太陽(yáng)能熱水器中一線通信接口轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　基于可靠性、安全性、易于安裝維護(hù)及方便使用等方面的設(shè)計(jì)考慮，將太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)分成兩部分，通過(guò)低壓直流電源線和通信線連接。安裝在戶外的主控制器主要完成水位和水溫的實(shí)時(shí)檢測(cè)和水泵的開(kāi)關(guān)控制，戶內(nèi)的線控器主要實(shí)現(xiàn)顯示狀態(tài)及控制功能。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)組成框圖如1所示。

　　主控制器與線控器均采用微處理器作為核心器件。微處理器內(nèi)部帶有通用異步收發(fā)器（UART），其硬件上有兩根引線，一根為接收線，一根為發(fā)送線，接口電平為CMOS電平。為了延長(zhǎng)通信距離、提高通信質(zhì)量，通常轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的全雙工RS 232接口或半雙工RS 485接口。RS 232 接口在20 m 以內(nèi)通信，RS 485 可以在1 200 m內(nèi)通信。

　　無(wú)論采用以上哪種通信接口，主控制器與線控器的連接線需要兩根電源線，兩根通信線，布線成本較高。

　　若微處理器的UART接口轉(zhuǎn)換為一線接口，只要兩根用作電源線，一根用作通信線，對(duì)于遠(yuǎn)距離通信的應(yīng)用場(chǎng)合，不僅安裝方便，而且降低布線成本。故此，國(guó)內(nèi)外科研人員紛紛投入研究，并且取得了良好的應(yīng)用效果。

　　但與UART 接口連接時(shí)，1-Wire總線和LIN總線需要使用專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換，不僅增加了成本，且受協(xié)議約束增加了使用的復(fù)雜性。

　　本文采用普通元器件，在原有電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種一線通信接口轉(zhuǎn)換電路，能在UART 接口之間實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)距離透明傳輸，達(dá)到了降低布線成本、使用簡(jiǎn)單靈活的目的。

　　2 問(wèn)題的提出

　　一種應(yīng)用于UART 接口的一線通信接口轉(zhuǎn)換電路由輸出轉(zhuǎn)換電路和輸入轉(zhuǎn)換電路兩部分構(gòu)成，其中輸出轉(zhuǎn)換電路由Q1,Q2,D1,R1,R2 組成，輸入轉(zhuǎn)換電路由Q3,D2,R3~R5 組成，D1 和D2 為保護(hù)二極管，電路原理圖如圖2所示。

　　UART 接口處于接收狀態(tài)時(shí)，發(fā)送端TXD 為高電平，使Q2飽和導(dǎo)通，Q1截止，通信線（通信接口P1的2引腳）為低電平；Q3 也處于截止?fàn)顟B(tài)，接收端RXD 為高電平。若通信線為高電平，Q3進(jìn)入飽和狀態(tài)，接收端RXD為低電平。UART接口處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，發(fā)送端TXD的電平有高有低，若為低電平時(shí)，使Q2截止，Q1飽和導(dǎo)通，向通信線輸出高電平；此時(shí)，接收轉(zhuǎn)換電路的Q3也進(jìn)入飽和狀態(tài)，使得接收端RXD 為低電平，引發(fā)接收中斷。