CN108322239B - 一种近距离单向供电反向通信的电路结构 - Google Patents

一种近距离单向供电反向通信的电路结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近距离单向供电反向通信的电路结构，其包括直流电源、主机、从机、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、储能电容、二极管和开关模块，所述第三电阻和所述第四电阻用于限流。本发明实现了利用极少的电子元件及电源线完成终端间的近距离单向通信，既节约了成本与能源，还能减少通信时的干扰，使通信变得十分简单。

Description

一种近距离单向供电反向通信的电路结构
技术领域
本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种近距离单向供电反向通信的电路结构。
背景技术
只能单向发送信号而不能反向通信的工作方式叫做单工通信，如广播站向外播报信息；通信双方能实现双向通信的工作方式叫双工通信，如对讲机。在这些通信方式中，通信双方距离在几十米以内的都被称为近距离通信。因功能实现的关系，在生活和工作中有很多近距离单工通信的应用，如数据采集端向数据处理端传送信息、控制面板终端向总控端发送信号等，这些应用的共同特点是传输数据量小和实时性高等，目前常用的近距离通信方式有无线通信和有线通信两种。
在近距离无线通信技术中，蓝牙通信、Wi-Fi通信、irDA通信和ZigBee通信较为常见。但是，利用无线通信技术进行数据传输存在成本高、传输不稳定、耗电大和对周边环境要求高等缺点；且需要在设备上增加无线通信装置和天线；常用的近距离有线通信技术通常需要采用低压电源对终端进行供电，且主从模块之间需要用电源线、地线和传输线连接，从而才能保证终端的正常工作以及终端之间的正常通信；还有冗长的互连电缆线大大增加了整个***的成本；电力线通信(PLC)利用电力线进行通信，它将调制过的高频信号以电流为载体在电力线上进行传输，在接收端被滤波与解调后被送至终端，PLC通信存在传输信息量大、传输速度快、能够双向通信等优点，但是成本极高，传输数据量较小且距离不远的通信并不需要PLC通信的强大功能，如果采用PLC通信，势必造成本的浪费。
现亟须找到一种新的技术方案解决以上技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种近距离单向供电反向通信的电路结构，实现了利用极少的电子元件及电源线完成终端间的近距离单向通信，既节约了成本与能源，还能减少通信时的干扰，使通信变得十分简单。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明一种近距离单向供电反向通信的电路结构，其特点在于，所述近距离单向供电反向通信的电路结构包括直流电源、主机、从机、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、储能电容、二极管和开关模块，所述第三电阻和所述第四电阻用于限流，其中：
所述直流电源的正极并联地连接所述从机的电源输入正极端、所述第一三极管的发射极和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端并联地连接所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端和所述二极管的正极，所述第四电阻的另一端连接所述开关模块的第一端，所述二极管的负极并联地连接所述储能电容的一端和所述主机的电源输入正极端，所述第一三极管的集电极并联地连接所述从机的信号接收端口和所述第一电阻的另一端，所述第一三极管的基极连接所述第三电阻的另一端；
所述直流电源的负极并联地连接所述从机的电源输入负极端、所述第一电阻的一端、所述开关模块的第二端、所述储能电容的另一端和所述主机的电源输入负极端，所述主机的信号发射端口与所述开关模块的第三端连接，所述主机通过控制所述开关模块向所述从机发送信号，当所述主机不发送信号时所述开关模块关闭，所述第二电阻两端电压小于所述第一三极管开启电压，当所述主机发送信号时所述开关模块接地开启从而使所述第二电阻两端电压大于所述第一三极管开启电压，所述第一三极管开启使所述从机接收信号。
优选地，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管的漏极与所述第四电阻的所述另一端连接，所述MOS管的栅极与所述主机的所述信号发射端口连接，所述MOS管的源极与所述主机的所述电源输入负极端连接。
优选地，所述开关模块包括第二三极管和第五电阻，所述第五电阻用于限流，所述第二三极管的基极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述主机的所述信号发射端口连接，所述第二三极管的集电极与所述第四电阻的所述另一端连接，所述第四电阻的另一端与所述二极管的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述主机的所述电源输入负极端连接。
优选地，所述近距离单向供电反向通信的电路结构还包括整流电路，所述整流电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的正极和所述第五二极管的负极连接，所述第二二极管的负极和所述第三二极管的负极并联地连接所述二极管的所述正极和所述第四电阻的所述一端，所述第四二极管的正极和所述第五二极管的正极并联地连接所述开关模块的所述第二端，所述第二电阻的所述另一端和所述第三电阻的所述一端并联地连接于所述第二二极管的所述正极和所述第四二极管的所述负极之间，所述直流电源的所述负极、所述从机的所述电源输入负极端、所述第一电阻的所述一端并联地连接于所述第三二极管的所述正极和所述第五二极管的所述负极之间。
本发明的积极进步效果在于：
本发明实现了将电源线和信号传输线合二为一进行近距离有线单向通信，电源从从机端向主机端供电，从机和主机共用一个电源，实现了利用极少的电子元件及电源线完成终端间的近距离单向通信，既节约了成本与能源，还能减少通信时的干扰，使通信变得十分简单。
附图说明
图1为本发明的第一种较优实施例的电路机构***示意图。
图2为本发明的第二种较优实施例的电路机构***示意图。
图3为本发明的第三种较优实施例的电路机构***示意图。
图4为本发明的第四种较优实施例的电路机构***示意图。
图5为本发明的电路波形对照示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
请参考图1和图2，本发明一种近距离单向供电反向通信的电路结构，包括直流电源VDD、主机、从机、第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、储能电容C1、二极管D1和开关模块，第三电阻R3和第四电阻R4用于限流，其中：
直流电源VDD的正极并联地连接从机的电源输入正极端、第一三极管Q1的发射极和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端并联地连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端和二极管D1的正极，第四电阻R4的另一端连接开关模块的第一端，二极管D1的负极并联地连接储能电容C1的一端和主机的电源输入正极端，第一三极管Q1的集电极并联地连接从机的信号接收端口RX和第一电阻R1的另一端，第一三极管Q1的基极连接第三电阻R3的另一端；
直流电源VDD的负极并联地连接从机的电源输入负极端、第一电阻R1的一端、开关模块的第二端、储能电容C1的另一端和主机的电源输入负极端，主机的信号发射端口TX与开关模块的第三端连接，主机通过开关模块控制向从机发送信号，当主机不发送信号时开关模块关闭，第二电阻R2两端电压小于第一三极管Q1开启电压，当主机发送信号时开关模块接地开启从而使第二电阻R2两端电压大于第一三极管Q1开启电压，第一三极管Q1开启使从机接收信号。
作为本发明的第一种实施例，如图1所示，开关模块包括MOS管，MOS管的漏极与第四电阻R4的所述另一端连接，MOS管的栅极与主机的信号发射端口TX连接，MOS管的源极与主机的电源输入负极端连接。
作为本发明的第二种实施例，如图2所示，开关模块包括第二三极管Q2和第五电阻R5，第五电阻R5用于限流，第二三极管Q3的基极与第五电阻R5的一端连接，第二三极管Q3的集电极与第四电阻R4的所述另一端连接，第二三极管Q2的发射电极与主机的电源输入负极端连接，第五电阻R5的另一端与主机的信号发射端口TX连接。
为避免主机在连接时出现反接而不能正常工作的情况，可在主机侧采用桥式整流电路，该电路可实现主机电源线的正反随意接线，且不影响整个电路的正向供电与反向通信，优选地，本发明还可包括整流电路。整流电路包括第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5，第二二极管D2的正极和第四二极管D4的负极连接，第三二极管D的正极和第五二极管D5的负极连接，第二二极管D2的负极和第三二极管D3的负极并联地连接二极管D1的正极和第四电阻R4的所述一端，第四二极管D4的正极和第五二极管D5的正极并联地连接开关模块的所述第二端，第二电阻R2的所述另一端和第三电阻R3的所述一端并联地连接于第二二极管D2的正极和第四二极管D4的负极之间，直流电源VDD的负极、从机的电源输入负极端、第一电阻R1的所述一端并联地连接于第三二极管D3的正极和第五二极管D5的负极之间。
作为本发明的第三实施例，如图3所示，MOS管的源极并联地连接于第四二极管D4的正极和第五二极管D5的正极，第二二极管D2的负极和第三二极管D3的负极并联地连接二极管D1的正极和第四电阻R4的所述一端。
为避免主机在连接时出现反接而不能正常工作的情况，可在主机侧采用桥式整流电路，该电路可实现主机电源线的正反随意接线，且不影响整个电路的正向供电与反向通信。作为本发明的第四实施例，如图4所示，第二三极管的发射极连接于第四二极管D4的正极和第五二极管D5的正极，第二二极管D2的负极和第三二极管D3的负极并联地连接第一二极管D1的正极和第四电阻R4的所述一端。
本发明第一电阻R1加在第一三极管Q1的集电极以将第一三极管Q1产生的电流转换成电压，第二电阻R2加在第一三极管Q1的基极和发射极之间以产生偏置电压Vbe，第三电阻R3为第一三极管Q1的限流电阻，第四电阻R4为MOS管M1的限流电阻，第四电阻R4和第五电阻R5为第二三极管Q2的限流电阻，二极管D1可以防止储能电容C1上的电流倒流。电源VDD在从机一侧，同时给主机和从机供电，I2为主机的供电电流，I3为流过M1或第二三极管Q2的电流，电流I2和I3之和为电源线总电流I1。正常工作时，主机通过信号发射端口TX发送信号，经过电流调制的信号通过信号接收端口RX被从机接收。主机用于控制MOS管M1或第二三极管Q2的开和关，储能电容C1保证了电流I2始终不发生变化。
请参见图5，本发明电路的具体工作过程如下：当主机不发送数据时，信号发射端口TX输出低电平，MOS管M1关闭，I1＝I2，第二电阻R2两端的电压Va-Vb小于第一三极管Q1的启动电压Von，第二电阻R2两端的电压Va-Vb产生的电压不能使第一三极管Q1开启，第一三极管Q1无电流流过，此时从机无信号输入。当主机需要向从机发送信号时，主机先将信号进行调制，调制过的信号通过信号发射端口TX输出高低电平以控制MOS管M1的开关。当信号发射端口TX输出高电平时，MOS管M1开启，电流I3经MOS管M1流向地，此时I1＝I2+I3，电流I1上升，第二电阻R2两端的电压Va-Vb大于第一三极管Q1的开启电压，第一三极管Q1开启，第一电阻R1上有电流流过并产生电压VC，最后电压VC被从机接收；当TX输出低电平时，电压VC＝0V。在设计时，需为第二电阻R2和第四电阻R4选择合适的电阻值，以保证在MOS管M1未开启时(I3＝0)，电流I1与R2的乘积(即V1)小于Q1的开启电压；及保证MOS管M1开启时，电流I1与第二电阻R2的乘积(即V2)大于第一三极管Q1的开启电压。假设第一三极管Q1的开启电压为Von，则满足：0＜V1＝I2×R2＜Von；V2＝(I2+I3)×R2＞Von，且保证I3×R2＞Von。本发明利用电流调制方式传输信号，利用电源线进行近距离单向通信，除主机终端和从机终端，主机和从机共用一个电源，本发明电路只用到了一个三极管、一个MOS管、一个二极管、一个电容和四个电阻(或两个三极管、一个二极管、一个电容和四个电阻)便能完成终端间的通信，实现了只在电路上增加少量电子元器件便能完成终端间的通信。以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种近距离单向供电反向通信的电路结构，其特征在于，所述近距离单向供电反向通信的电路结构包括直流电源、主机、从机、第一三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、储能电容、二极管和开关模块，所述第三电阻和所述第四电阻用于限流，其中：
所述直流电源的正极并联地连接所述从机的电源输入正极端、所述第一三极管的发射极和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端并联地连接所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端和所述二极管的正极，所述第四电阻的另一端连接所述开关模块的第一端，所述二极管的负极并联地连接所述储能电容的一端和所述主机的电源输入正极端，所述第一三极管的集电极并联地连接所述从机的信号接收端口和所述第一电阻的另一端，所述第一三极管的基极连接所述第三电阻的另一端；
所述直流电源的负极并联地连接所述从机的电源输入负极端、所述第一电阻的一端、所述开关模块的第二端、所述储能电容的另一端和所述主机的电源输入负极端，所述主机的信号发射端口与所述开关模块的第三端连接，所述主机通过控制所述开关模块向所述从机发送信号，当所述主机不发送信号时所述开关模块关闭，所述第二电阻两端电压小于所述第一三极管开启电压，当所述主机发送信号时所述开关模块接地开启从而使所述第二电阻两端电压大于所述第一三极管开启电压，所述第一三极管开启使所述从机接收信号。
2.根据权利要求1所述的近距离单向供电反向通信的电路结构，其特征在于，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管的漏极与所述第四电阻的所述另一端连接，所述MOS管的栅极与所述主机的所述信号发射端口连接，所述MOS管的源极与所述主机的所述电源输入负极端连接。
3.根据权利要求1所述的近距离单向供电反向通信的电路结构，其特征在于，所述开关模块包括第二三极管和第五电阻，所述第五电阻用于限流，所述第二三极管的基极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述主机的所述信号发射端口连接，所述第二三极管的集电极与所述第四电阻的所述另一端连接，所述第四电阻的另一端与所述二极管的正极连接，所述第二三极管的发射极与所述主机的所述电源输入负极端连接。
4.根据权利要求1所述的近距离单向供电反向通信的电路结构，其特征在于，所述近距离单向供电反向通信的电路结构还包括桥式整流电路，所述桥式整流电路包括第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述第二二极管的正极和所述第四二极管的负极连接，所述第三二极管的正极和所述第五二极管的负极连接，所述第二二极管的负极和所述第三二极管的负极并联地连接所述二极管的所述正极和所述第四电阻的所述一端，所述第四二极管的正极和所述第五二极管的正极并联地连接所述开关模块的所述第二端，所述第二电阻的所述另一端和所述第三电阻的所述一端并联地连接于所述第二二极管的所述正极和所述第四二极管的所述负极之间，所述直流电源的所述负极、所述从机的所述电源输入负极端、所述第一电阻的所述一端并联地连接于所述第三二极管的所述正极和所述第五二极管的所述负极之间。
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