太陽能熱水器中一線通信接口轉換電路的設計

　　當主控制器與線控器安裝的距離較遠時，就不得不考慮分布電容的影響，導線間的分布電容可用電平行導電板之間的電容計算公式直接求得：

　　式中：ε 為導線絕緣層的介電常數；S 為導線的水平截面積；d 為導線間距離。

　　若通信線的長度有50 m,分布電容有2 nF,取2 nF電容并連在通信線上進行仿真實驗，觀察上升沿和下降沿的延遲情況，第一通道為主控制器中TXD端的波形，第二通道為線控器中RXD 端的波形，測試結果如圖3所示。

　　從圖3 可以看出分布電容使得RXD 端產生50 μs的延遲，根據UART接口通信的波特率誤差不大于4.5%的要求，在分布電容2 nF的情況下，通信的波特率可以算出：

　　式中：Bd 為波特率；T 為延遲時間；R 為允許誤差。

　　將T = 50 μs,R = 4.5 %代入式（2）中，得：

　　式中：Bd 為波特率；T 為延遲時間；R 為允許誤差。

　　將T = 50 μs,R = 4.5 %代入式（2）中，得：

　　使用該接口轉換電路，可選用的常用通信波特率的最大值僅600 b/s.

　　因此，該轉換電路存在的不足在于：

　　（1）UART 接口會接收到本機發送的數據，引發接收中斷，降低了微處理器的通信可靠性及工作效率；（2）受導線分布電容影響，通信速率低，影響了線控器的響應速度，降低了人機交互的操作體驗。

　　3 接口轉換電路的設計圖4 為基于74HC00 與非門IC 設計的一種新型一線通信接口轉換電路。圖中，輸出轉換電路由U1A,U1C,Q1,Q2,D1,R1 ,R2 組成，輸入轉換電路由U1B,D2,D3,R3 ~ R5 組成，D1和D3為保護二極管，D2為5.1 V穩壓二極管。當UART 接口發送數據，TXD 端為低電平時，與非門U1B的4引腳為低電平，6引腳為高電平，使RXD端一直保持高電平，從而克服了本機發送數據時反饋到接收端的問題。

　　在輸入轉換電路中，由D2和R4 構成了觸發電路，能夠減少通信線上分布電容的影響，提高通信速率。通過式（4）可計算出RXD 端從低電平轉變成高電平時通信線上的最高電壓UTL :

　　式中：VZ 為穩壓二極管D2 的穩壓值，VCC × 30% 是74HC00 芯片輸入為低電平的條件。將VZ = 5.1 V,VCC = 5 V 代入式（4）中，得UTL = 6.6 V.當通信線上的電壓小于6.6 V 時，RXD端將從低電平轉變成高電平。通過式（5）可計算出RXD 端從高電平轉變成低電平時通信線上的最低電壓UTH :

　　式中：VCC × 70% 是74HC00 芯片輸入為高電平的條件。

　　將VZ = 5.1 V,VCC = 5 V 代入式（5）中，得UTH = 8.6 V.當通信線上的電壓大于8.6 V 時，RXD端將從高電平轉變成低電平。