太陽(yáng)能熱水器中一線(xiàn)通信接口轉換電路的設計

　　0 引言

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

　　1 系統結構框圖

　　太陽(yáng)能熱水器控制系統組成框圖如1所示。

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

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

　　若微處理器的UART接口轉換為一線(xiàn)接口，只要兩根用作電源線(xiàn)，一根用作通信線(xiàn)，對于遠距離通信的應用場(chǎng)合，不僅安裝方便，而且降低布線(xiàn)成本。故此，國內外科研人員紛紛投入研究，并且取得了良好的應用效果。

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

　　本文采用普通元器件，在原有電路的基礎上，設計了一種一線(xiàn)通信接口轉換電路，能在UART 接口之間實(shí)現高速遠距離透明傳輸，達到了降低布線(xiàn)成本、使用簡(jiǎn)單靈活的目的。

　　2 問(wèn)題的提出

　　一種應用于UART 接口的一線(xiàn)通信接口轉換電路由輸出轉換電路和輸入轉換電路兩部分構成，其中輸出轉換電路由Q1,Q2,D1,R1,R2 組成，輸入轉換電路由Q3,D2,R3~R5 組成，D1 和D2 為保護二極管，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飽和導通，Q1截止，通信線(xiàn)（通信接口P1的2引腳）為低電平；Q3 也處于截止狀態(tài)，接收端RXD 為高電平。若通信線(xiàn)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飽和導通，向通信線(xiàn)輸出高電平；此時(shí)，接收轉換電路的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。