專利名稱：一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通訊裝置和方法，尤其涉及一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置及方法。
背景技術(shù)：
儀表總線是一種低成本的一點對多點的總線通訊系統(tǒng)，具有通訊設(shè)備容量大(500 點)，通訊速率高(9600bps)，成本低，設(shè)計簡單，布線簡便(無極性可任意分支，普通雙絞線)，抗干擾能力強，并總線可提供高達500mA電源的特點。系統(tǒng)具有自動登錄功能，此功能可完成設(shè)備的自動登錄、結(jié)點中斷報警等雙向可中斷的先進的通訊功能?？偩€隔離設(shè)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(gòu)成的總線通訊系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于三表集抄、智能家庭控制網(wǎng)絡(luò)、消防報警及聯(lián)動網(wǎng)絡(luò)、小區(qū)智能化控制網(wǎng)絡(luò)、中央空調(diào)控制系統(tǒng)等。一直以來我們都是采用復(fù)雜電壓調(diào)制電路如使用恒流源去控制功率型三極管來驅(qū)動高電壓，這勢必增加設(shè)備的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，特別是在電路設(shè)計上，因一般電路采用的芯片都為低壓芯片，如果要驅(qū)動高壓電路或是從高壓電路中提取信號，電路設(shè)計會變得比較復(fù)雜，同時高壓電路產(chǎn)生的雜波會干擾到低壓電路，導(dǎo)致信號錯誤或者單片機程序“跑飛”的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有電路復(fù)雜且不穩(wěn)定的問題，設(shè)計制造出一種成本較低，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，抗干擾能力強的儀表總線數(shù)據(jù)通訊裝置和方法。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的可按以下方案來實現(xiàn)，一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置，包括電源模塊、RS-232通信模塊、單片機模塊、電壓調(diào)制模塊、和電流解調(diào)模塊。所述的電源模塊，它提供整個電路的供電，他一般采用DC36V開關(guān)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通訊模塊是采用光電隔離的方式來實現(xiàn)的，參考圖6，RS-232 —般采用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(fā)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(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備信號，其一般輸出為高電平，因DB9端口無VCC電源口，在這里我們巧用了這個信號作為電源，給光耦的RS-232側(cè)供電。光耦010的輸出端6腳連接到單片機串口輸入腳上， 并用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處于高電平狀態(tài)。光耦011的輸入端3腳連接到三極管T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極管T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極管放大來驅(qū)動光耦011。單片機模塊，主要用于數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，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輸出連接到三極管T2的基極上驅(qū)動光耦011。串口 2用于連接電壓調(diào)制模塊和電流解調(diào)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(diào)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(fā)送信號通過光耦01 傳遞到電壓調(diào)制模塊上。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(guān)的外圍電路參見圖7。電壓調(diào)制模塊，用于將單片機輸出的低壓信號調(diào)制到36V高壓信號，參考圖2，它有電阻、電容、三端可調(diào)穩(wěn)壓器、光耦、三極管組成，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(qū)動電阻R43連接到三極管m的基極，三極管集電極連接到三端可調(diào)穩(wěn)壓器的電壓調(diào)節(jié)1腳，當(dāng)三極管輸入高電平時，三極管導(dǎo)通，連接在三端可調(diào)穩(wěn)壓器輸出腳與調(diào)節(jié)腳之間的R2和調(diào)節(jié)腳與三極管集電極之間的Rl分壓，三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出腳在總線上輸出14V電壓。當(dāng)三極管輸入低電平時，三極管截止，三端可調(diào)穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)腳為36V高電平，總線輸出36V電平。三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸入輸出端之間連接二極管D1，保護三端可調(diào)穩(wěn)壓器被損壞。電流解調(diào)模塊，用于總線上的電流環(huán)信號的解調(diào)，參考圖4，該電路有電阻、電容、 比較器、光耦、穩(wěn)壓二極管組成總線上形成的電流環(huán)信號被解調(diào)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸?shù)诫娏鹘庹{(diào)模塊穩(wěn)壓管D9上，該穩(wěn)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(fù)向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14并連到 R49。比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極管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?shù)絾纹瑱C串口 2輸入端，將回傳數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機。所述電壓調(diào)制模塊，電壓調(diào)制模塊的主要功能是將處理器傳過來的信號調(diào)制到 36V高壓電路上。此電路運用三端可調(diào)穩(wěn)壓器(如圖2)來實現(xiàn)電壓的調(diào)制，當(dāng)信號輸入為低電平時，三極管處于不導(dǎo)通的狀態(tài)，三端可調(diào)穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整端口無電流Iadj,這時輸入端的電壓Vin等于輸出端電壓Vout。當(dāng)信號輸入為低電平時，三極管導(dǎo)通，三端可調(diào)穩(wěn)壓器輸出端電流經(jīng)電阻Rl和R2流向三極管的發(fā)射極，通過三極管的發(fā)射極流向GND，這樣在三端可調(diào)穩(wěn)壓器的調(diào)整端口形成電流和電壓，通過下面的公式可以計算出輸出端電壓Vout。根據(jù)儀表總線的定義，電壓調(diào)制的低電壓與高電壓的差值大于10V，低電壓最小大于等于10V，可以設(shè)定R1=240Q，R2=2. 4K Ω，這樣電壓調(diào)制的高電壓為36V，低電壓為14V。 此電路僅使用了三個電阻，一個三端穩(wěn)壓管，一個電容，就實現(xiàn)了 5V的低壓信號調(diào)制成36V 的高壓信號。所述電流解調(diào)模塊，電流解調(diào)模塊的主要功能是將總線傳過來的電流環(huán)信號解調(diào)成TTL信號。此電路是將高電壓通過穩(wěn)壓二極管降到低壓，然后利用電流通過電阻時產(chǎn)生壓降，將此電壓變化輸入到比較器的正向輸入端，負(fù)端接入電容器和肖基特二極管，然后連接到穩(wěn)壓二極管。其工作原理就是利用電容器的濾波的作用，當(dāng)接入電容器兩端電壓發(fā)生突變時，電容器兩端端電壓不發(fā)生突變的原理。同時利用肖特基二極管反向恢復(fù)速度極快的特點，讓比較器負(fù)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(chǎn)生壓降變化將電流的變化轉(zhuǎn)變成電壓的變化并通過比較器輸出。本發(fā)明的有益效果成本較低，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，抗干擾能力強的儀表總線數(shù)據(jù)通訊裝置和方法。說明書附圖


圖1 本發(fā)明儀表總線協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊裝置模塊示意圖， 圖2 本發(fā)明儀表總線協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊裝置電壓調(diào)制電路原理圖， 圖3:本發(fā)明電壓調(diào)制波形圖，
圖4 本發(fā)明儀表總線協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊裝置電流解調(diào)電路原理圖， 圖5:本發(fā)明電流解調(diào)波形圖， 圖6 本發(fā)明RS-232光耦隔離電路圖， 圖7:本發(fā)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，他一般采用DC36V開關(guān)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通訊模塊是采用光電隔離的方式來實現(xiàn)的，參考圖6，RS-232 —般采用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(fā)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(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備信號，其一般輸出為高電平，因DB9端口無VCC電源口，在這里我們巧用了這個信號作為電源，給光耦的RS-232側(cè)供電。光耦010的輸出端6腳連接到單片機串口輸入腳上， 并用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處于高電平狀態(tài)。光耦011的輸入端3腳連接到三極管T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極管T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極管放大來驅(qū)動光耦011。單片機模塊，主要用于數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，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輸出連接到三極管T2的基極上驅(qū)動光耦011。串口 2用于連接電壓調(diào)制模塊和電流解調(diào)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(diào)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(fā)送信號通過光耦01 傳遞到電壓調(diào)制模塊上。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(guān)的外圍電路參見圖7。電壓調(diào)制模塊，用于將單片機輸出的低壓信號調(diào)制到36V高壓信號，參考圖2，它有電阻、電容、三端可調(diào)穩(wěn)壓器、光耦、三極管組成，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(qū)動電阻R43連接到三極管m的基極，三極管集電極連接到三端可調(diào)穩(wěn)壓器的電壓調(diào)節(jié)1腳，當(dāng)三極管輸入高電平時，三極管導(dǎo)通，連接在三端可調(diào)穩(wěn)壓器輸出腳與調(diào)節(jié)腳之間的R2和調(diào)節(jié)腳與三極管集電極之間的Rl分壓，三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸出腳在總線上輸出14V電壓。當(dāng)三極管輸入低電平時，三極管截止，三端可調(diào)穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)腳為36V高電平，總線輸出36V電平。三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸入輸出端之間連接二極管D1，保護三端可調(diào)穩(wěn)壓器被損壞。
電流解調(diào)模塊，用于總線上的電流環(huán)信號的解調(diào)，參考圖4，該電路有電阻、電容、 比較器、光耦、穩(wěn)壓二極管組成總線上形成的電流環(huán)信號被解調(diào)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸?shù)诫娏鹘庹{(diào)模塊穩(wěn)壓管D9上，該穩(wěn)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(fù)向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14并連到 R49。比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極管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?shù)絾纹瑱C串口 2輸入端，將回傳數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機。
權(quán)利要求
1.一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置，包括電源模塊、RS-232通信模塊、單片機模塊、電壓調(diào)制模塊、和電流解調(diào)模塊，所述的RS-232通訊模塊采用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(fā)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(shù)據(jù)終端準(zhǔn)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，并用電阻R27作為上拉，保證待機時電平口處于高電平狀態(tài)，光耦011的輸入端3腳連接到三極管T2的集電極上，單片機的輸出腳連接到三極管T2的基極上，單片機的串口輸出通過三極管放大來驅(qū)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輸出連接到三極管T2的基極上驅(qū)動光耦011，串口 2用于連接電壓調(diào)制模塊和電流解調(diào)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(diào)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(fā)送信號通過光耦01傳遞到電壓調(diào)制模塊上，所述的電壓調(diào)制模塊由電阻、電容、三端可調(diào)穩(wěn)壓器、光耦、三極管組成，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(qū)動電阻R43連接到三極管m的基極，三極管集電極連接到三端可調(diào)穩(wěn)壓器的電壓調(diào)節(jié)1腳，三端可調(diào)穩(wěn)壓器的輸入輸出端之間連接二極管D1，所述的電流解調(diào)模塊由電阻、電容、比較器、光耦、穩(wěn)壓二極管組成，總線上形成的電流環(huán)信號被解調(diào)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸?shù)诫娏鹘庹{(diào)模塊穩(wěn)壓管D9 上，該穩(wěn)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(fù)向輸入端，電阻R49、R50分壓，電容C14并連到R49，比較器輸出1腳輸出電平信號連接到電阻R45和二極管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?shù)絾纹瑱C串口 2輸入端，將回傳數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置，其特征在于其電源模塊采用DC36V開關(guān)電源或DC36V變壓器電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊裝置，其特征在于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。
4.一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊方法，其特征在于還包含以下步驟A、將處理器傳過來的信號調(diào)制到36V高壓電路上；B、將36V電壓降到18V，將總線傳過來的電流環(huán)信號解調(diào)成TTL信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于儀表總線協(xié)議數(shù)據(jù)通訊方法及裝置，特別是涉及一種36V電壓調(diào)制和36V電流解調(diào)的方法與裝置，應(yīng)用于儀表總線的數(shù)據(jù)采集器如熱量表數(shù)據(jù)采集器，本發(fā)明利用了三端可調(diào)穩(wěn)壓器的電壓調(diào)整的功能來實現(xiàn)電壓調(diào)制，此方法很好的解決了電路低壓輸入高壓輸出的難題，又達到電路后級電壓穩(wěn)定的效果，本發(fā)明電流解調(diào)采用硅穩(wěn)壓管來實現(xiàn)降壓，解決了高壓輸出低壓輸入的問題，本方法結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于生產(chǎn)，同時信號處理穩(wěn)定，抗干擾能力強。
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(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者孫衛(wèi)國 申請人:江蘇邁拓智能儀表有限公司