可以在安裝新風設備時，有選擇性的將485總線的首尾兩端接入120歐姆的終端匹配電阻r16，而中間的設備不接120歐的終端匹配電阻r16。電路中r19、r21分別為上拉電阻和下拉電阻，使總線在空閒時，系統仍能確定a、b的狀態。r20和r22為限流電阻，起保護作用。

新風淨化系統雙重通訊保護電路的電路信號共存說明：

無線數據接收不影響有線接收：當無線信道中有數據，無線數據收發模塊u3將無線數據解調並恢復成二進位的數位訊號，通過u3的第四個管腳i/o口tx輸出到電阻r11一端，由於電阻r11這一端還連接了光耦u4的第5個管腳，即輸出口，而此時光耦u4輸入端並無數據輸入且光耦u4輸入的電源系統與無線數據收發模塊u3的不一樣，所以無線數據輸出時，不會對無線數據造成影響。有線數據和無線數據發送相互不影響：當mcu有數據發送，數據一路經電阻r9到達無線數據收發模塊u3的第三個管腳，無線數據收發模塊u3將數據調製到信道上，將數據以無線的方式發送出去；數據另一路，經光耦u1數據隔離轉換到達rs485的ic輸入端，由該ic將數據轉換成差分信號（模擬信號）發送出去。有線接收不影響無線數據接收：當rs485的ic將接收到的差分信號轉換成數位訊號，數位訊號經信號隔離二極體d3、光耦u4隔離轉換後輸出到電阻r11一端，由於電阻r11這一端也連著光耦u3的信號輸出端tx，所以不會將接收到的數據轉換成無線信號發送出去，所以不會對有線數據造成影響。

該新風淨化系統雙重通訊保護電路在使用過程中提供了一種特有的通訊方式，即433mhz無線射頻與有線通訊既可以同時共存使用也可以單獨使用的通訊方式，解決了客戶既需要固定的有線控制也需要移動的無線射頻控制的難題。

本發明尚有多種實施方式，凡採用等同變換或者等效變換而形成的所有技術方案，均落在本發明的保護範圍之內。