專利名稱：一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置。
背景技術(shù)：
電流環(huán)技術(shù)在模擬量傳送領(lǐng)域己有很多年歷史。其基本構(gòu)成是在一對(duì)線纜的兩端，各有一個(gè)設(shè)備(譬如設(shè)備甲和設(shè)備乙)。在線纜的一端設(shè)備甲將要傳送的模擬量轉(zhuǎn)化成4 20mA電流，并使之在線纜中流動(dòng)；在線纜的另一端，設(shè)備乙把4 20mA的電流值轉(zhuǎn)化成需要的模擬量或數(shù)字量。現(xiàn)有的電流環(huán)數(shù)字通信則把4 20mA模擬電流簡(jiǎn)單地替換成環(huán)路的通斷狀態(tài)，從而構(gòu)成了從電流環(huán)的一端向電流環(huán)的另一端單向的數(shù)字信號(hào)傳送。因此，為了達(dá)到雙向數(shù)字信號(hào)傳送的目的，需要使用兩個(gè)電流環(huán)(即使用兩對(duì)線纜)分別實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同方向的數(shù)字信號(hào)傳送。如專利號(hào)為200710098909. 5的中國(guó)專利公開(kāi)的一種基于電流環(huán)的異步串行通信方法中所述即釆用上述方法。
該方法的缺點(diǎn)在于它需要使用兩對(duì)線實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字通信，在通信距離較長(zhǎng)的情況下，線纜成本較高。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種成本低廉的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下 一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，包括通信主方和通信從方，通信主方和通信從方分別包括一個(gè)時(shí)序控制單元以及與時(shí)序控制單元相連的光耦隔離電路；兩個(gè)光耦隔離電路之間通過(guò)一對(duì)線纜相連，形成電流環(huán)電路，電流環(huán)電路中設(shè)置有一電流源；通信主方和從方的時(shí)序控制單元用于控制信號(hào)的發(fā)送和接收。
本實(shí)用新型的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，所述的通信主方和從方的時(shí)序控制單元為一個(gè)微處理器或一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，且每個(gè)時(shí)序控制單元上設(shè)置有接收和發(fā)送引腳，所述的引腳與由光耦隔離的電路相連。
本實(shí)用新型的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，每個(gè)光耦隔離的電路包括兩個(gè)分別與發(fā)送引腳和接收引腳相連的光耦，與接收引腳相連的光耦的發(fā)光器兩腳之間接有用于降低光耦靈敏度的電阻；與發(fā)送引腳相連的光耦的接收器兩腳之間接有用于避免接收器兩腳之間流過(guò)較大電流、形成較大壓降的電阻和三極管。
本實(shí)用新型的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，電流環(huán)電路中的電流源可設(shè)置在任一光耦隔離電路中。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型使用單個(gè)電流環(huán)路進(jìn)行雙向通信，從而節(jié)省大量線纜成本。2、本實(shí)用新型具有電流環(huán)所固有的超強(qiáng)抗干擾性，實(shí)際應(yīng)用證明其非常實(shí)用可靠。3、本實(shí)用新型具有超長(zhǎng)傳輸距離，在1Kbps左右的速率下，可輕而易舉地傳輸數(shù)公里。4、本實(shí)用新型成本低廉，一般情況下，可以使用低速光耦；速率較高時(shí)，可以使用相對(duì)高速的光耦。


圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖2是本實(shí)用新型的主方向從方數(shù)據(jù)發(fā)送情況通信原理圖；圖3是本實(shí)用新型的從方向主方數(shù)據(jù)發(fā)送情況通信原理圖；圖4是本實(shí)用新型的無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送情況通信原理圖。
具體實(shí)施方式

如圖l所示，本實(shí)用新型的一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，
包括通信主方和通信從方。通信主方包括一個(gè)時(shí)序控制單元TCU—MASTER以及與時(shí)序控制單元TCU_MASTER相連的光耦隔離電路；通信從方也包括一個(gè)時(shí)序控制單元TCU_SLAVE以及與時(shí)序控制單元TCU—SLAVE相連的光耦隔離電路。所述時(shí)序控制單元(Timing Control Unit, TCU)可以是一個(gè)微處理器或一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。兩個(gè)光耦隔離電路之間通過(guò)一對(duì)線纜相連，形成電流環(huán)電路。時(shí)序控制單元用于控制信號(hào)的接收和發(fā)送。如圖1所示的時(shí)序控制單元TCU_MASTER、 TCU—SLAVE上分別設(shè)置有接收引腳MASTER_RX/SLAVE—RX和發(fā)送引腳MASTER—TX/SLAVE_TX。整個(gè)通信裝置以一個(gè)電流源的輸出作為通信電流。電流源可以處于通信主方的光耦隔離電路中，也可以處于通信從方的光耦隔離電路中。(圖1給出了電流源位于通信主方的光耦隔離電路情況)。電流源在環(huán)路電阻小于一定數(shù)值時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)恒流源；當(dāng)環(huán)路電阻大于一定數(shù)值時(shí)，環(huán)路電流將減少；當(dāng)環(huán)路斷開(kāi)時(shí)，環(huán)路電流為零。本電流環(huán)通信的本質(zhì)是，通信雙方按照通信協(xié)議，根據(jù)自己的角色，通過(guò)對(duì)環(huán)路的通斷行為進(jìn)行控制，向通信的對(duì)方傳遞數(shù)據(jù)信息。
如圖1所示，與處理器TCU_MASTER相連的光耦隔離電路的電路結(jié)構(gòu)如下處理器TCU_MASTER的接收引腳MASTER—RX與光耦Ul的接收器即光敏半導(dǎo)體管的兩腳3、 4中的腳4的相連，處理器TCU—MASTER的發(fā)送引腳MASTER—TX與光耦U3的發(fā)光器即發(fā)光二極管的兩腳1、 2中的腳1相連，腳2與Rll相連后接地。光耦U1的發(fā)光器即發(fā)光二極管的兩腳l、 2之間接有電阻R4，其目的是降低光耦的靈敏度，避免很小的漏電流對(duì)光耦誤觸發(fā)。光耦U1的接收器即光敏半導(dǎo)體管的兩腳3、 4中的腳3接地，腳4與電阻R2相連。光耦U3的接收器即光敏半導(dǎo)體管的兩腳3、 4之間接有電阻R6、 R8和三極管Q2，其目的是讓三極管Q2和電阻R6承載相對(duì)較大的環(huán)路電流，避免環(huán)流電流全部流過(guò)光耦U3的光敏半導(dǎo)體管，在光耦U3的3、 4腳上形成較大壓降。
如圖1所示，與處理器TCILSLAVE相連的光耦隔離電路的電路結(jié)構(gòu)與上述電路結(jié)構(gòu)相同。在光耦U4的3、 4腳之間接有電阻R5、 R7和三極管Q1，光耦U2的1、 2腳之間接有電阻R3。兩個(gè)電路通過(guò)一對(duì)線纜相連。
電流環(huán)電路的環(huán)路通斷情況由通信主方和通信從方的時(shí)序控制單元的發(fā)送引腳MASTER_TX/SLAVE—TX的電平共同決定，當(dāng)兩者都為高電平時(shí)，環(huán)路通。其原理為，光耦U3、 U4的l、 2腳之間的發(fā)光二極管發(fā)光，使光耦U3、 U4的3、 4腳之間的光敏半導(dǎo)體管導(dǎo)通，環(huán)路電流從電流源的正極出發(fā)，流過(guò)光耦Ul的發(fā)光二極管和電阻R4;然后小部分電流流過(guò)光耦U3的光敏半導(dǎo)體管通過(guò)R8注入三極管Q2的基極，使三極管Q2飽和導(dǎo)通，大部分電流流過(guò)三極管Q2的集電極和發(fā)射極之間；電流經(jīng)過(guò)線對(duì)中的一條線，流過(guò)光耦U2的發(fā)光二極管和電阻R3;然后小部分電流流過(guò)光耦U4的光敏半導(dǎo)體管通過(guò)R7注入三極管Ql的基極，使三極管Ql飽和導(dǎo)通，大部分電流流過(guò)三極管Ql的集電極和發(fā)射極之間；最后，電流經(jīng)過(guò)線對(duì)中的另一條線，回到電流源的負(fù)極。當(dāng)主方和從方的時(shí)序控制單元的發(fā)送引腳中至少有一個(gè)為低電平，則環(huán)路斷。其原理為，假定是主方的發(fā)送引腳為低電平，則光耦U3的發(fā)光二極管不發(fā)光，此時(shí)光耦U3的光敏半導(dǎo)體管不導(dǎo)通，此時(shí)三極管Q2的基極無(wú)注入電流，且有R12將基極電平強(qiáng)拉至發(fā)射極電平，三極管Q2截止；由于電流的必經(jīng)之路Q2的集電極一發(fā)射極回路和光耦U3的光敏半導(dǎo)體管均無(wú)電流流過(guò)，其結(jié)果為環(huán)路斷。當(dāng)從方的發(fā)送引腳為低電平時(shí)，情況與上述類似。主方和從方均可通過(guò)其接收引腳的電平感知環(huán)路的通斷狀態(tài)。當(dāng)環(huán)路通時(shí)，時(shí)序控制單元的接收引腳為低電平；當(dāng)環(huán)路斷開(kāi)時(shí)，時(shí)序控制單元的接收引腳為高電平。
利用本實(shí)用新型的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置進(jìn)行雙向通信的通信協(xié)議如下協(xié)議規(guī)定，所有的通信周期都由主方發(fā)起，在通信周期內(nèi)，主方可以向從方發(fā)送數(shù)據(jù)，從方可以向主方發(fā)送數(shù)據(jù)，也可能沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送。在通信周期結(jié)束后，通信進(jìn)入空閑周期。當(dāng)通信處于空閑周期時(shí)，主方發(fā)送引腳MASTER—TX為低電平，從方發(fā)送引腳SLAVE—TX為高電平，環(huán)路呈斷開(kāi)狀態(tài)。協(xié)議規(guī)定，空閑周期至少持續(xù)Tidle單位時(shí)間。協(xié)議規(guī)定，在通信周期內(nèi)，主方具有數(shù)據(jù)發(fā)送的優(yōu)先權(quán)，即如果主方和從方都有數(shù)據(jù)要發(fā)送，從方只能把數(shù)據(jù)暫時(shí)保存起來(lái)，直到確認(rèn)主方?jīng)]有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才能發(fā)送。協(xié)議規(guī)定，不管主方還是從方，均以環(huán)路通Ton單位時(shí)間然后斷TOoff單位時(shí)間表示數(shù)據(jù)0，以環(huán)路通Ton單位時(shí)間然后斷Tloff單位時(shí)間表示數(shù)據(jù)l，為可靠起見(jiàn)，Ton+T0off與Ton+Tloff在數(shù)值上至少相差50%以上。協(xié)議規(guī)定，在通信周期內(nèi)，環(huán)路的活動(dòng)可分為如下三種不同情況l.主方向從方發(fā)送數(shù)據(jù)；2.從方向主方發(fā)送數(shù)據(jù)；3.主、從雙方均無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送。
三種情況的具體描述如下
情形1:如圖2所示，當(dāng)主方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，則在將環(huán)路接通的那一刻起，直接按照協(xié)議規(guī)定發(fā)送0、 l數(shù)據(jù)序列；當(dāng)主方數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，將環(huán)路接通Ton單位時(shí)間，然后斷開(kāi)環(huán)路，直到下一個(gè)通信周期開(kāi)始； 一旦環(huán)路接通Ton單位時(shí)間，然后斷開(kāi)時(shí)間超過(guò)Tend單位時(shí)間(Tend》T0off或200920120134.1
說(shuō)明書(shū)第6/6頁(yè)
Tl0ff)，從方可以判定數(shù)據(jù)包的結(jié)束。
情形2:如圖3所示，當(dāng)主方無(wú)數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，它要檢査從方有無(wú)數(shù)據(jù)
發(fā)送，其方式為，主方維持環(huán)路通Tsilent單位時(shí)間(Tsilent》Ton)，如 果從方有數(shù)據(jù)發(fā)送，在Tsilent時(shí)刻，從方將環(huán)路斷開(kāi)Tadjust單位時(shí)間， 然后按照按照協(xié)議規(guī)定發(fā)送O、 l數(shù)據(jù)序列；當(dāng)從方數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，維持環(huán) 路為通態(tài)； 一旦環(huán)路通態(tài)時(shí)間超過(guò)Tend ( Tend》Ton)，主方可以判定數(shù)據(jù) 包的結(jié)束，遂將環(huán)路斷開(kāi)，直到下一個(gè)通信周期。
情形3:如圖4所示，當(dāng)主方和從方均無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，主方在接通環(huán)路 Tnotrans單位時(shí)間后，斷開(kāi)環(huán)路，直到下一個(gè)通信周期。
權(quán)利要求1、一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，包括通信主方和通信從方，其特征在于通信主方和通信從方分別包括一個(gè)時(shí)序控制單元以及與時(shí)序控制單元相連的光耦隔離電路；兩個(gè)光耦隔離電路之間通過(guò)一對(duì)線纜相連，形成電流環(huán)電路，電流環(huán)電路中設(shè)置有一電流源；通信主方和從方的時(shí)序控制單元用于控制信號(hào)的發(fā)送和接收。
2、 如權(quán)利要求l所述的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，其特征在于所述的通信主方和從方的時(shí)序控制單元為一個(gè)微處理器或一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，且每個(gè)時(shí)序控制單元上設(shè)置有接收和發(fā)送引腳，所述的引腳與由光耦隔離的電路相連。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，其特征在于每個(gè)光耦隔離的電路包括兩個(gè)分別與發(fā)送引腳和接收引腳相連的光耦，與接收引腳相連的光耦的發(fā)光器兩腳之間接有用于降低光耦靈敏度的電阻；與發(fā)送引腳相連的光耦的接收器兩腳之間接有用于避免接收器兩腳之間流過(guò)較大電流、形成較大壓降的電阻和三極管。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，其特征在于電流環(huán)電路中的電流源可設(shè)置在任一光耦隔離電路中。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于電流環(huán)的單環(huán)雙向串行通信裝置，包括通信主方和通信從方，通信主方和通信從方分別包括一個(gè)時(shí)序控制單元以及與時(shí)序控制單元相連的光耦隔離電路；兩個(gè)光耦隔離電路之間通過(guò)一對(duì)線纜相連，形成電流環(huán)電路，電流環(huán)電路中設(shè)置有一電流源；通信主方和從方的時(shí)序控制單元用于控制信號(hào)的發(fā)送和接收。本實(shí)用新型只要用一對(duì)線纜即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)通信，大大節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)G06F13/38GK201425742SQ20092012013
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者蔣涵民 申請(qǐng)人:蔣涵民;蔣琦超