太陽能熱水器中一線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，將太陽能熱水器控制系統分成兩部分，通過低壓直流電源線和通信線連接。安裝在戶外的主控制器主要完成水位和水溫的實時檢測和水泵的開關控制，戶內的線控器主要實現顯示狀態及控制功能。

　　1 系統結構框圖

　　太陽能熱水器控制系統組成框圖如1所示。

　　主控制器與線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器（UART），其硬件上有兩根引線，一根為接收線，一根為發送線，接口電平為CMOS電平。為了延長通信距離、提高通信質量，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 以內通信，RS 485 可以在1 200 m內通信。

　　無論采用以上哪種通信接口，主控制器與線控器的連接線需要兩根電源線，兩根通信線，布線成本較高。

　　若微處理器的UART接口轉換為一線接口，只要兩根用作電源線，一根用作通信線，對于遠距離通信的應用場合，不僅安裝方便，而且降低布線成本。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，1-Wire總線和LIN總線需要使用專用芯片實現接口轉換，不僅增加了成本，且受協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，設計了一種一線通信接口轉換電路，能在UART 接口之間實現高速遠距離透明傳輸，達到了降低布線成本、使用簡單靈活的目的。

　　2 問題的提出

　　一種應用于UART 接口的一線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 接口處于接收狀態時，發送端TXD 為高電平，使Q2飽和導通，Q1截止，通信線（通信接口P1的2引腳）為低電平；Q3 也處于截止狀態，接收端RXD 為高電平。若通信線為高電平，Q3進入飽和狀態，接收端RXD為低電平。UART接口處于發送狀態時，發送端TXD的電平有高有低，若為低電平時，使Q2截止，Q1飽和導通，向通信線輸出高電平；此時，接收轉換電路的Q3也進入飽和狀態，使得接收端RXD 為低電平，引發接收中斷。