專利名稱：總線數(shù)據(jù)收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動控制中控制信號的數(shù)據(jù)傳輸裝置，特別是涉及一種總線數(shù)據(jù)發(fā)送 器、接收器及數(shù)據(jù)發(fā)送方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的各種工業(yè)控制系統(tǒng)中，要最大限度地發(fā)揮和調(diào)度現(xiàn)場設(shè)備的智能處理功能，采 用現(xiàn)場總線是實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)的最有效手段。目前總線采用多重標(biāo)準(zhǔn)，如RS-232-C總線 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA (Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標(biāo) 準(zhǔn)，對于一般雙工通訊，可采用其25條信號線中的三條來實現(xiàn) 一條發(fā)送線、 一條接收線 及一條地線，該標(biāo)準(zhǔn)可選擇設(shè)定好的不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，但是由于驅(qū)動器只允許有2500pF 的電容負(fù)載，通訊距離受到限制，最多只能傳輸幾十米，傳輸距離短的另一個原因是該總 線是單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，容易受到外界信號干擾， 對于一些中等距離傳輸?shù)目刂葡到y(tǒng)，如燈光控制系統(tǒng)，這種總線難以得到很好的應(yīng)用；同 時由于采用非平衡傳輸方式，信號弱，需要采用運算放大器進行放大處理，因此成本高， 同時眾多信號線也導(dǎo)致其成本居高不下。如今相對普遍采用的RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)采用平 衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力，傳送距離遠(yuǎn)，速度高，傳送50Ft (英 尺)以內(nèi)的距離時最高速率可達10Mbps (兆字節(jié)/秒)，但是RS-485采用半雙工工作方式 時，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此發(fā)送電路須由使能信號加以控制，導(dǎo)致電路 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這是因為二點以上同時處于發(fā)送狀態(tài)，會造成總線沖突，導(dǎo)致輸出短路。上述 兩種總線標(biāo)準(zhǔn)都不能為外設(shè)提供電源，最新的由7家世界著名的計算機和通信公司共同推 出的新型接口標(biāo)準(zhǔn)USB總線可以為外設(shè)提供電源，通訊速率可達12Mbps，還能支持多媒 體，但是，由于其追求遠(yuǎn)距離傳輸和高速率傳輸?shù)燃夹g(shù)性能，在不必要達到這些性能指標(biāo) 的控制領(lǐng)域，比如智能燈光控制系統(tǒng)，采用這類總線會造成成本居高不下，不利于智能燈 光系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)的總線不適用于中等距離、非高速率傳輸控制系統(tǒng)的技術(shù)問題， 提供一種總線數(shù)據(jù)收發(fā)器，能夠在總線上實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)如燈光控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)要 求，同時成本低廉。
本發(fā)明的技術(shù)方案是-
一種總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，并聯(lián)連接在具有專用直流電源的一對電纜總線上，其特征在于 包括分別并聯(lián)連接在總線上的發(fā)送器開關(guān)Sl和電壓源，及分別與所述開關(guān)Sl和電壓源串 連的電容C1，還包括與所述電壓源串聯(lián)的沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ亩O管VD3，
所述電壓源的電壓方向與專用直流電源電壓方向相反，并小于專用直流電源電壓，沿專用 直流電源電流方向單向?qū)ǖ牧硪粋€二極管VD2與負(fù)載串聯(lián)后，并聯(lián)在總線上；總線和直 流電源之間串聯(lián)有電感L。
專用直流電源電壓大于15伏，優(yōu)選24-30伏，電壓源的電壓為2-8伏。
一個與專用直流電源反向的二極管VD1與所述電感L并聯(lián)。
上述數(shù)據(jù)發(fā)送器前端的總線上連接有換向器。
上述開關(guān)S1由CPU或數(shù)字電路控制，且開關(guān)斷開時間比閉合時間長2倍以上。
用于上述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)據(jù)接收器，并聯(lián)連接在具有專用直流電源的一對電纜總 線上，其特征在于包括一個設(shè)置在一根總線上沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ囊粋€二 極管VD4及由該二極管VD4控制導(dǎo)通與否的接收器開關(guān)電路，所述二極管VD4正向輸出 端所在的導(dǎo)線上串聯(lián)連接一電容C2。
所述接收器開關(guān)電路包括發(fā)射極連接在二極管VD4正向輸出端、基極連接在該二極管 VD4正向輸入端的三極管VT1，所述三極管VT1的集電極通過電阻與另一個三極管VT2 的基極相連，所述三極管VT2的集電極分為兩路， 一路通過電阻與一5伏直流電源相連， 另一路為輸出端，所述三極管的發(fā)射極連于另一根總線上。
一種實現(xiàn)邏輯與關(guān)系的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，在一對電纜總線上施加專用直流電源，在所述 總線和直流電源之間串聯(lián)電感L，并在所述電纜總線上并聯(lián)連接電容，通過控制電容的收放 電對總線產(chǎn)生下拉電壓，使總線交替出現(xiàn)一個下陷突變的電壓，形成邏輯位從而實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的數(shù)字發(fā)送。
所述控制電容的收放電是通過與一個電容Cl串連且受CPU或數(shù)字電路控制的開關(guān)Sl 實現(xiàn)的； 一個沿專用直流電源電流方向正向?qū)ǖ亩O管VD3與一個小于所述專用直流電 源電壓的電壓源串聯(lián)后與所述開關(guān)S1并聯(lián)，所述電壓源的電壓方向與所述專用直流電源的 電壓方向相反，以使開關(guān)控制所述電容的收放電時對總線產(chǎn)生下拉電壓。
技術(shù)效果
本發(fā)明電壓源并聯(lián)連接在具有專用直流電源的總線上，且所述電壓源的電壓方向與專 用直流電源電壓方向相反，并小于專用直流電源電壓，當(dāng)并聯(lián)在總線上的開關(guān)S1斷開時， 與電壓源串聯(lián)的電容C1被充的電壓等于專用直流電源電壓與電壓源之差(不考慮二極管的 壓降)，即小于專用直流電源電壓，因此當(dāng)開關(guān)閉合時，VD2、 VD3被反向偏置而截止， 電容C1低于總線的電壓被強制加到總線上，使得總線出現(xiàn)一個下陷突變的電壓，形成l個 邏輯位，總線和直流電源之間串聯(lián)的電感L用于隔離總線上的數(shù)字信號，使其信號不導(dǎo)致 專用直流電源短路，以保證總線上的交替電壓的實現(xiàn)。下拉電勢差取決于電壓源和VD3正 向壓降之和。
我們定義總線上下陷突變形成的電壓為邏輯O的1個邏輯位，而開關(guān)S1為斷開時為邏 輯1的邏輯位，這樣，通過控制開關(guān)S1的開閉，就能發(fā)送數(shù)字控制指令，滿足一般的數(shù)據(jù) 發(fā)送要求，由于總線及發(fā)送器采用的都是普通通用電器元件，因此成本低廉，能夠滿足普 通控制系統(tǒng)如燈光控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)要求，同時成本大為降低。
二極管VD1和電感L組成可以隔離交流信號的扼流圈電路，VD1可以鉗位總線電壓不 能超過電源電壓，因而可以有效鉗制當(dāng)S1閉合時流過電感的電流突然減小而引起L兩端的 感應(yīng)的正電動勢，實際這個電動勢被VD1回饋給電源。由于VD2和L的隔離作用，總線 在下拉電壓期間仍呈現(xiàn)較高的阻抗?fàn)顟B(tài)，使得發(fā)送電路耗能很小。本發(fā)明優(yōu)選實施例具有 很好的節(jié)能效果。
換向器一般由二極管橋組成，使得掛接在總線上并需要總線提供直流電源的設(shè)備在接 入時不必考慮極性。
由于C1被高于下拉電壓的專用直流電源電壓充電，這個邏輯位不能維持很長的時間， 維持時間的長短取決于C1容量和總線上直流等效負(fù)載的大小。同時，總線必須維持較長的 高電平時間(S1非閉合狀態(tài))， 一般是邏輯0電平寬度的2倍以上，使得總線有足夠時間使 Cl恢復(fù)到低電壓，并為C2充電，以在下一個下拉邏輯位來臨前復(fù)原，因此開關(guān)S1的斷開 時間比閉合時間長2倍以上。


圖1是本發(fā)明總線數(shù)據(jù)發(fā)送器的電路原理圖； 圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)接收器的電路原理圖3是本發(fā)明總線數(shù)據(jù)收發(fā)器的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
見圖l的總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，連接在具有24伏專用直流電源的一對雙絞線總線上，包括 分別并聯(lián)連接在總線上的發(fā)送器開關(guān)S1和5V電壓源，及分別與開關(guān)S1和電壓源串連的電 容C1，還包括與所述電壓源串聯(lián)的沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ亩O管VD3，所述 電壓源的電壓方向與專用直流電源電壓方向相反，并小于專用直流電源電壓，本實施例選 用5V電壓源，當(dāng)然也可采取其他方式的5V電源。沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ牧?一個二極管VD2與負(fù)載串聯(lián)后，并聯(lián)在總線上；總線和直流電源之間串聯(lián)有電感L。電阻 Rl串聯(lián)連接在5V電壓源的負(fù)極端并與電容C1并聯(lián)，負(fù)載還與另一個電容C2并聯(lián)后與VD2 串聯(lián)。專用直流電源電壓大于15伏，優(yōu)選24-30伏。圖1中開關(guān)S1由CPU或數(shù)字電路控 制，閉合時形成下拉電壓，下拉電勢差取決于5V電壓源和VD3正向壓降之和。此時，VD2、 VD3被反向偏置而截止，Cl存儲的低于專用直流電源的電壓通過換向器被強制加到總線上， 由于電感L的隔離作用，使得總線出現(xiàn)一個下陷突變的電壓，形成l個邏輯位。
一個與專用直流電源反向的二極管VD1與所述電感L并聯(lián)。二極管VD1和電感L組成 可以隔離交流信號的扼流圈電路，用于隔離總線上的數(shù)字信號，使其信號不被電源短路。 VD1可以鉗位總線電壓不能超過電源電壓，因而可以有效鉗制當(dāng)S1閉合時流過電感的電流 突然減小而引起L兩端的感應(yīng)的正電動勢，實際這個電動勢被VD1回饋給電源。由于VD2 和L的隔離作用，總線在下拉電壓期間仍呈現(xiàn)較高的阻抗?fàn)顟B(tài)，使得發(fā)送電路耗能很小。
上述數(shù)據(jù)發(fā)送器前端的總線上連接有換向器。換向器一般由二極管橋組成，使得掛接 在總線上并需要總線提供直流電源的設(shè)備在接入時不必考慮極性。
開關(guān)S1由CPU或數(shù)字電路控制，且開關(guān)斷開時間比閉合時間長2倍以上。我們定義下 陷突變形成的電壓為邏輯0的1個邏輯位。由于Cl的充電作用，這個邏輯位不能維持很長 的時間，維持時間的長短取決于C1容量和總線上直流等效負(fù)載的大小。同時，總線必須維 持較長的高電平時間(S1非閉合狀態(tài))， 一般是邏輯0電平寬度的2倍以上，使得總線電壓 使Cl恢復(fù)到起始狀態(tài)并及時為C2充電，以在下一個下拉邏輯位來臨前恢復(fù)到最初狀態(tài)。
圖2是總線數(shù)據(jù)接收器的電路原理圖。該接收器同樣連接在具有專用直流電源的一對 雙絞線總線上，包括一個設(shè)置在一根總線上沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ囊粋€二極 管VD4及由該二極管VD4控制導(dǎo)通與否的接收器開關(guān)電路，二極管VD4正向輸出端所在的
一根總線與另一根總線之間還連接有一電容C2。圖2中的二極管VD4可以與圖1的二極管 VD2為同一個二極管(表達在圖3中)，起兩個作用。
接收器開關(guān)電路包括發(fā)射極連接在二極管VD4正向輸出端、基極連接在該二極管VD4 正向輸入端的三極管VT1，三極管VT1的集電極通過電阻與另一個三極管VT2的基極相連， 三極管VT2的集電極分為兩路， 一路通過電阻與一 5伏直流電源相連，另一路為輸出端， 所述三極管的發(fā)射極連于另一根總線上。
當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送器未向總線發(fā)送下陷電平時(邏輯0)，圖2中總線直流電壓通過VD4向負(fù)載 供電，此時VD4正向?qū)?，VT1處于截止?fàn)顟B(tài)，VT2同時截止，0UT輸出高電平。
當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送器的開關(guān)S1閉合而向總線發(fā)送下陷電平時(邏輯0)，總線電壓下降至少5V， 此時，由于C2存儲電壓不能突變，使得Ua低于Ub，VD2由于電壓反偏而截止。 一般當(dāng)Ub 大于Ua超過lV時，VT1進入導(dǎo)通狀態(tài)，使得VT2也同時導(dǎo)通，OUT輸出低電平。從而實現(xiàn) 對總線發(fā)來數(shù)據(jù)的數(shù)字接收。
圖3是圖1、 2的總線數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器在實際應(yīng)用中綜合到一起形成完整的總線數(shù) 據(jù)收發(fā)器。
其中，BUS1和BUS2為數(shù)據(jù)總線，SEND為數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)據(jù)輸入端，RECE為數(shù)據(jù)接收 器的輸出端，R14為模擬假負(fù)載。圖3中數(shù)據(jù)發(fā)送器前端的總線上連接的換向器VC1為橋式 整流電路。
從圖3可見，本發(fā)明可以多個數(shù)據(jù)收發(fā)器連接在總線上，由于總線電壓可以下拉的特 性，使得當(dāng)多個發(fā)送器同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，同時間發(fā)送的邏輯會實現(xiàn)與邏輯，它們可 以像OC門電路一樣的工作，因而不會發(fā)生輸出短路。這樣就更便于進行控制程序設(shè)計。
權(quán)利要求
1、一種總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，并聯(lián)連接在具有專用直流電源的一對電纜總線上，其特征在于包括分別并聯(lián)連接在總線上的發(fā)送器開關(guān)S1和電壓源，及分別與所述開關(guān)S1和電壓源串連的電容C1，還包括與所述電壓源串聯(lián)的沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ亩O管VD3，所述電壓源的電壓方向與專用直流電源電壓方向相反，并小于專用直流電源電壓，沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ牧硪粋€二極管VD2與負(fù)載串聯(lián)后，并聯(lián)在總線上；總線和直流電源之間串聯(lián)有電感L。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，其特征在于專用直流電源電壓大于15伏， 優(yōu)選24-30伏，電壓源的電壓為2-8伏。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，其特征在于一個與專用直流電源反向的 二極管VD1與所述電感L并聯(lián)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，其特征在于所述數(shù)據(jù)發(fā)送器前端的總線 上連接有換向器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，其特征在于所述數(shù)據(jù)發(fā)送器前端的總線上連 接有換向器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，其特征在于所述開關(guān)S1的開關(guān)由CPU 或數(shù)字電路控制，且開關(guān)斷開時間比閉合時間長2倍以上。
7、 用于權(quán)利要求l-6之一總線數(shù)據(jù)發(fā)送器的數(shù)據(jù)接收器，并聯(lián)連接在具有專用直流電 源的一對電纜總線上，其特征在于包括一個設(shè)置在一根總線上沿專用直流電源電流方向單 向?qū)ǖ囊粋€二極管VD4及由該二極管VD4控制導(dǎo)通與否的接收器開關(guān)電路，所述二極 管VD4正向輸出端所在的導(dǎo)線上串聯(lián)連接一電容C2。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述數(shù)據(jù)接收器，其特征在于所述接收器開關(guān)電路包括發(fā)射極連接 在二極管VD4正向輸出端、基極連接在該二極管VD4正向輸入端的三極管VT1，所述三 極管VT1的集電極通過電阻與另一個三極管VT2的基極相連，所述三極管VT2的集電極 分為兩路， 一路通過電阻與一 5伏直流電源相連，另一路為輸出端，所述三極管的發(fā)射極 連于另一根總線上。
9、 一種數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的發(fā)送方法，其特征在于在一對電纜總線上施加專用直流電源，在所 述總線和直流電源之間串聯(lián)電感L，并在所述電纜總線上并聯(lián)連接電容，通過控制電容的收 放電對總線產(chǎn)生下拉電壓，使總線交替出現(xiàn)一個下陷突變的電壓，形成邏輯位從而實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的數(shù)字發(fā)送。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的發(fā)送方法，其特征在于所述控制電容的收放電是通過與一個電容C1串連且受CPU或數(shù)字電路控制的開關(guān)S1實現(xiàn)的； 一個沿專用直流電源電流方向正向?qū)ǖ亩O管VD3與一個小于所述專用直流電源電壓的電壓源串聯(lián)后與所 述開關(guān)S1并聯(lián)，所述電壓源的電壓方向與所述專用直流電源的電壓方向相反，以使開關(guān)控 制所述電容的收放電時對總線產(chǎn)生下拉電壓。
全文摘要
本發(fā)明總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，涉及一種總線數(shù)據(jù)發(fā)送器、接收器及數(shù)據(jù)發(fā)送方法。其中總線數(shù)據(jù)發(fā)送器，并聯(lián)連接在具有專用直流電源的一對電纜總線上，其特征在于包括分別并聯(lián)連接在總線上的發(fā)送器開關(guān)S1和電壓源，及分別與所述開關(guān)S1和電壓源串連的電容C1，還包括與所述電壓源串聯(lián)的沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ亩O管VD3，所述電壓源的電壓方向與專用直流電源電壓方向相反，并小于專用直流電源電壓，沿專用直流電源電流方向單向?qū)ǖ牧硪粋€二極管VD2與負(fù)載串聯(lián)后，并聯(lián)在總線上；總線和直流電源之間串聯(lián)有電感L。本發(fā)明能夠在總線上實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)如燈光控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)要求，同時成本低廉。
文檔編號G05B19/418GK101174152SQ20071017835
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者王立新 申請人:北京豪沃爾科技發(fā)展股份有限公司