一種基於儀表總線協議數據通訊裝置及方法
2023-05-12 01:17:01
專利名稱：一種基於儀表總線協議數據通訊裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種通訊裝置和方法，尤其涉及一種基於儀表總線協議數據通訊裝置及方法。
背景技術：
儀表總線是一種低成本的一點對多點的總線通訊系統，具有通訊設備容量大(500 點)，通訊速率高(9600bps)，成本低，設計簡單，布線簡便(無極性可任意分支，普通雙絞線)，抗幹擾能力強，並總線可提供高達500mA電源的特點。系統具有自動登錄功能，此功能可完成設備的自動登錄、結點中斷報警等雙向可中斷的先進的通訊功能。總線隔離設備具有總線故障隔離性能，保證部分總線故障時其它部分正常通訊。以該電路為核心構成的總線通訊系統可廣泛應用於三表集抄、智能家庭控制網絡、消防報警及聯動網絡、小區智能化控制網絡、中央空調控制系統等。一直以來我們都是採用複雜電壓調製電路如使用恆流源去控制功率型三極體來驅動高電壓，這勢必增加設備的複雜性和不穩定性，特別是在電路設計上，因一般電路採用的晶片都為低壓晶片，如果要驅動高壓電路或是從高壓電路中提取信號，電路設計會變得比較複雜，同時高壓電路產生的雜波會干擾到低壓電路，導致信號錯誤或者單片機程序「跑飛」的問題。
發明內容
本發明的目的在於針對現有電路複雜且不穩定的問題，設計製造出一種成本較低，具有電路結構簡單、穩定，抗幹擾能力強的儀表總線數據通訊裝置和方法。為實現上述發明目的可按以下方案來實現，一種基於儀表總線協議數據通訊裝置，包括電源模塊、RS-232通信模塊、單片機模塊、電壓調製模塊、和電流解調模塊。所述的電源模塊，它提供整個電路的供電，他一般採用DC36V開關電源或DC36V變壓器電源，要求電源最大工作電流在2A以上。RS-232通訊模塊是採用光電隔離的方式來實現的，參考圖6，RS-232 —般採用DB9 接口連接，DB9接口的2腳為接收口，其連接到輸出光耦011的信號輸出端6腳上。DB9接口的3腳為發送口，其連接到輸入光耦010的信號輸入端2腳上。DB9接口的4腳為數據終端準備信號，其一般輸出為高電平，因DB9埠無VCC電源口，在這裡我們巧用了這個信號作為電源，給光耦的RS-232側供電。光耦010的輸出端6腳連接到單片機串口輸入腳上， 並用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處於高電平狀態。光耦011的輸入端3腳連接到三極體T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極體T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極體放大來驅動光耦011。單片機模塊，主要用於數據的接收和轉發，參考圖7，單片機有兩組串口分別是單片機的74、75腳(串口 1)和62、63腳(串口 2)，74腳為串口 1輸入連接到光耦010的6腳上，75腳為串口 1輸出連接到三極體T2的基極上驅動光耦011。串口 2用於連接電壓調製模塊和電流解調模塊，62腳為串口 2輸入，連接到光耦02的輸出端6腳上接收解調模塊的輸出信號，63腳為串口 2輸出，連接到光耦01的輸入端3腳上，將發送信號通過光耦01 傳遞到電壓調製模塊上。單片機含有兩個振蕩信號的輸入源，分別是32. 768KHz和4MHz， 32. 768KHz晶振連接到單片機8腳和9腳，4MHz晶振連接到單片機88腳和89腳。相關的外圍電路參見圖7。電壓調製模塊，用於將單片機輸出的低壓信號調製到36V高壓信號，參考圖2，它有電阻、電容、三端可調穩壓器、光耦、三極體組成，串口 2輸出的串口信號連接到光耦1的 3腳上，信號通過光信號傳遞到光耦的輸出6腳上，光耦部分電阻R36、R42起上拉作用，電阻R41起使能作用連接光耦的7腳。輸出到光耦6腳的信號通過驅動電阻R43連接到三極體m的基極，三極體集電極連接到三端可調穩壓器的電壓調節1腳，當三極體輸入高電平時，三極體導通，連接在三端可調穩壓器輸出腳與調節腳之間的R2和調節腳與三極體集電極之間的Rl分壓，三端可調穩壓器的輸出腳在總線上輸出14V電壓。當三極體輸入低電平時，三極體截止，三端可調穩壓器調節腳為36V高電平，總線輸出36V電平。三端可調穩壓器的輸入輸出端之間連接二極體D1，保護三端可調穩壓器被損壞。電流解調模塊，用於總線上的電流環信號的解調，參考圖4，該電路有電阻、電容、 比較器、光耦、穩壓二極體組成總線上形成的電流環信號被解調電阻轉換成電壓信號傳輸到電流解調模塊穩壓管D9上，該穩壓管作用是降壓，將36V電壓降到18V輸入比較器U3的 3腳(比較器正向輸入端)，比較器2腳為負向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14並連到 R49。比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極體Dl上，通過電阻R46和D13 連接到光耦02的輸入端，通過光電傳輸，在02光耦的輸出端6腳輸出電平信號傳輸到單片機串口 2輸入端，將回傳數據發送到單片機。所述電壓調製模塊，電壓調製模塊的主要功能是將處理器傳過來的信號調製到 36V高壓電路上。此電路運用三端可調穩壓器(如圖2)來實現電壓的調製，當信號輸入為低電平時，三極體處於不導通的狀態，三端可調穩壓器的電壓調整埠無電流Iadj,這時輸入端的電壓Vin等於輸出端電壓Vout。當信號輸入為低電平時，三極體導通，三端可調穩壓器輸出端電流經電阻Rl和R2流向三極體的發射極，通過三極體的發射極流向GND，這樣在三端可調穩壓器的調整埠形成電流和電壓，通過下面的公式可以計算出輸出端電壓Vout。根據儀表總線的定義，電壓調製的低電壓與高電壓的差值大於10V，低電壓最小大於等於10V，可以設定R1=240Q，R2=2. 4K Ω，這樣電壓調製的高電壓為36V，低電壓為14V。 此電路僅使用了三個電阻，一個三端穩壓管，一個電容，就實現了 5V的低壓信號調製成36V 的高壓信號。所述電流解調模塊，電流解調模塊的主要功能是將總線傳過來的電流環信號解調成TTL信號。此電路是將高電壓通過穩壓二極體降到低壓，然後利用電流通過電阻時產生壓降，將此電壓變化輸入到比較器的正向輸入端，負端接入電容器和肖基特二極體，然後連接到穩壓二極體。其工作原理就是利用電容器的濾波的作用，當接入電容器兩端電壓發生突變時，電容器兩端端電壓不發生突變的原理。同時利用肖特基二極體反向恢復速度極快的特點，讓比較器負向輸入端的電壓不隨著總線電壓的波動而波動，而正向輸入端利用電
4阻產生壓降變化將電流的變化轉變成電壓的變化並通過比較器輸出。本發明的有益效果成本較低，具有電路結構簡單、穩定，抗幹擾能力強的儀表總線數據通訊裝置和方法。說明書附圖
圖1 本發明儀表總線協議的數據通訊裝置模塊示意圖， 圖2 本發明儀表總線協議的數據通訊裝置電壓調製電路原理圖， 圖3:本發明電壓調製波形圖，
圖4 本發明儀表總線協議的數據通訊裝置電流解調電路原理圖， 圖5:本發明電流解調波形圖， 圖6 本發明RS-232光耦隔離電路圖， 圖7:本發明單片機電路圖。
具體實施例方式參考圖一，整個裝置含有五大模塊，最基本的是電源模塊，它提供整個電路的供電，他一般採用DC36V開關電源或DC36V變壓器電源，要求電源最大工作電流在2A以上。RS-232通訊模塊是採用光電隔離的方式來實現的，參考圖6，RS-232 —般採用DB9 接口連接，DB9接口的2腳為接收口，其連接到輸出光耦011的信號輸出端6腳上。DB9接口的3腳為發送口，其連接到輸入光耦010的信號輸入端2腳上。DB9接口的4腳為數據終端準備信號，其一般輸出為高電平，因DB9埠無VCC電源口，在這裡我們巧用了這個信號作為電源，給光耦的RS-232側供電。光耦010的輸出端6腳連接到單片機串口輸入腳上， 並用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處於高電平狀態。光耦011的輸入端3腳連接到三極體T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極體T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極體放大來驅動光耦011。單片機模塊，主要用於數據的接收和轉發，參考圖7，單片機有兩組串口分別是單片機的74、75腳(串口 1)和62、63腳(串口 2)，74腳為串口 1輸入連接到光耦010的6腳上，75腳為串口 1輸出連接到三極體T2的基極上驅動光耦011。串口 2用於連接電壓調製模塊和電流解調模塊，62腳為串口 2輸入，連接到光耦02的輸出端6腳上接收解調模塊的輸出信號，63腳為串口 2輸出，連接到光耦01的輸入端3腳上，將發送信號通過光耦01 傳遞到電壓調製模塊上。單片機含有兩個振蕩信號的輸入源，分別是32. 768KHz和4MHz， 32. 768KHz晶振連接到單片機8腳和9腳，4MHz晶振連接到單片機88腳和89腳。相關的外圍電路參見圖7。電壓調製模塊，用於將單片機輸出的低壓信號調製到36V高壓信號，參考圖2，它有電阻、電容、三端可調穩壓器、光耦、三極體組成，串口 2輸出的串口信號連接到光耦1的 3腳上，信號通過光信號傳遞到光耦的輸出6腳上，光耦部分電阻R36、R42起上拉作用，電阻R41起使能作用連接光耦的7腳。輸出到光耦6腳的信號通過驅動電阻R43連接到三極體m的基極，三極體集電極連接到三端可調穩壓器的電壓調節1腳，當三極體輸入高電平時，三極體導通，連接在三端可調穩壓器輸出腳與調節腳之間的R2和調節腳與三極體集電極之間的Rl分壓，三端可調穩壓器的輸出腳在總線上輸出14V電壓。當三極體輸入低電平時，三極體截止，三端可調穩壓器調節腳為36V高電平，總線輸出36V電平。三端可調穩壓器的輸入輸出端之間連接二極體D1，保護三端可調穩壓器被損壞。
電流解調模塊，用於總線上的電流環信號的解調，參考圖4，該電路有電阻、電容、 比較器、光耦、穩壓二極體組成總線上形成的電流環信號被解調電阻轉換成電壓信號傳輸到電流解調模塊穩壓管D9上，該穩壓管作用是降壓，將36V電壓降到18V輸入比較器U3的 3腳(比較器正向輸入端)，比較器2腳為負向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14並連到 R49。比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極體Dl上，通過電阻R46和D13 連接到光耦02的輸入端，通過光電傳輸，在02光耦的輸出端6腳輸出電平信號傳輸到單片機串口 2輸入端，將回傳數據發送到單片機。
權利要求
1.一種基於儀表總線協議數據通訊裝置，包括電源模塊、RS-232通信模塊、單片機模塊、電壓調製模塊、和電流解調模塊，所述的RS-232通訊模塊採用DB9接口連接，DB9接口的2腳為接收口，其連接到輸出光耦011的信號輸出端6腳上，DB9接口的3腳為發送口， 其連接到輸入光耦010的信號輸入端2腳上，DB9接口的4腳為數據終端準備信號，其一般輸出為高電平，光耦010的輸出端6腳連接到單片機串口輸入腳上，並用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處於高電平狀態，光耦011的輸入端3腳連接到三極體T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極體T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極體放大來驅動光耦011，所述的單片機模塊有兩組串口分別是單片機的74、75腳即串口 1和62、63腳即串口 2，74腳為串口 1輸入連接到光耦010的6腳上，75腳為串口 1輸出連接到三極體T2的基極上驅動光耦011，串口 2用於連接電壓調製模塊和電流解調模塊，62腳為串口 2輸入， 連接到光耦02的輸出端6腳上接收解調模塊的輸出信號，63腳為串口 2輸出，連接到光耦 01的輸入端3腳上，將發送信號通過光耦01傳遞到電壓調製模塊上，所述的電壓調製模塊由電阻、電容、三端可調穩壓器、光耦、三極體組成，串口 2輸出的串口信號連接到光耦1的 3腳上，信號通過光信號傳遞到光耦的輸出6腳上，光耦部分電阻R36、R42起上拉作用，電阻R41起使能作用連接光耦的7腳，輸出到光耦6腳的信號通過驅動電阻R43連接到三極體m的基極，三極體集電極連接到三端可調穩壓器的電壓調節1腳，三端可調穩壓器的輸入輸出端之間連接二極體D1，所述的電流解調模塊由電阻、電容、比較器、光耦、穩壓二極體組成，總線上形成的電流環信號被解調電阻轉換成電壓信號傳輸到電流解調模塊穩壓管D9 上，該穩壓管和比較器U3的3腳即比較器正向輸入端相連接，比較器2腳為負向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14並連到R49，比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極體Dl上，通過電阻R46和D13連接到光耦02的輸入端，通過光電傳輸，在02光耦的輸出端6腳輸出電平信號傳輸到單片機串口 2輸入端，將回傳數據發送到單片機。
2.根據權利要求1所述的一種基於儀表總線協議數據通訊裝置，其特徵在於其電源模塊採用DC36V開關電源或DC36V變壓器電源。
3.根據權利要求1所述的一種基於儀表總線協議數據通訊裝置，其特徵在於其單片機模塊含有兩個振蕩信號的輸入源，分別是32. 768KHz和4MHz，其中32. 768KHz晶振連接到單片機8腳和9腳，4MHz晶振連接到單片機88腳和89腳。
4.一種基於儀表總線協議數據通訊方法，其特徵在於還包含以下步驟A、將處理器傳過來的信號調製到36V高壓電路上；B、將36V電壓降到18V，將總線傳過來的電流環信號解調成TTL信號。
全文摘要
本發明涉及一種基於儀表總線協議數據通訊方法及裝置，特別是涉及一種36V電壓調製和36V電流解調的方法與裝置，應用於儀表總線的數據採集器如熱量表數據採集器，本發明利用了三端可調穩壓器的電壓調整的功能來實現電壓調製，此方法很好的解決了電路低壓輸入高壓輸出的難題，又達到電路後級電壓穩定的效果，本發明電流解調採用矽穩壓管來實現降壓，解決了高壓輸出低壓輸入的問題，本方法結構簡單，成本低，便於生產，同時信號處理穩定，抗幹擾能力強。
文檔編號G05F1/46GK102393777SQ201110373799
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者孫衛國 申請人:江蘇邁拓智能儀表有限公司