一种二总线通讯中继器的制作方法

1.本实用新型涉及二总线通讯技术领域，特别涉及一种二总线通讯中继器。


背景技术：

2.二总线通讯是一种相对于四线系统(两根供电线路、两根通讯线路)，将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术。二总线节省了施工和线缆成本，给现场施工和后期维护带来了极大的便利。在消防、仪表、传感器，工业控制等领域广泛的应用。典型两总线技术有m-bus、消防总线等。
3.二总线可灵活布线，支持星形、树形、总线型拓扑。因为接法比较多种，而且部分场景辐射干扰又比较大，距离又比较长。几种因素在一起就会导致通讯信号中，掺杂了许多干扰信号，导致通讯出现异常。且在带载大，距离长的情况下，连接线会有线损，在顶端和末端产生比较大的压差。当电压低于接入设备的最低电压时，将影响设备正常工作。现有中继器想解决线损问题，还需要接入外部电源，且通讯电压不可调，使用受到非常大的局限，只能使用在部分二总线通讯场合。想使用还需另外改动，重新订制一款新的中继器，交货周期长。
4.因二总线通讯使用场所普遍比较复杂，像地铁、医院、商业综合体等大型建筑。二总线的走线就比较复杂，与日常其他电子产品使用情况不同，难以在中继器上加入外部电源。但是线损又是必不可免的，所以需要在不加外部电源的情况下，把供电电压升高后在输出。
5.同时不同行业，因为行业标准与使用产品不同，二总线上的供电电压与通讯电压都会有些不同，想都能使用同一中继器，输出的供电电压与通讯电压就必须可调。且不同厂家协议上也会有所不同，中继器在处理通讯信号时，不能有太大的延时；随着二总线通讯距离的延长与从设备的增多(功率增大)，会使得二总线线损变大，通讯信号不断的衰减，最后可能导致二总线通讯不稳定甚至不能使用。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种二总线通讯中继器，通过设置上行信号发送电路、上行信号接收电路、下行信号发送电路及下行信号接收电路来分别对已有的二总线电压与信号进行增强和放大，使得二总线通讯距离延长，可接入的从设备增多，增加二总线通讯的稳定性。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
8.一种二总线通讯中继器，包括电源电路、前端通讯电路、cpu控制电路、上行信号发送电路、上行信号接收电路、下行信号发送电路及下行信号接收电路，所述下行信号发送电路分别与所述下行信号接收电路、上行信号发送电路及上行信号接收电路电性连接，所述电源电路、前端通讯电路、上行信号发送电路、上行信号接收电路及下行信号发送电路均与所述 cpu控制电路电性连接。
9.优选地，所述cpu控制电路包括主控cpu芯片u7、串口j3及芯片外围电路，所述串口j3及芯片外围电路均与所述主控cpu芯片u7连接。
10.优选地，所述下行信号发送电路包括三极管vt7、晶体管vs1、稳压管tvs1、电阻r19、电阻r22、电阻r35及ebus输出接口j1，所述晶体管vs1分别与所述电阻r19、电阻r22、稳压管tvs1及ebus输出接口j1连接，所述三极管vt7分别与所述主控cpu芯片u7、电阻 r19、电阻r22及电阻r35连接。
11.优选地，所述前端通讯电路包括ebus输入接口j2、保险丝fu1、稳压管vd5、稳压管esd1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d6、电阻r26、电阻r28、电阻r29、电阻r33、电阻r34、电阻r44及三极管q1，所述保险丝fu1分别与所述ebus输入接口j2、稳压管vd5、稳压管esd1及二极管d6连接，所述电阻r44分别与所述稳压管vd5、电阻r26、二极管d1 及三极管q1连接，所述电阻r28分别与所述主控cpu芯片u7的第二引脚、二极管d1、二极管d2及电阻r31连接，所述二极管d3分别与所述主控cpu芯片u7的第九引脚、二极管d2、电阻r31及电阻r29连接，所述三极管q1分别与所述电阻r29及电阻r34连接。
12.优选地，所述电源电路包括电源管理芯片u1、稳压芯片u4、外部电源接口j5、电阻r3、电阻r6、电阻r7、电阻r11、电容c6、电容c7、电容ec1、电感ls1、稳压管vd2、电阻r13、电容c10、电容c11及二极管d7，所述二极管d7分别与外部电源接口j5及电源管理芯片u1 的第一引脚连接，所述电阻r3、电阻r6、电阻r7、电阻r11、电容c6、电容c7、电容ec1、电感ls1、稳压管vd2均与所述电源管理芯片u1连接，所述电阻r13、电容c10及电容c11 均与所述稳压芯片u4连接。
13.优选地，所述下行信号接收电路包括电源管理芯片u6、电感l1、二极管d4、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c21、电容c22、电阻r15、电阻r16、电阻 r17、电阻r18、晶体管q2、二极管d3及可调电阻r14，所述电感l1、二极管d4、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c21、电容c22、电阻r15、电阻r16、电阻 r17、电阻r18、晶体管q2、二极管d3及可调电阻r14均与所述电源管理芯片u6连接，所述二极管d3与所述晶体管vs1连接。
14.优选地，所述上行信号发送电路包括电源管理芯片u2、电阻r1、电阻r8、电阻r9、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c8、可调电阻r2及三极管vt1，所述电阻r1、电阻r8、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c8、可调电阻r2及三极管vt1均与所述电源管理芯片u2连接，所述电阻r1余所述晶体管vs1连接，所述电阻r9分别与所述三极管 vt1及所述主控cpu芯片u7连接。
15.优选地，所述上行信号接收电路包括运算放大器u3b、电容c3、电容c9、电阻r10、电阻r12及稳压管vd4，所述运算放大器u3b分别与所述主控cpu芯片u7、电容c3、电容c9、电阻r10及电阻r12连接，所述稳压管vd4分别与所述电阻r10及晶体管vs1连接。
16.采用上述技术方案，本实用新型提供的一种二总线通讯中继器，具有以下有益效果：该二总线通讯中继器中的下行信号发送电路分别与下行信号接收电路、上行信号发送电路及上行信号接收电路电性连接，电源电路、前端通讯电路、上行信号发送电路、上行信号接收电路及下行信号发送电路均与cpu控制电路电性连接，当总线上为下行数据时，前端通讯电路接收到电压信号，将通讯信号发送到cpu控制电路，cpu控制电路控制下行信号发送电路将通讯信号进行透传，使得总线上的通讯信号的输入与输出一致；当总线上为上行
数据时，前端通讯电路接收到主设备发出的电流信号后，同步通过上行信号发送电路向从设备发送电流信号，接收到从设备反馈的通讯信号后再发送到cpu控制电路，cpu控制电路控制前端通讯电路将从设备反馈的通讯信号反馈给主设备，电源电路针对二总线上供电起到升压的作用， cpu控制电路针对通讯信号起到滤除干扰信号，将变形的通讯波整形回标准波形，可以吸收外部环境的电磁感应等外部干扰，从而保护二总线通讯的稳定性；并且可以对已有的二总线电压与信号进行增强和放大，使得二总线通讯距离延长，可接入的从设备增多，增加二总线通讯的稳定性。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构框图；
18.图2为本实用新型中cpu控制电路的电路原理图；
19.图3为本实用新型中前端通讯电路的电路原理图；
20.图4为本实用新型中电源电路的电路原理图；
21.图5为本实用新型中上行信号发送电路、上行信号接收电路、下行信号发送电路及下行信号接收电路的电路原理图；
22.图6为本实用新型的应用实施例示意图；
23.图7为本实用新型的通讯信号示意图；
24.图8为本实用新型的工作流程图；
25.图中，1-电源电路、2-前端通讯电路、3-cpu控制电路、4-上行信号发送电路、5-上行信号接收电路、6-下行信号发送电路、7-下行信号接收电路。
具体实施方式
26.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.如图1所示，在本实用新型的结构框图中，该二总线通讯中继器包括电源电路1、前端通讯电路2、cpu控制电路3、上行信号发送电路4、上行信号接收电路5、下行信号发送电路6及下行信号接收电路7，该下行信号发送电路6分别与该下行信号接收电路7、上行信号发
送电路4及上行信号接收电路5电性连接，该电源电路1、前端通讯电路2、上行信号发送电路4、上行信号接收电路5及下行信号发送电路6均与该cpu控制电路3电性连接。可以理解的，在实际应用中，该电源电路1、前端通讯电路2、cpu控制电路3、上行信号发送电路4、上行信号接收电路5、下行信号发送电路6及下行信号接收电路7可集成于一块pcb电路板上，进而接入到二总线中使用。
30.具体地，图2为本实用新型中cpu控制电路的电路原理图，结合图1-图5可知，该cpu 控制电路3包括主控cpu芯片u7、串口j3及芯片外围电路，该串口j3及芯片外围电路均与该主控cpu芯片u7连接；该下行信号发送电路6包括三极管vt7、晶体管vs1、稳压管tvs1、电阻r19、电阻r22、电阻r35及ebus输出接口j1，该晶体管vs1分别与该电阻r19、电阻 r22、稳压管tvs1及ebus输出接口j1连接，该三极管vt7分别与该主控cpu芯片u7、电阻 r19、电阻r22及电阻r35连接；该前端通讯电路2包括ebus输入接口j2、保险丝fu1、稳压管vd5、稳压管esd1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d6、电阻r26、电阻r28、电阻r29、电阻r33、电阻r34、电阻r44及三极管q1，该保险丝fu1分别与该ebus输入接口j2、稳压管vd5、稳压管esd1及二极管d6连接，该电阻r44分别与该稳压管vd5、电阻 r26、二极管d1及三极管q1连接，该电阻r28分别与该主控cpu芯片u7的第二引脚、二极管d1、二极管d2及电阻r31连接，该二极管d3分别与该主控cpu芯片u7的第九引脚、二极管d2、电阻r31及电阻r29连接，该三极管q1分别与该电阻r29及电阻r34连接；该电源电路1包括电源管理芯片u1、稳压芯片u4、外部电源接口j5、电阻r3、电阻r6、电阻r7、电阻r11、电容c6、电容c7、电容ec1、电感ls1、稳压管vd2、电阻r13、电容c10、电容 c11及二极管d7，该二极管d7分别与外部电源接口j5及电源管理芯片u1的第一引脚连接，该电阻r3、电阻r6、电阻r7、电阻r11、电容c6、电容c7、电容ec1、电感ls1、稳压管 vd2均与该电源管理芯片u1连接，该电阻r13、电容c10及电容c11均与该稳压芯片u4连接；该下行信号接收电路7包括电源管理芯片u6、电感l1、二极管d4、电容c12、电容c13、电容c14、电容c15、电容c16、电容c21、电容c22、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、晶体管q2、二极管d3及可调电阻r14，该电感l1、二极管d4、电容c12、电容c13、电容 c14、电容c15、电容c16、电容c21、电容c22、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、晶体管q2、二极管d3及可调电阻r14均与该电源管理芯片u6连接，该二极管d3与该晶体管vs1连接；该上行信号发送电路4包括电源管理芯片u2、电阻r1、电阻r8、电阻r9、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c8、可调电阻r2及三极管vt1，该电阻r1、电阻 r8、电容c1、电容c2、电容c4、电容c5、电容c8、可调电阻r2及三极管vt1均与该电源管理芯片u2连接，该电阻r1余该晶体管vs1连接，该电阻r9分别与该三极管vt1及该主控 cpu芯片u7连接；该上行信号接收电路5包括运算放大器u3b、电容c3、电容c9、电阻r10、电阻r12及稳压管vd4，该运算放大器u3b分别与该主控cpu芯片u7、电容c3、电容c9、电阻r10及电阻r12连接，该稳压管vd4分别与该电阻r10及晶体管vs1连接。可以理解的，该电源电路用于接入外部电源并为上述各个电路提供供电电源，包括12v、3.3v、36v电源等；该前端通讯电路用于通讯信号的发送和接收；该上行信号发送电路用于发送上行信号，该上行信号接收线路5用于接收上行信号，该下行信号发送电路6用于发送下行信号，该下行信号接收线路7用于接收下行信号；该cpu控制电路3作为整个二总线通讯电路的主控，负责进行信号处理并输出控制信号控制上述各电路的工作状态。
31.可以理解的，该电源管理芯片u1可以是mc34063芯片等，该电源管理芯片u2可以是
7805 芯片等，稳压芯片u4可以是rs3005芯片等，电源管理芯片u6可以是fb5138芯片等，其中， vin脚为电源输入，fb脚为输出电压信号反馈，scp脚为保护/软启动，sw脚为开关控制，comp 脚为信号补偿，osc脚为振荡，out脚为信号输出，vss/gnd脚均为接地；该主控cpu芯片u7 可以是stm32或80c51单片机芯片等，其中，第七引脚为通讯状态检测，第十引脚为ebus电流检测。
32.可以理解的，上述仅列出主要电路元器件及其连接关系，其余电路元器件及其具体连接关系如附图所示，本实用新型不再赘述。
33.可以理解的，图6为本实用新型的应用实施例示意图，结合图6-图8，该二总线通讯中继器作为中间设备，接入到二总线中，因为该二总线通讯中继器内部能自主收发数据，相对于网段一来说是终端，对于网段二来说为主机。该二总线通讯中继器在供电的间隙中，穿插着通讯信号(附图7)，下行数据采用电压信号，主设备通过改变总线上的电压值，来发送通讯信号给从设备，上行数据采用电流信号的方式，主设备发出电流信号后，通过判断从设备电流消耗来反馈信息；图中“cpu”对应为cpu控制电路，“中继器”对应为该二总线通讯中继器，“主机”对应为主设备。
34.工作原理：首先是供电部分，经过电源电路1进行供电升压后，将输入电压5-40v升压至43v(可设置，最大60v)，二总线上电能通过输电线路传输而产生的压差将因为线损而降低的压差，再次升压回去。
35.当总线上为下行数据时，前端通讯电路2接收到电压信号，将通讯信号发送到cpu控制电路3，cpu控制电路3控制下行信号发送电路6将通讯信号进行透传，使得总线上的通讯信号的输入与输出一致。
36.当总线上为上行数据时，前端通讯电路2接收到主设备发出的电流信号后，同步通过上行信号发送电路4向从设备发送电流信号，接收到从设备反馈的通讯信号后再发送到cpu控制电路3，cpu控制电路3控制前端通讯电路将从设备反馈的通讯信号反馈给主设备。
37.综上，该二总线通讯中继器针对二总线上供电起到升压的作用，针对通讯信号起到滤除干扰信号，可将变形的通讯波整形回标准波形。
38.可以理解的，本实用新型设计合理，构造独特，可以对已有的二总线电压与信号进行增强和放大，使得二总线通讯距离延长，可接入的从设备增多。
39.以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。