CN107918331B - 一种低功耗带隔离的rs485被动唤醒装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，包括RS485上位机、RS485带隔离唤醒电路、RS485带隔离接口电路、MCU主板及传感器整机电源，RS485带隔离唤醒电路包括隔离单元、保护单元、采样单元、检波单元及滤波单元；RS485上位机端口A和端口B与隔离单元及RS485带隔离接口电路连接，隔离单元与保护单元及采样单元连接，保护单元连至端口A，检波单元与采样单元、滤波单元及传感器整机电源连接，MCU主板与滤波单元、RS485带隔离接口电路及传感器整机电源连接，传感器整机电源连至RS485带隔离接口电路。本发明还提供一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒方法，有效降低整体待机功耗。

Description

一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置及方法。

背景技术

随着技术的发展，传感器在环境检测、物联网以及机器人技术的使用越来越多；很多时候传感器都在使用电池供电，由于电池技术的制约使得待机/工作时间不能有效提升。这时候对产品功耗的要求越来越高，待机功耗越低越好。而工业传感器接入接口中很重要的一个是RS485通讯，由于现在传感器多是超低功耗，并且都是间断/定时运行，为保证最低功耗待机一般都使用主动唤醒模式，即使用定时器模式进行。主动唤醒模式对于一些实时性要求较高，需要外部进行控制的需求就比较尴尬了。因为需要外部控制，那么RS485需要长时间待机，相对于传感器整机功耗来说大部分隔离RS485芯片毫安级的待机功耗就非常大了，严重影响待机时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，利用一个低功耗的RS485带隔离唤醒电路做触发，RS485带隔离接口电路直接断电降低功耗，从而延长了传感器整机的待机时间；同时隔离与保护技术、特殊开机/触发指令使得电路的抗干扰性更强。

本发明的问题之一，是这样实现的：

一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，包括RS485上位机、RS485带隔离唤醒电路、RS485带隔离接口电路、MCU主板及传感器整机电源，所述RS485带隔离唤醒电路包括隔离单元、保护单元、采样单元、检波单元及滤波单元；所述RS485上位机的端口A和端口B分别与隔离单元的两输入端及RS485带隔离接口电路的两输入端连接，所述隔离单元分别与保护单元及采样单元连接，所述保护单元还连接至RS485上位机的端口A，所述检波单元分别与采样单元、滤波单元及传感器整机电源连接，所述MCU主板分别与滤波单元、RS485带隔离接口电路及传感器整机电源连接，所述传感器整机电源还连接至RS485带隔离接口电路。

进一步地，所述隔离单元包括电容C1及电容C2，所述保护单元双向TVS二极管T1，所述双向TVS二极管T1的型号为PESD3V3L2BT，所述采样单元包括电阻R1、电容C3及电阻R2，所述检波单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4及比较器U1，所述比较器U1的型号为TS881ILT，所述滤波单元包括二极管D1、电阻R7及电容C5；

所述电容C1的一端及电容C2的一端分别对应连接至RS485上位机的端口A和端口B，所述双向TVS二极管T1的第一引脚分别与RS485上位机的端口A、电容C1的另一端、电阻R1的一端、电容C3的一端及电阻R2的一端连接，所述双向TVS二极管T1的第二引脚悬空，所述双向TVS二极管T1的第三引脚、电容C2的另一端、电阻R1的另一端及电容C3的另一端接地；所述比较器U1的第三引脚分别电阻R2的另一端及电阻R3的一端连接，所述比较器U1的第一引脚分别与电阻R3的另一端及二极管D1的正极连接，所述比较器U1的第四引脚分别与电阻R4的一端及电阻R5的一端连接，所述比较器U1的第五引脚分别与电阻R6的一端及电容C4的一端连接，电阻R4的另一端及电阻R6的另一端连接至传感器整机电源，所述比较器U1的第二引脚、电阻R5的另一端及电容C4的另一端均接地；所述二极管D1的负极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C5的一端及MCU主板连接，所述电容C5的另一端接地。

进一步地，所述RS485带隔离接口电路包括带隔离的RS485收发器U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6及电容C7，所述RS485收发器U2的型号为ADM2483；

所述RS485收发器U2的第十二引脚分别与电阻R8的一端、电阻R9的一端及RS485上位机的端口A连接，电阻R8的另一端连接至传感器整机电源，所述RS485收发器U2的第十三引脚分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端及RS485上位机的端口B连接，电阻R10的另一端接地；所述RS485收发器U2的第十引脚、第十一引脚及第十四引脚悬空；所述RS485收发器U2的第八引脚、第二引脚、第九引脚及第十五引脚接地；所述RS485收发器U2的第七引脚、第六引脚、第五引脚、第四引脚及第三引脚分别连接至MCU主板对应的端口；所述RS485收发器U2的第一引脚及第十六引脚连接至传感器整机电源；所述电容C6的一端及电容C7的一端连接至传感器整机电源，所述电容C6的另一端及电容C7的另一端接地。

进一步地，还包括保护电路，所述保护电路的两端并联于RS485上位机的端口A和端口B。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，利用一个低功耗的RS485带隔离唤醒电路做触发，RS485带隔离接口电路直接断电降低功耗，从而延长了传感器整机的待机时间；同时隔离与保护技术、特殊开机/触发指令使得电路的抗干扰性更强。

本发明的问题之二，是这样实现的：

一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒方法，所述方法需提供上述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1、所述RS485上位机发送触发指令给RS485带隔离换醒电路；同时，所述RS485上位机还发送电平信号给RS485带隔离接口电路，供RS485带隔离接口电路进行数据通信；

步骤2、该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过隔离单元对触发指令进行耦合和隔离，由保护单元进行保护，然后经采集单元进行采集后，通过检波单元检波后输出给滤波单元，由滤波单元进行滤波后，触发指令最终输给休眠状态的MCU主板；

步骤3、通过所述MCU主板识别该触发指令是否满足触发条件，若是，则MCU主板控制传感器整机电源开启，进入步骤4；若否，则传感器整机电源处于关闭状态；

步骤4、所述传感器整机电源给RS485带隔离接口电路提供电源，所述RS485带隔离接口电路开始工作，从而使得传感器运行，传感器通过RS485带隔离接口电路实现与MCU主板之间的数据交互。

进一步地，所述步骤2具体为：

该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过电容C1和电容C2对触发信号进行隔离，由双向TVS二极管T1进行保护，经电阻R1、电容C3及电阻R2采集信号后，触发指令经电阻R2输入到比较器U1来检波，由电阻R3进行限流，通过电阻R4和电阻R5进行分压，并由电阻R6及电容C4进行滤波后，从比较器U1的输出端输出给二极管D1，再由二极管D1、电阻R7及电容C5进行滤波后，触发指令最终输出到休眠状态的MCU主板。

本发明的优点在于：从RS485上位机输出触发信号(指令)给RS485带隔离唤醒电路，经过两个电容(电容C1和电容C2)对触发信号进行隔离，由双向TVS二极管T1(PESD3V3L2BT)进行保护，经电阻R1、电容C3及电阻R2采集信号后通过轨到轨(可以为输出，也可以为输入)纳安级功耗(低功耗)的比较器(TS881ILT)来检波输出，由滤波单元滤波后，触发信号最终输出到微功耗待机的MCU主板，通过MCU主板识别触发信号(指令)是否满足条件，若是就控制传感器整机电源开启，给RS485带隔离接口电路提供电源，从而使得传感器运行。该RS485被动唤醒装置具有隔离功能，并能有效降低了RS485带隔离唤醒电路的整体功耗，最高波特率可达460800bps。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置的结构示意图。

图2为本发明中RS485带隔离唤醒电路的结构示意图。

图3为本发明的原理框图。

图4为本发明的控制流程图。

图5为本发明的仿真图。

图6a为实际测得的波形中波特率为1200bps的示意图。

图6b为实际测得的波形中波特率为115200bps的示意图。

图6c为实际测得的波形中波特率为460800bps的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作出进一步地详细说明，但本发明的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1和图2所示，本发明的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，包括RS485上位机、RS485带隔离唤醒电路、RS485带隔离接口电路、MCU主板及传感器整机电源，所述RS485带隔离唤醒电路包括隔离单元、保护单元、采样单元、检波单元及滤波单元；所述RS485上位机的端口A和端口B分别与隔离单元的两输入端及RS485带隔离接口电路的两输入端连接，即所述RS485上位机的端口A和端口B通过两主RS485总线分别对应连接于隔离单元的两输入端，所述RS485上位机的端口A和端口B还通过两副RS485总线分别对应连接于RS485带隔离接口电路的两输入端(所述两副RS485总线接于两主RS485总线)，端口A和端口B为双向接口，实现RS485上位机与RS485带隔离唤醒电路、RS485上位机与RS485带隔离接口电路的数据交互；所述隔离单元分别与保护单元及采样单元连接，所述保护单元还连接至RS485上位机的端口A，所述检波单元分别与采样单元、滤波单元及传感器整机电源连接，所述MCU主板分别与滤波单元、RS485带隔离接口电路及传感器整机电源连接，所述传感器整机电源还连接至RS485带隔离接口电路。

具体地，在所述RS485带隔离唤醒电路中：

所述隔离单元包括电容C1及电容C2，所述保护单元双向TVS二极管T1，所述双向TVS二极管T1的型号为PESD3V3L2BT，所述采样单元包括电阻R1、电容C3及电阻R2，所述检波单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4及比较器U1，所述比较器U1的型号为TS881ILT，所述滤波单元包括二极管D1、电阻R7及电容C5；

所述电容C1的一端及电容C2的一端分别对应连接至RS485上位机的端口A和端口B，所述双向TVS二极管T1的第一引脚分别与RS485上位机的端口A、电容C1的另一端、电阻R1的一端、电容C3的一端及电阻R2的一端连接，所述双向TVS二极管T1的第二引脚悬空，所述双向TVS二极管T1的第三引脚、电容C2的另一端、电阻R1的另一端及电容C3的另一端接地；所述比较器U1的第三引脚分别电阻R2的另一端及电阻R3的一端连接，所述比较器U1的第一引脚分别与电阻R3的另一端及二极管D1的正极连接，所述比较器U1的第四引脚分别与电阻R4的一端及电阻R5的一端连接，所述比较器U1的第五引脚分别与电阻R6的一端及电容C4的一端连接，电阻R4的另一端及电阻R6的另一端连接至传感器整机电源，所述比较器U1的第二引脚、电阻R5的另一端及电容C4的另一端均接地；所述二极管D1的负极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C5的一端及MCU主板连接，所述电容C5的另一端接地。

具体地，在所述RS485带隔离接口电路中：

所述RS485带隔离接口电路包括带隔离的RS485收发器U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6及电容C7，所述RS485收发器U2的型号为ADM2483；

所述RS485收发器U2的第十二引脚分别与电阻R8的一端、电阻R9的一端及RS485上位机的端口A连接，电阻R8的另一端连接至传感器整机电源，所述RS485收发器U2的第十三引脚分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端及RS485上位机的端口B连接，电阻R10的另一端接地；所述RS485收发器U2的第十引脚、第十一引脚及第十四引脚悬空；所述RS485收发器U2的第八引脚、第二引脚、第九引脚及第十五引脚接地；所述RS485收发器U2的第七引脚、第六引脚、第五引脚、第四引脚及第三引脚分别连接至MCU主板对应的端口；所述RS485收发器U2的第一引脚及第十六引脚连接至传感器整机电源；所述电容C6的一端及电容C7的一端连接至传感器整机电源，所述电容C6的另一端及电容C7的另一端接地。

具体地，还包括保护电路，所述保护电路的两端并联于RS485上位机的端口A和端口B；可以防雷、防静电，起到保护整个RS485被动唤醒装置的作用。

如图3和图4所示，本发明的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒方法，所述方法需提供上述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1、所述RS485上位机发送触发指令给RS485带隔离换醒电路，由RS485上位机发出的触发指令(信号)，这样使得RS485带隔离唤醒电路不易受其它信号的干扰而误触发；

步骤2、该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过隔离单元对触发指令进行耦合和隔离，由保护单元进行保护，然后经采集单元进行采集后，通过检波单元检波后输出给滤波单元，由滤波单元进行滤波后，触发指令最终输给休眠状态(待机状态)的MCU主板；其中，具体为：

该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过电容C1和电容C2对触发信号进行隔离，由双向TVS二极管T1(PESD3V3L2BT)进行保护，经电阻R1、电容C3及电阻R2采集信号后，触发指令经电阻R2输入到比较器U1(TS881ILT)来检波，由电阻R3进行限流，通过电阻R4和电阻R5进行分压，并由电阻R6及电容C4进行滤波后，从比较器U1的输出端输出给二极管D1，再由二极管D1、电阻R7及电容C5进行滤波后，触发指令最终输出到休眠状态的MCU主板(功耗约为10uA)；

步骤3、通过所述MCU主板识别该触发指令是否满足触发条件，若是，则MCU主板控制传感器整机电源开启，进入步骤4；若否，则传感器整机电源处于关闭状态；

步骤4、所述传感器整机电源给RS485带隔离接口电路提供电源，所述RS485带隔离接口电路开始工作，从而使得传感器运行(隔离接口电路是传感器的接口)，通过RS485带隔离接口电路实现传感器、RS485上位机与MCU主板之间的数据通信。

MCU主板、传感器整机电源和RS485带隔离接口电路在未唤醒时，都未被开启，处于休眠待机状态，由RS485带隔离接口电路控制的传感器就也处于关闭状态，整机功耗很低；当RS485带隔离唤醒电路传输触发信号给MCU主板，MCU主板工作，控制传感器整机电源启动，给RS485带隔离接口电路提供电源，RS485带隔离接口电路打开，从而使得传感器运行；RS485带隔离唤醒电路的目的是为了打开RS485带隔离接口电路的电源，然后实现传感器、RS485上位机与MCU主板的正常通讯，RS485带隔离接口电路为导通通道。

图5为该RS485被动唤醒装置的仿真图，利用Multisim仿真出的波形来看，RS485的输入波形经过一系列的处理，比较器的检波等，能够较好的还原原输入波形。图5的波形为在输入频率为120KHz下(即模拟波特率为115200)的波形。

如图6a至6c所示，实际测得的波形中，经测试该电路装置从1200bps到460800bps的触发信号都能正确可靠传递的。

对于整机功耗：(见表1和表2)

表1：理论技术功耗：

表2：实际技术功耗：

输入电压(V)	实际测试电流	实际消耗功率
			3.3	0.7uA	2.31uW

综上所述，本发明的优点如下：

1、该RS485被动唤醒装置具有隔离功能；

2、该RS485被动唤醒装置能有效降低了RS485带隔离唤醒电路的整体功耗；

3、该RS485被动唤醒装置的最高波特率可达460800bps。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，包括RS485上位机、RS485带隔离唤醒电路、RS485带隔离接口电路、MCU主板及传感器整机电源，其特征在于：所述RS485带隔离唤醒电路包括隔离单元、保护单元、采样单元、检波单元及滤波单元；所述RS485上位机的端口A和端口B分别与隔离单元的两输入端及RS485带隔离接口电路的两输入端连接，所述隔离单元分别与保护单元及采样单元连接，所述保护单元还连接至RS485上位机的端口A，所述检波单元分别与采样单元、滤波单元及传感器整机电源连接，所述MCU主板分别与滤波单元、RS485带隔离接口电路及传感器整机电源连接，所述传感器整机电源还连接至RS485带隔离接口电路。

2.如权利要求1所述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，其特征在于：所述隔离单元包括电容C1及电容C2，所述保护单元双向TVS二极管T1，所述双向TVS二极管T1的型号为PESD3V3L2BT，所述采样单元包括电阻R1、电容C3及电阻R2，所述检波单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C4及比较器U1，所述比较器U1的型号为TS881ILT，所述滤波单元包括二极管D1、电阻R7及电容C5；

所述电容C1的一端及电容C2的一端分别对应连接至RS485上位机的端口A和端口B，所述双向TVS二极管T1的第一引脚分别与RS485上位机的端口A、电容C1的另一端、电阻R1的一端、电容C3的一端及电阻R2的一端连接，所述双向TVS二极管T1的第二引脚悬空，所述双向TVS二极管T1的第三引脚、电容C2的另一端、电阻R1的另一端及电容C3的另一端接地；所述比较器U1的第三引脚分别电阻R2的另一端及电阻R3的一端连接，所述比较器U1的第一引脚分别与电阻R3的另一端及二极管D1的正极连接，所述比较器U1的第四引脚分别与电阻R4的一端及电阻R5的一端连接，所述比较器U1的第五引脚分别与电阻R6的一端及电容C4的一端连接，电阻R4的另一端及电阻R6的另一端连接至传感器整机电源，所述比较器U1的第二引脚、电阻R5的另一端及电容C4的另一端均接地；所述二极管D1的负极与电阻R7的一端连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C5的一端及MCU主板连接，所述电容C5的另一端接地。

3.如权利要求1所述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，其特征在于：所述RS485带隔离接口电路包括带隔离的RS485收发器U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C6及电容C7，所述RS485收发器U2的型号为ADM2483；

所述RS485收发器U2的第十二引脚分别与电阻R8的一端、电阻R9的一端及RS485上位机的端口A连接，电阻R8的另一端连接至传感器整机电源，所述RS485收发器U2的第十三引脚分别与电阻R9的另一端、电阻R10的一端及RS485上位机的端口B连接，电阻R10的另一端接地；所述RS485收发器U2的第十引脚、第十一引脚及第十四引脚悬空；所述RS485收发器U2的第八引脚、第二引脚、第九引脚及第十五引脚接地；所述RS485收发器U2的第七引脚、第六引脚、第五引脚、第四引脚及第三引脚分别连接至MCU主板对应的端口；所述RS485收发器U2的第一引脚及第十六引脚连接至传感器整机电源；所述电容C6的一端及电容C7的一端连接至传感器整机电源，所述电容C6的另一端及电容C7的另一端接地。

4.如权利要求1所述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，其特征在于：还包括保护电路，所述保护电路的两端并联于RS485上位机的端口A和端口B。

5.一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒方法，其特征在于：所述方法需提供如权利要求1所述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒装置，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1、所述RS485上位机发送触发指令给RS485带隔离换醒电路；同时，所述RS485上位机还发送电平信号给RS485带隔离接口电路，供RS485带隔离接口电路进行数据通信；

步骤2、该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过隔离单元对触发指令进行耦合和隔离，由保护单元进行保护，然后经采集单元进行采集后，通过检波单元检波后输出给滤波单元，由滤波单元进行滤波后，触发指令最终输给休眠状态的MCU主板；

步骤3、通过所述MCU主板识别该触发指令是否满足触发条件，若是，则MCU主板控制传感器整机电源开启，进入步骤4；若否，则传感器整机电源处于关闭状态；

步骤4、所述传感器整机电源给RS485带隔离接口电路提供电源，所述RS485带隔离接口电路开始工作，从而使得传感器运行，传感器通过RS485带隔离接口电路实现与MCU主板之间的数据交互。

6.如权利要求5所述的一种低功耗带隔离的RS485被动唤醒方法，其特征在于：所述步骤2具体为：

该触发指令在所述RS485带隔离换醒电路中经过电容C1和电容C2对触发信号进行隔离，由双向TVS二极管T1进行保护，经电阻R1、电容C3及电阻R2采集信号后，触发指令经电阻R2输入到比较器U1来检波，由电阻R3进行限流，通过电阻R4和电阻R5进行分压，并由电阻R6及电容C4进行滤波后，从比较器U1的输出端输出给二极管D1，再由二极管D1、电阻R7及电容C5进行滤波后，触发指令最终输出到休眠状态的MCU主板。

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