基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路的製作方法

2023-10-25 10:17:56

本實用新型涉及通信驅動電路技術領域，尤其是涉及一種基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路。

背景技術：

在現有的基於市電電源通信的發送和接收電路中，因為市電電源是交流電源且電壓高達220V，發送或接收的信號必須整流為直流並隔離穩壓，才能供給MCU和通信接口電路進行使用，以保證MCU及通信接口電路不會造成損壞。

如上達成上述效果，需要利用到電源隔離元件或者通信驅動電路隔離元件，比如電源變壓器和光耦驅動電路，如此電路元器件複雜，成本高，不利於產品的推廣使用。

技術實現要素：

基於此，有必要針對上述背景技術存在的問題，提供一種基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路，實現主機MCU和從機MCU之間的三線制半雙工通信，即使用市電火線、市電零線和一根通信數據線構成雙向通信系統，實現非隔離驅動，成本很低，達到電路簡化、成本降低的目的。

為實現上述目的，本實用新型公開了一種基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路，其包括主機控制單元、從機控制單元、市電火線、市電零線及通信數據線，所述主機控制單元輸入端分別連接市電火線及市電零線，所述從機控制單元輸入端分別連接市電火線及市電零線，所述主機控制單元的輸出端及從機控制單元的輸出端通過通信數據線進行連接。

在其中一個實施例中，所述主機控制單元包括主電源電路單元、主機單元、主電平發送電路單元及主電平接收電路單元，所述主電源電路單元輸入端電性連接市電火線及市電零線，所述主電源電路單元輸出端分別連接主機單元的電源埠正極及電源埠負極；所述主電平發送電路單元一端與主機單元的發送信號埠電性連接，所述主電平發送電路單元另一端與通信數據線連接，所述主電平接收電路單元一端與主機單元的接收信號埠電性連接，所述主電平接收電路單元另一端與通信數據線連接；所述從機控制單元包括從電源電路單元、從機單元、從電平發送電路單元及從電平接收電路單元，所述從電源電路單元輸入端電性連接市電火線及市電零線，所述從電源電路單元輸出端分別連接從機單元的電源埠正極及電源埠負極；所述從電平發送電路單元一端與從機單元的發送信號埠電性連接，所述從電平發送電路單元另一端與通信數據線連接，所述從電平接收電路單元一端與從機單元的接收信號埠電性連接，所述從電平接收電路單元另一端與通信數據線連接。

在其中一個實施例中，所述主電源電路單元包括第一主二極體、第二主二極體、第一主電容、第二主電容及第一主電阻，所述第一主二極體的陰極端電性連接市電零線，所述第二主二極體的陰極端電性連接市電火線，所述第一主二極體的陽極端與第二主二極體的陽極端之間通過第一主電阻電性連接，所述第一主電容一端及第二主電容一端分別與市電零線電性連接，所述第一主電容另一端及第二主電容另一端分別電性連接於第一主二極體的陽極端，所述主機單元的電源埠正極電性連接於市電零線，所述主機單元的電源埠負極電性連接於第一主二極體陽極端。

在其中一個實施例中，所述主電平發送電路單元包括第一主三極體、第三主電阻、第四主電阻及第三主二極體，所述第一主三極體為PNP型三極體，所述第一主三極體的基極與主機單元的發送信號埠之間電性連接第四主電阻，所述第一主三極體的發射極分別連接主機單元的電源埠正極及第三主電阻一端，所述第三主電阻另一端與第一主三極體的基極電性連接，所述第一主三極體的發射極通過第三主二極體與通信數據線連接。

在其中一個實施例中，所述主電平接收電路單元包括第二主三極體、第二主電阻、第五主電阻及第六主電阻，所述第二主三極體為NPN型三極體，所述第二主三極體的集電極通過第二主電阻與市電零線電性連接，所述主機單元的接收信號埠電性連接於第二主三極體的集電極，所述第二主三極體的發射極分別電性連接主機單元的電源埠負極及第五主電阻一端，所述第五主電阻另一端電性連接於第二主三極體的基極，所述第二主三極體的基極通過第六電阻與通信數據線連接。

綜上所述，本實用新型基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路通過主機單元匹配設置主電平發送電路單元及主電平接收電路單元，同時從機單元匹配設置從電平發送電路單元及從電平接收電路單元，並在主電平發送電路單元及主電平接收電路單元與從電平發送電路單元及從電平接收電路單元之間電性連接通信信號線，實現主機MCU和從機MCU之間的三線制半雙工通信，即使用市電火線、市電零線和一根通信數據線構成雙向通信系統，實現非隔離驅動，成本很低，達到電路簡化、成本降低的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路的電路原理圖；

圖2為本實用新型基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路一種實施例的電路原理框圖；

圖3為本實用新型基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路的電路原理圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，本實用新型基於市電火線零線的半雙工通信驅動電路包括主機控制單元10、從機控制單元20、市電火線AC-L、市電零線AC-N及通信數據線SIG，所述主機控制單元10輸入端分別連接市電火線AC-L及市電零線AC-N，所述從機控制單元20輸入端分別連接市電火線AC-L及市電零線AC-N，所述主機控制單元10的輸出端及從機控制單元20的輸出端通過通信數據線SIG進行連接。

所述主機控制單元10包括主電源電路單元11、主機單元12、主電平發送電路單元13及主電平接收電路單元14，所述主電源電路單元11輸入端電性連接市電火線AC-L及市電零線AC-N，所述主電源電路單元11輸出端分別連接主機單元12的電源埠正極及電源埠負極，所述主電源電路單元11用以將市電電壓進行整流過濾，進而提供給主機單元12運行所需電源；所述主電平發送電路單元13一端與主機單元12的發送信號埠電性連接，所述主電平發送電路單元13另一端與通信數據線SIG連接，用以將主機單元12的通信信號經由通信數據線SIG發送給從機控制單元20；所述主電平接收電路單元14一端與主機單元12的接收信號埠電性連接，所述主電平接收電路單元14另一端與通信數據線SIG連接，用以通過通信數據線SIG接收從機控制單元20發出的通信信號。

所述主電源電路單元11包括第一主二極體D1M、第二主二極體D2M、第一主電容C1M、第二主電容C2M及第一主電阻R1M，所述第一主二極體D1M的陰極端電性連接市電零線AC-N，所述第二主二極體D2M的陰極端電性連接市電火線AC-L，所述第一主二極體D1M的陽極端與第二主二極體D2M的陽極端之間通過第一主電阻R1M電性連接，所述第一主電容C1M一端及第二主電容C2M一端分別與市電零線AC-N電性連接，所述第一主電容C1M另一端及第二主電容C2M另一端分別電性連接於第一主二極體D1M的陽極端，所述主機單元12的電源埠正極電性連接於市電零線AC-N，所述主機單元12的電源埠負極電性連接於第一主二極體D1M陽極端，所述主電源電路單元11用以將市電零線AC-N與市電火線AC-L之間的市電電壓整流濾波穩壓至主機單元12運行所需電壓，以保證主機單元12的平穩運行。

所述主電平發送電路單元13包括第一主三極體Q1M、第三主電阻R3M、第四主電阻R4M及第三主二極體D3M，所述第一主三極體Q1M為PNP型三極體，所述第一主三極體Q1M的基極與主機單元12的發送信號埠之間電性連接第四主電阻R4M，所述第一主三極體Q1M的發射極分別連接主機單元12的電源埠正極及第三主電阻R3M一端，所述第三主電阻R3M另一端與第一主三極體Q1M的基極電性連接，所述第一主三極體Q1M的發射極通過第三主二極體D3M與通信數據線SIG連接。

所述主電平接收電路單元14包括第二主三極體Q2M、第二主電阻R2M、第五主電阻R5M及第六主電阻R6M，所述第二主三極體Q2M為NPN型三極體，所述第二主三極體Q2M的集電極通過第二主電阻R2M與市電零線AC-N電性連接，所述主機單元12的接收信號埠電性連接於第二主三極體Q2M的集電極，所述第二主三極體Q2M的發射極分別電性連接主機單元12的電源埠負極及第五主電阻R5M一端，所述第五主電阻R5M另一端電性連接於第二主三極體Q2M的基極，所述第二主三極體Q2M的基極通過第六主電阻R6M與通信數據線SIG連接。

所述從機控制單元20包括從電源電路單元21、從機單元22、從電平發送電路單元23及從電平接收電路單元24，所述從電源電路單元21輸入端電性連接市電火線AC-L及市電零線AC-N，所述從電源電路單元21輸出端分別連接從機單元22的電源埠正極及電源埠負極，所述從電源電路單元21用以將市電電壓進行整流過濾，進而提供給從機單元22運行所需電源；所述從電平發送電路單元23一端與從機單元22的發送信號埠電性連接，所述從電平發送電路單元23另一端與通信數據線SIG連接，用以將從機單元22的通信信號經由通信數據線SIG發送給從機控制單元20；所述從電平接收電路單元24一端與從機單元22的接收信號埠電性連接，所述從電平接收電路單元24另一端與通信數據線SIG連接，用以通過通信數據線SIG接收從機控制單元20發出的通信信號。

所述從電源電路單元21包括第一從二極體D1S、第二從二極體D2S、第一從電容C1S、第二從電容C2S及第一從電阻R1S，所述第一從二極體D1S的陰極端電性連接市電零線AC-N，所述第二從二極體D2S的陰極端電性連接市電火線AC-L，所述第一從二極體D1S的陽極端與第二從二極體D2S的陽極端之間通過第一從電阻R1S電性連接，所述第一從電容C1S一端及第二從電容C2S一端分別與市電零線AC-N電性連接，所述第一從電容C1S另一端及第二從電容C2S另一端分別電性連接於第一從二極體D1S的陽極端，所述從機單元22的電源埠正極電性連接於市電零線AC-N，所述從機單元22的電源埠負極電性連接於第一從二極體D1S陽極端，所述從電源電路單元21用以將市電零線AC-N與市電火線AC-L之間的市電電壓整流濾波穩壓至從機單元22運行所需電壓，以保證從機單元22的平穩運行。

所述從電平發送電路單元23包括第一從三極體Q1S、第三從電阻R3S、第四從電阻R4S及第三從二極體D3S，所述第一從三極體Q1S為PNP型三極體，所述第一從三極體Q1S的基極與從機單元22的發送信號埠之間電性連接第四從電阻R4S，所述第一從三極體Q1S的發射極分別連接市從機單元22的電源埠正極及第三從電阻R3S一端，所述第三從電阻R3S另一端與第一從三極體Q1S的基極電性連接，所述第一從三極體Q1S的發射極通過第三從二極體D3S與通信數據線SIG連接。

所述從電平接收電路單元24包括第二從三極體Q3S、第二從電阻R2S、第五從電阻R5S及第六從電阻R6S，所述第二從三極體Q3S為NPN型三極體，所述第二從三極體Q3S的集電極通過第二從電阻R2S與市電零線AC-N電性連接，所述從機單元22的接收信號埠電性連接於第二從三極體Q3S的集電極，所述第二從三極體Q3S的發射極分別電性連接從機單元22的電源埠負極及第五從電阻R5S一端，所述第五從電阻R5S另一端電性連接於第二從三極體Q3S的基極，所述第二從三極體Q3S的基極通過第六從電阻R6S與通信數據線SIG連接。

當主機單元12的發送信號埠輸出低電平信號時，第一主三極體Q1M導通，此時主機單元12的電源埠正極通過第三主二極體D3M與通信數據線SIG連接，此時，主電平發送電路單元13經過通信數據線SIG發出高電平信號給從機控制單元20；當主機單元12的發送信號埠輸出高電平信號時，第一主三極體Q1M截止無輸出，此時，通信數據線SIG與主電平發送電路單元13連接處的電壓經由第五主電阻R5M及第六主電阻R6M下拉到主機單元12的電源埠負極電壓，主機單元12經過通信數據線SIG發出低電平信號。

具體地，當通信數據線SIG端發出高電平時，主機單元12與從機單元22的接收信號埠的電位被拉低到主機單元12與從機單元22的電源埠負極處電壓，主機單元12與從機單元22的接收信號埠的接收信號變為低電平信號；當通信數據線SIG端發出低電平信號時，第二主三極體Q2M及第二從三極體Q3S截止，主機單元12及從機單元22的接收信號埠的電位被第二主電阻R2M及第二從電阻R2S分別拉到主機單元12及從機單元22的電源埠正極處電壓，主機單元12與從機單元22的接收信號埠的接收信號變為高電平信號。

因此，當主機單元12的發送信號埠輸出低電平時，從機單元22的接收信號埠接收為低電平，當主機單元12的發送信號埠輸出高電平時，從機單元22的接收信號埠接收為高電平，即主機單元12的發送信號埠與從機單元22的接收信號埠的電平信號一致，從而實現主機單元12與從機單元22的數據信號連接，不使用隔離元件實現非隔離驅動功能，利用市電零線AC-N、市電火線AC-L及通信數據線SIG實現主機單元12與從機單元22的三線制通信功能。

本實用新型的工作原理如下，主機單元12和從機單元22的接收信號埠在沒有進行通信時的電平信號為高電平信號，處於釋放通信信號控制權的狀態；當主機單元12請求通信時，主機單元12的發送信號埠向從機單元22連續發送第一通信脈衝信號，當第一通信脈衝信號發送完畢後，主機單元12的發送信號埠的電平信號為高電平信號，從而釋放通信信號控制權，其中，主機單元12的發送信號埠的當前發送與上一次發送需要間隔一定時間，取決於通信數據量的大小，間隔時間通常為100ms。

當第一通信脈衝信號消失10ms後，從機單元22處理接收信號埠接收到的第一通信脈衝信號，然後從機單元22的發送信號埠向主機單元12發出第二通信脈衝信號，當從機單元22發送第二通信脈衝信號完畢後，從機單元22的發送信號埠的電平信號變為高電平信號，從而交出通信信號控制權，同時，主機單元12處理接收信號埠接收到的第二通信脈衝信號，主機單元12與從機單元22雙向接收發通信數據完成後，主機單元12及從機單元22的發送信號埠的電平信號為高電平信號，從而實現完整的半雙工通信。

綜上所述，本實用新型基於市電市電火線市電零線的半雙工通信驅動電路通過主機單元12匹配設置主電平發送電路單元13及主電平接收電路單元14，同時從機單元22匹配設置從電平發送電路單元23及從電平接收電路單元24，並在主電平發送電路單元13及主電平接收電路單元14與從電平發送電路單元23及從電平接收電路單元24之間電性連接通信信號線，實現主機MCU和從機MCU之間的三線制半雙工通信，即使用市電火線AC-L、市電零線AC-N和一根通信數據線SIG構成雙向通信系統，實現非隔離驅動，成本很低，達到電路簡化、成本降低的目的。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。