專利名稱：排水管網(wǎng)檢測裝置的通信與電源電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)控制技術(shù)領域，涉及一種電路，具體涉及一種排水管網(wǎng)檢測裝置
的通信與電源電路。
背景技術(shù)：
隨著城市的飛速發(fā)展，城市排水已成為制約城市快速發(fā)展的瓶頸之一。城市排水 主要針對城市現(xiàn)有排水設施，通過排水系統(tǒng)管網(wǎng)模型和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，整體優(yōu)化排水系統(tǒng) 運行，提高泵站網(wǎng)絡的綜合運行效率、節(jié)能降耗，提高城市的預洪、防洪能力。因此，排水管 網(wǎng)的檢測裝置是十分重要的。 傳統(tǒng)的通信與電源電路的電源由供電電源提供，需要插座以及更多的連接線路， 不便應用在特殊場合中。同時由于供電電源在工作過程中，有強干擾源、射頻干擾和電磁干 擾的存在，會影響排水管網(wǎng)檢測裝置系統(tǒng)的工作可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種功率小、抗干擾性強、外界供電 由通信線提供的排水管網(wǎng)檢測裝置的通信與電源電路。 本發(fā)明包括RS232通信接口部分、轉(zhuǎn)換電路部分、獲取電壓電路部分和供電電路 部分。 RS232通信接口部分采用行業(yè)通用的九芯插座DB9，使用了其中的第2、3、4、5和7 引腳，其他引腳懸空。其中第2引腳為系統(tǒng)向外發(fā)送RS232信號的引腳，第3引腳為系統(tǒng)從 外界接收RS232信號的引腳，第4引腳為外界向系統(tǒng)提供正電壓，第7引腳為外界向系統(tǒng)提 供負電壓，第5引腳接地。 轉(zhuǎn)換電路部分包括接收部分轉(zhuǎn)換電路和發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路。其中
接收部分轉(zhuǎn)換電路包括第一運算放大器U301A和第一電阻R301。第一運算放大器 U301A的同向輸入端作為低電壓輸出端VREF，反向輸入端與第一電阻R301的一端連接，第 一電阻R301的另一端與CPU的串口信號端CPU_TXD連接，第一運算放大器U301A的輸出端 與九芯插座DB9的第2引腳連接。 發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路包括第二電阻R302、第三電阻R303、第四電阻R304、第一開關(guān) 二極管D301、NPN型三極管Q301。 NPN型三極管Q301的集電極與CPU的串口信號端CPU_RXD 以及第四電阻R304的一端連接，第四電阻R304的另一端作為高電壓輸出端VDC， NPN型三 極管Q301的基極、第一開關(guān)二極管D301的負極、第三電阻R303的一端均與第二電阻R302 的一端連接，第三電阻R303的另一端、第一開關(guān)二極管D301的正極、NPN型三極管Q301的 發(fā)射極接地，第二電阻R302的另一端與九芯插座DB9的第3引腳連接。
獲取電壓電路部分包括第二開關(guān)二極管D302、第三開關(guān)二極管D303、第四開關(guān)二 極管D304、第五開關(guān)二極管D305以及第一濾波電容CB301、第二濾波電容CB302。第三開 關(guān)二極管D303的正極、第四開關(guān)二極管D304的負極均與九芯插座DB9的第3引腳連接，第二開關(guān)二極管D302的正極與九芯插座DB9的第4引腳連接，第五開關(guān)二極管D305的負極 與九芯插座DB9的第7引腳連接；第二開關(guān)二極管D302的負極、第三開關(guān)二極管D303的負 極、第一濾波電容CB301的正極連接，作為正電壓VP2輸出；第四開關(guān)二極管D304的正極、 第五開關(guān)二極管D305的正極、第二濾波電容CB302的負極連接，作為負電壓VEE輸出；第一 濾波電容CB301的負極和第二濾波電容CB302的正極接地。 供電電路部分包括第二運算放大器U301B、 PNP型三極管Q302、發(fā)光二極管 LED301、第五電阻R305、第六電阻R306、第七電阻R307、第八電阻R308。 VP2給第二運算放 大器U301B提供正電壓，VEE給第二運算放大器U301B提供負電壓。PNP型三極管Q302的 發(fā)射極與獲取電壓電路的正電壓輸出連接，PNP型三極管Q302的基極與第五電阻R305的 一端連接，第五電阻R305的另一端與第二運算放大器U301B的輸出端連接，PNP型三極管 Q302的集電極、第六電阻R306的一端、第八電阻R308的一端均與第四電阻R304的另一端 連接，第八電阻R308的另一端、發(fā)光二極管LED301的正極、第二運算放大器U301B的反向 輸入端均與第一運算放大器U301A的同向輸入端連接，發(fā)光二極管LED301的負極接地；第 六電阻R306的另一端、第七電阻R307的一端均與第二運算放大器U301B的同向輸入端連 接，第七電阻R307的另一端接地。 本發(fā)明的外界供電由通信線提供而不是由供電電源提供，不需要插座以及更多的 連接線路，可以在特殊場合中使用。供電電路部分的電壓VREF是發(fā)光管LED301工作時產(chǎn)生 的壓降，不容易受電源波動、環(huán)境變化等因素的影響，比較穩(wěn)定。輸出電壓VDC平穩(wěn)可靠，幾 乎不受VP2的影響，具有較強的抗干擾性。電路中選取了較大的電阻器，具有較低的功耗。 本發(fā)明采用的元器件成熟可靠、成本低廉、來源豐富。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。 如圖1所示，排水管網(wǎng)檢測裝置的通信與電源電路包括RS232通信接口部分、轉(zhuǎn)換 電路部分、獲取電壓電路部分和供電電路部分。 RS232通信接口部分采用行業(yè)通用的九芯插座DB9，其中只使用了第2、3、4、7和5 這5個引腳，其他引腳懸空。其中第2引腳(232_RXD)為系統(tǒng)向外發(fā)送RS232信號的引腳， 第3引腳(232_TXD)為系統(tǒng)從外界接收RS232信號的引腳，第4引腳(232_DTR)為外界向系 統(tǒng)提供正電壓(+7 +15V)，第7弓l腳(232_RTS)為外界向系統(tǒng)提供負電壓(-7V -15V)， 第5引腳接地。 轉(zhuǎn)換電路部分將"-5V -15V為邏輯1，+5V +15V為邏輯0"的RS232通信協(xié)議 和"+3V以上電平代表邏輯l，OV +0. 7V代表邏輯O"的普通串口協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，包括接收 部分轉(zhuǎn)換電路和發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路。 其中接收部分轉(zhuǎn)換電路包括型號為TL062的第一運算放大器U301A和阻值為10K 的第一電阻R301。第一運算放大器U301A的同向輸入端作為低電壓輸出端VREF，反向輸入 端與第一電阻R301的一端連接，第一電阻R301的另一端與CPU的串口信號端CPU_TXD連接，第一運算放大器U301A的輸出端與九芯插座DB9的第2引腳(232_RXD)連接。當CPU 的串口信號端CPU_TXD發(fā)送正電平(約為VDC，3. 3V左右，邏輯1)時候，則第一運算放大 器U301A的反向輸入端的電壓高于同向輸入端，所以輸出端(232_RXD)輸出約為VEE(至 少-7V)，產(chǎn)生RS232通信中的邏輯1電平。當CPU的串口信號端CPU_TXD發(fā)送0電平(0. 3V 0. 7V，邏輯0)時候，則第一運算放大器U301A的反向輸入端的電壓低于同向輸入端，所以輸 出端(232_RXD)輸出約為VP2(至少+7V)，產(chǎn)生RS232通信中的邏輯0電平。
發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路包括阻值為2. 7K的第二電阻R302、阻值為220K的第三電阻 R303、阻值為100K的第四電阻R304、型號為1N4148的第一開關(guān)二極管D301、型號為9014的 NPN型三極管Q301。 NPN型三極管Q301的集電極與CPU的串口信號端CPU_RXD以及第四 電阻R304的一端連接，第四電阻R304的另一端作為高電壓輸出端VDC，NPN型三極管Q301 的基極、第一開關(guān)二極管D301的負極、第三電阻R303的一端均與第二電阻R302的一端連 接，第三電阻R303的另一端、第一開關(guān)二極管D301的正極、NPN型三極管Q301的發(fā)射極接 地，第二電阻R302的另一端與九芯插座DB9的第3引腳(232_TXD)連接。當232_TXD端為 負電平(邏輯l)時候，集電極和發(fā)射機之間處于開路狀態(tài)，NPN型三極管Q301截止，則連 接到CPU的信號端CPU_RXD為VDC(大約3. 3V，邏輯1)。反之當232_TXD端為正電平(邏 輯0)時候，NPN型三極管Q301飽和導通，集電極和發(fā)射機之間電壓約為0. 3V左右，則連接 到CPU的信號端CPU_RXD為0. 3V左右(邏輯0)。其中，第一開關(guān)二極管D301保護NPN型 三極管Q301的發(fā)射結(jié)不會被232_TXD的負電壓擊穿。 獲取電壓電路部分主要是為了獲取第二運算放大器U301B的工作電壓，獲取電壓 電路包括型號均為1N4148的第二開關(guān)二極管D302、第三開關(guān)二極管D303、第四開關(guān)二極管 D304、第五開關(guān)二極管D305以及規(guī)格均為10uF/16V的第一濾波電容CB301、第二濾波電容 CB302。第三開關(guān)二極管D303的正極、第四開關(guān)二極管D304的負極均與九芯插座DB9的 第3引腳(232_TXD)連接，第二開關(guān)二極管D302的正極與九芯插座DB9的第4引腳(232_ DTR)連接，第五開關(guān)二極管D305的負極與九芯插座DB9的第7弓|腳(232_RTS)連接；第二 開關(guān)二極管D302的負極、第三開關(guān)二極管D303的負極、第一濾波電容CB301的正極連接， 作為正電壓VP2輸出；第四開關(guān)二極管D304的正極、第五開關(guān)二極管D305的正極、第二濾 波電容CB302的負極連接，作為負電壓VEE輸出；第一濾波電容CB301的負極和第二濾波電 容CB302的正極接地。 系統(tǒng)工作時，232—RTS穩(wěn)定在_7 -15V之間，因此可以為VEE提供一個負電壓。 同理，工作時，232_DTR穩(wěn)定在+7 +15V之間，為VP2提供一個穩(wěn)定的正電壓。232_TXD工 作時主要維持在_7 -15V之間，在發(fā)送數(shù)據(jù)位邏輯0的期間，其值為+7 +15V之間。所 以可以分別為VEE和VP2提供各自所需要的電壓。其中第二開關(guān)二極管D302、第三開關(guān)二 極管D303、第四開關(guān)二極管D304、第五開關(guān)二極管D305是防止232接口電平發(fā)生變化時候 影響VEE和VP2而設定的保證電流單向流動的二極管。第一濾波電容CB301和第二濾波電 容CB302分別為VEE和VP2提供濾波作用。 供電電路部分包括型號為TL062的第二運算放大器U301B、型號為8550的PNP型 三極管Q302、發(fā)光二極管LED301、阻值為470K的第五電阻R305、阻值為100K的第六電阻 R306、阻值為100K的第七電阻R307、阻值為1K的第八電阻R308。 VP2給第二運算放大器 U301B提供正電壓，VEE給第二運算放大器U301B提供負電壓。PNP型三極管Q302的發(fā)射極與獲取電壓電路的高電壓輸出連接(即連接電壓VP2)，PNP型三極管Q302的基極與第五電 阻R305的一端連接，第五電阻R305的另一端與第二運算放大器U301B的輸出端連接，PNP 型三極管Q302的集電極、第六電阻R306的一端、第八電阻R308的一端均與第四電阻R304 的另一端連接(即連接電壓VDC)，第八電阻R308的另一端、發(fā)光二極管LED301的正極、第 二運算放大器U301B的反向輸入端均與第一運算放大器U301A的同向輸入端連接(即連接 電壓VREF)，發(fā)光二極管LED301的負極接地；第六電阻R306的另一端、第七電阻R307的一 端均與第二運算放大器U301B的同向輸入端連接，第七電阻R307的另一端接地。
VREF是發(fā)光管LED301工作時產(chǎn)生的壓降，大約為+1.6V +1.7V。這個壓降比較 穩(wěn)定，不容易受電源波動、環(huán)境變化等因素的影響。第二運算放大器U301B的反向輸入端接 VREF，同向輸入端接目標電壓VDC經(jīng)分壓后的電壓(VDC的二分之一 )。如果VDC由平穩(wěn)狀 態(tài)向下波動，則第二運算放大器U301B的輸出端電壓也下降，使得PNP型三極管Q302的基 極電流增大。如此導致PNP型三極管Q302的發(fā)射極和集電極之間電壓下降，則迫使VDC上 升到規(guī)定的電壓(2倍的VREF)。反之，VDC由平穩(wěn)狀態(tài)向上波動，則第二運算放大器U301B 的輸出端電壓上升，使得PNP型三極管Q302的基極電流減小。如此導致PNP型三極管Q302 的發(fā)射極和集電極之間電壓增大，則迫使VDC下降到規(guī)定的電壓(2倍的VREF)。該電路的 輸出電壓VDC平穩(wěn)可靠，幾乎不受VP2的影響，具有較強的抗干擾性能，適應范圍廣泛，且由 于電路中選取了較大的電阻器，使得自身功耗比較低。
權(quán)利要求
排水管網(wǎng)檢測裝置的通信與電源電路，包括RS232通信接口部分、轉(zhuǎn)換電路部分、獲取電壓電路部分和供電電路部分，其特征在于所述的RS232通信接口部分采用九芯插座DB9，其中第2引腳為系統(tǒng)向外發(fā)送RS232信號的引腳、第3引腳為系統(tǒng)從外界接收RS232信號的引腳、第4引腳為外界向系統(tǒng)提供正電壓、第7引腳為外界向系統(tǒng)提供負電壓、第5引腳接地，其他引腳懸空。所述的轉(zhuǎn)換電路部分包括接收部分轉(zhuǎn)換電路和發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路，其中所述的接收部分轉(zhuǎn)換電路包括第一運算放大器U301A和第一電阻R301；第一運算放大器U301A的同向輸入端作為低電壓輸出端VREF，反向輸入端與第一電阻R301的一端連接，第一電阻R301的另一端與CPU的串口信號端CPU_TXD連接，第一運算放大器U301A的輸出端與九芯插座DB9的第2引腳連接；所述的發(fā)送部分轉(zhuǎn)換電路包括第二電阻R302、第三電阻R303、第四電阻R304、第一開關(guān)二極管D301、NPN型三極管Q301；NPN型三極管Q301的集電極與CPU的串口信號端CPU_RXD以及第四電阻R304的一端連接，第四電阻R304的另一端作為高電壓輸出端VDC，NPN型三極管Q301的基極、第一開關(guān)二極管D301的負極、第三電阻R303的一端均與第二電阻R302的一端連接，第三電阻R303的另一端、第一開關(guān)二極管D301的正極、NPN型三極管Q301的發(fā)射極接地，第二電阻R302的另一端與九芯插座DB9的第3引腳連接。獲取電壓電路部分包括第二開關(guān)二極管D302、第三開關(guān)二極管D303、第四開關(guān)二極管D304、第五開關(guān)二極管D305以及第一濾波電容CB301、第二濾波電容CB302；第三開關(guān)二極管D303的正極、第四開關(guān)二極管D304的負極均與九芯插座DB9的第3引腳連接，第二開關(guān)二極管D302的正極與九芯插座DB9的第4引腳連接，第五開關(guān)二極管D305的負極與九芯插座DB9的第7引腳連接；第二開關(guān)二極管D302的負極、第三開關(guān)二極管D303的負極、第一濾波電容CB301的正極連接，作為正電壓VP2輸出；第四開關(guān)二極管D304的正極、第五開關(guān)二極管D305的正極、第二濾波電容CB302的負極連接，作為負電壓VEE輸出；第一濾波電容CB301的負極和第二濾波電容CB302的正極接地。供電電路部分包括第二運算放大器U301B、PNP型三極管Q302、發(fā)光二極管LED301、第五電阻R305、第六電阻R306、第七電阻R307、第八電阻R308；正電壓VP2給第二運算放大器U301B提供正電壓，負電壓VEE給第二運算放大器U301B提供負電壓；PNP型三極管Q302的發(fā)射極與獲取電壓電路的正電壓輸出連接，PNP型三極管Q302的基極與第五電阻R305的一端連接，第五電阻R305的另一端與第二運算放大器U301B的輸出端連接，PNP型三極管Q302的集電極、第六電阻R306的一端、第八電阻R308的一端均與第四電阻R304的另一端連接，第八電阻R308的另一端、發(fā)光二極管LED301的正極、第二運算放大器U301B的反向輸入端均與第一運算放大器U301A的同向輸入端連接，發(fā)光二極管LED301的負極接地；第六電阻R306的另一端、第七電阻R307的一端均與第二運算放大器U301B的同向輸入端連接，第七電阻R307的另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排水管網(wǎng)檢測裝置的通信與電源電路。傳統(tǒng)的通信與電源電路的電源存在干擾，影響工作可靠性。本發(fā)明包括RS232通信接口部分、轉(zhuǎn)換電路部分、獲取電壓電路部分和供電電路部分。RS232通信接口部分采用九芯插座。轉(zhuǎn)換電路部分包括第一運算放大器，四個電阻以及一個開關(guān)二極管和NPN型三極管。獲取電壓電路部分包括四個開關(guān)二極管和兩個濾波電容。供電電路部分包括四個電阻和一個運算放大器、PNP型三極管、發(fā)光二極管。本發(fā)明的外界供電由通信線提供而不是由供電電源提供，輸出電壓可靠，具有較強的抗干擾性。本發(fā)明采用的元器件成熟可靠、成本低廉、來源豐富。
文檔編號G05B19/048GK101702086SQ200910153228
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者陳巧, 魯仁全 申請人:杭州電子科技大學