基于FT3120双绞线芯片的双绞线网关控制电路

摘要

本发明提供了一种基于FT3120双绞线芯片的双绞线网关控制电路，包括电源模块、FT3120双绞线模块、控制输出电路以及TCP/IP转串口模块电路；FT3120双绞线模块包括：FT3120双绞线芯片、晶振电路、复位电路、数据发送/接收电路以及数据发送/接收检测电路；控制输出电路、TCP/IP转串口模块电路、晶振电路、复位电路、数据发送/接收电路、数据发送/接收检测电路均与FT3120双绞线芯片连接；电源模块分别与TCP/IP转串口模块电路和FT3120双绞线芯片连接。本发明能透过互联网将数据输给FT3120双绞线模块，实现远程数据的传输，具有数据传输速率快，比传统的RS-485通信要快，可靠性更高，抗干扰能力更强等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网设备技术领域，特别涉及一种基于PL3120电力线载 波芯片的电力线网关控制电路。

背景技术

目前市场上的二者设备之间的通信控制多采用RS-485通信协议，该通 信协议存在着的缺陷是：通信距离近：RS-485总线最大传输距离是1.2km； 传输速率慢：RS-485总线的传输速率为300～9.6kbps；网络结构：RS-485 总线网络构成主从式集散控制系统；网络容量小：RS-485总线网络的一条 通道最大可接255个节点；通信可靠性低：RS-485总线网络的容错与检错 能力须通过软件设定；产品互换性难：RS-485总线网络无统一通信协议， 产品难于兼容；网络扩充功能差：RS-485总线网络的扩充能力是有限的； 通信线缆要求高：RS-485采用有极性屏蔽双绞线，因此，现有的通讯设备 之间的通信控制存在着很多的弊端；本专利申请文件引入了基于FT3120双 绞线芯片的双绞线网关控制电路，该电路可以替代传统的RS-485通信协议， 使得设备之间进行更稳定的通信，且通信要快，可靠性更高，抗干扰能力更 强等。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于FT3120双绞线芯片的双 绞线网关控制电路，能透过互联网将数据输给FT3120双绞线模块，并传输 给外部设备，实现远程数据的传输，且数据的传输速率快。

本发明是这样实现的：一种基于FT3120双绞线芯片的双绞线网关控制 电路，包括电源模块、FT3120双绞线模块、控制输出电路以及TCP/IP转串 口模块电路；所述FT3120双绞线模块包括：FT3120双绞线芯片、晶振电路、 复位电路、数据发送/接收电路以及数据发送/接收检测电路；所述控制输出 电路、TCP/IP转串口模块电路、晶振电路、复位电路、数据发送/接收电路、 数据发送/接收检测电路均与所述FT3120双绞线芯片连接；所述电源模块分 别与所述TCP/IP转串口模块电路和FT3120双绞线芯片连接；所述电源模块 为FT3120双绞线模块和TCP/IP转串口模块电路提供电源；

所述TCP/IP转串口模块电路：用于将以太网上的数据进行传送给所述 FT3120双绞线芯片，且也能将FT3120双绞线芯片传过来的数据发送到以 太网上；所述FT3120双绞线芯片接收以太网上的数据进行处理后发送时， 所述数据发送/接收检测电路检测到有数据发送，则数据发送/接收检测电路 发送端的LED灯会亮起，所述FT3120双绞线芯片将数据进行处理后通过 所述数据发送/接收电路经过双绞线发送给外部设备；所述FT3120双绞线芯 片通过所述数据发送/接收电路接收到外部设备发送的数据时，所述数据发 送/接收检测电路检测到有接收的数据，则数据发送/接收检测电路接收端的 LED灯会亮起，所述FT3120双绞线芯片将接收到的数据进行处理后通过所 述TCP/IP转串口模块电路发送给与以太网连接的设备；所述FT3120双绞 线芯片处理数据时，若该数据是切换命令，则控制输出电路的继电器的端口 进行切换，此时控制输出电路将接入不同电源的电压，进而控制输出不同的 电源电压提供给所述外部设备。

本发明的优点在于：本发明的FT3120双绞线模块的传输特点：总线最 大传输距离是2.7km，网络的传输速率为300～1.25Mbps，网络可构成分布 式任意结构形式网络，采用三层结构，即域、子网、和节点，系统的节点数 量没有任何限制，FT3120双绞线芯片中含48位ID号，通信可靠性高，FT3120 双绞线芯片中有二个CPU专门负责通信，容错与检错能力是由硬件和软件 同时完成。该FT3120双绞线芯片采用国际标准的LonTalk通信协议（LonTalk 协议是LonWorks技术的网络通信协议,它遵循由国际标准化组织定义的开 放系统互连参考模型），真正实现了产品的互换性。LonWorks采用无屏蔽 无极性双绞线，接线灵活方便。且本发明结合了TCP/IP转串口模块电路可 通过电脑PC端发送数据给FT3120双绞线芯片，实现对设备的远程控制。 本发明中的控制输出电路中的继电器可以控制电源输出不同的电压，当给继 电器的公共端接交流或直流电源时，即可控制输出相应的交流或直流电源。 本发明能透过互联网将数据输给FT3120双绞线模块，实现远程数据的传输， 具有数据传输速率快，比传统的RS-485通信要快，可靠性更高，抗干扰能 力更强等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电路的详细结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明的一种基于FT3120双绞线芯片的双绞线 网关控制电路，包括电源模块1、FT3120双绞线模块2、控制输出电路3以及 TCP/IP转串口模块电路4；所述FT3120双绞线模块2包括：FT3120双绞线芯 片21、晶振电路22、复位电路23、数据发送/接收电路24以及数据发送/接收 检测电路25；所述控制输出电路3、TCP/IP转串口模块电路4、晶振电路22、 复位电路23、数据发送/接收电路24、数据发送/接收检测电路25均与所述 FT3120双绞线芯片21连接；所述电源模块1分别与所述TCP/IP转串口模块电 路4和FT3120双绞线芯片21连接；所述电源模块1为FT3120双绞线模块2和 TCP/IP转串口模块电路4提供电源；

所述TCP/IP转串口模块4电路：用于将以太网上的数据进行传送给所述 FT3120双绞线芯片21，且也能将FT3120双绞线芯片21传过来的数据发送到 以太网上；所述FT3120双绞线芯片21接收以太网上的数据进行处理后发送 时，所述数据发送/接收检测电路25检测到有数据发送，则数据发送/接收检 测电路25发送端的LED灯会亮起，所述FT3120双绞线芯片21将数据进行处 理后通过所述数据发送/接收电路24经过双绞线发送给外部设备（未图示）； 所述FT3120双绞线芯片21通过所述数据发送/接收电路24接收到外部设备发 送的数据时，所述数据发送/接收检测电路25检测到有接收的数据，则数据 发送/接收检测电路25接收端的LED灯会亮起，所述FT3120双绞线芯片21将 接收到的数据进行处理后通过所述TCP/IP转串口模块电路4发送给与以太网 连接的设备（未图示）；所述FT3120双绞线芯片21处理数据时，若该数据 是切换命令，则控制输出电路3的继电器的端口进行切换，此时控制输出电 路3将接入不同电源的电压，进而控制输出不同的电源电压提供给所述外部 设备；该晶振电路22为FT3120双绞线芯片21提供工作信号脉冲；复位电路 23用于复位FT3120双绞线芯片21；该数据发送/接收检测电路25用于检测 FT3120双绞线芯片21是否收到数据；数据发送/接收电路24用于发送FT3120 双绞线芯片21中的数据或者接受外部的设备的数据。

在本发明中，所述数据发送/接收电路24包括：一由二极管D2B和二极 管D2A组成的第一钳位电路、一由二极管D1B和二极管D1A组成的第二钳位 电路、通信变压器FT-X1、一由二极管D102B和二极管D101A组成的第三钳 位电路、一由二极管D102A和二极管D101B组成的第四钳位电路、电容C101、 电容C102以及接线端子JP101；所述FT3120双绞线芯片21的第20引脚、第19 引脚均经过第一钳位电路、第二钳位电路分别与通信变压器FT-X1的第5引 脚、第6引脚连接；所述通信变压器FT-X1的第2引脚、第1引脚均经过第三 钳位电路、第四钳位电路分别与所述电容C101的一端、电容C102的一端连 接；所述电容C101的另一端与所述接线端子JP101的第2引脚连接；所述电 容C102的另一端与所述接线端子JP101的第1引脚连接；所述第三钳位电路、 第四钳位电路均接信号地。

所述数据发送/接收检测电路25包括：电阻R215、电阻R216、电阻R217、 电阻R218、电阻R219、电阻R55、电阻R56、电容C209、电容C210、二极管 D216A、二极管D216B、比较器U204A、比较器U204B、反相器U203A、反 相器U203B、接收端发光二极管LED1以及发送端发光二极管LED2；所述 FT3120双绞线芯片21的第17引脚经电阻R215分别与所述二极管D216A的负 极、二极管D216B的正极连接；所述二极管D216A的正极分别与所述电容 C209的一端、电阻R216的一端、比较器U204A的正极连接，所述电容C209 的另一端、电阻R216的另一端均连电源模块；所述二极管D216B的负极分别 与所述电容C210的一端、电阻R217的一端、比较器U204B的负极连接，所 述电容C210的另一端、电阻R217的另一端均连信号地；所述比较器U204A 的负极经所述电阻R218与电源模块连接，所述比较器U204B的正极经所述电 阻R219与电源模块连接，且所述比较器U204A的负极与比较器U204B的正极 连接；所述比较器U204A的第1引脚经反相器U203A、电阻R35与接收端发光 二极管LED1的正极连接；所述比较器U204B的第7引脚经反相器U203B、电 阻R56与发送端发光二极管LED2的正极连接；所述接收端发光二极管LED1 的负极、发送端发光二极管LED2的负极均连接信号地。

所述控制输出电路3包括：继电器JZC-32F、接线端子JP12、电阻R11、 电阻R12、电阻R15、电阻R16、电阻R14、电阻R13、三极管Q1、三极管Q2 以及二极管D5；所述电阻R11分别与三极管Q1的基极和电阻R12的一端连 接；该电阻R12的另一端接信号地；所述三极管Q1的发射极与信号地连接； 该三极管Q1的集电极分别与继电器JZC-32F的线圈K1、二极管D5的正极、 电阻R15的一端连接；该电阻R15的另一端与三极管Q2的基极连接；所述二 极管D5的负极、继电器JZC-32F的线圈K1均连接电源模块；所述电阻R16的 一端与二极管D5的负极连接，另一端与三极管Q2的基极连接；所述三极管 Q2的发射极与电源模块连接，该三极管Q2的集电极与电阻R14一端连接； 该电阻R14的另一端与所述接线端子JP12连接；所述电阻R13的一端连接信 号地，另一端与所述接线端子JP12连接；所述控制输出电路的电阻R11与 FT3120双绞线芯片21的第28引脚连接。

所述TCP/IP转串口模块电路4包括：电容C200、电容C201、电容C202、 电容C203、电容C23、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、 电阻R49、发光二极管LED8、复位开关SW10、稳压电源SPX1117芯片以及 网络接口模块J7；所述电容C200的一端、电容C201一端、稳压电源SPX1117 芯片的Vin端均与电源模块连接；所述电容C200的另一端、电容C201另一端、 稳压电源SPX1117芯片的GND端均连接信号地；所述电容C202的一端、电 容C203的一端、电阻R44的一端均与所述稳压电源SPX1117芯片的Vout端连 接；所述电阻R44的另一端与所述发光二极管LED8的正极连接；所述发光 二极管LED8的负极、电容C202的另一端、电容C203的另一端均连接信号地； 所述电阻R45连接在所述稳压电源SPX1117芯片的Vout端与所述网络接口模 块J7的第1引脚之间；所述复位开关SW10和电容C23并联，并连接在所述网 络接口模块J7的第3引脚和信号地之间；所述网络接口模块J7的第15引脚经 所述电阻R46与网络接口模块J7的第12引脚连接；所述网络接口模块J7的第 14引脚经所述电阻R47与网络接口模块J7的第7引脚连接；所述网络接口模块 J7的第11引脚经所述电阻R48与FT3120双绞线芯片21的第24引脚连接；所述 网络接口模块J7的第10引脚经所述电阻R49与FT3120双绞线芯片21的第27 引脚连接。其中，该网络接口模块J7中各引脚的功能如下：COM_CFG是 串口配置控制脚，方向为输入，为高电平或悬空时是正常工作模式，为低电 平时是串口配置模式，在正常工作模式下，串口收发的数据是以太网的转发 数据，在串口配置模式下，串口发送配置命令，设置模块的工作参数或获取 模块的工作状态参数，该管脚内部有弱上拉；

RST是网络接口模块J7的复位管脚，低电平有效，在该管脚输入一大 于20us的负脉冲，模块复位；

R_LED+、R_LED-、L_LED-、L_LED+是网络接口模块J7内部LED 的引出管脚，用于数据传输的指示；

TCP/IP转串口模块电路J7的接收脚为：RXD，串口发送脚为：TXD，该 RXD脚、TXD脚分别与FT3120双绞线芯片21的串口脚IO10、IO8相连，用于 数据的传输。

如图2所示，所述复位电路23的SW201开关的一端与FT3120双绞线芯片 21的第1引脚连接，另一端与信号地连接。所述晶振电路22中包括：电阻Y1、 电容C7以及电容C18；该电阻Y1的两端分别与FT3120双绞线芯片21的第14 引脚和FT3120双绞线芯片21的第15引脚连接。

如图2所示，下面对数据发送/接收电路24、数据发送/接收检测电路25、 以及控制输出电路3的工作原理的描述：

数据发送/接收电路24说明：

当双绞线网关控制电路不稳定时出现电压太高，高于电源电压，或者出 现负电压都会烧坏FT3120双绞线芯片21的T2管脚，二极管D1A和二极管 D1B将接线端子的JP101的FT_NETA和FT_NETB的电压限制在0~VDD5之 间，使电路更稳定。同样的二极管D2A与二极管D2B作用与二极管D1A与二 极管D1B的作用是一样的。

通信变压器FT-X1是美国埃施朗（Echelon）公司研发的高性能通信变压 器。该通信变压器能够在存在高频共模噪声的非屏蔽双绞线网络环境中工 作。

其中，将第一钳位电路、第二钳位电路处理后的信号传给通信变压器 FT-X1，通信变压器FT-X1将输出信号通过电容C101和电容C102耦合到双绞 线电路上。

数据发送/接收检测电路25说明：

FT3120双绞线芯片21的COMM_ACTIVE管脚可以用来监视、发送和接 收活动状态；当FT3120双绞线芯片21发送数据时处于高电平，当FT3120双 绞线芯片21接收数据时处于低电平，其它情况处于高阻抗状态；

当FT3120双绞线模块2处于发送状态时，COMM_ACTIVE管脚输出高电 平，二极管D216B导通输出到比较器U204B进行与比较器U204B的P2V5端的 电压进行比较，其中比较器U204B的P2V5端的电压是电源电压的一半，也 就是2.5V。当二极管D216B导通输出电压高于比较器U204B的P2V5端电压 时，比较器U204B输出低电平，再经反相器U203B输出到发光二极管LED2 的正极为高电平，则发光二极管LED2发亮。同时二极管D216A截止，比较 器U204A的FT_RXS端的电压比比较器U204A的P2V5端的电压高，比较器 U204A输出高电压，再经反相器U203A输出低电平给发光二极管LED1的正 极；发光二极管LED1不亮。

当FT3120双绞线模块2处于接收状态时，COMM_ACTIVE管脚输出低电 平，二极管D216A导通，比较器U204A的FT_RXS端的电压比比较器U204A 的P2V5端的电压低，比较器U204A输出低电平，再经反相器U203A输出高 电平给发光二极管LED1的正极；发光二极管LED1亮。同时二极管D216B截 止，比较器U204B的FT_RXS端的电压比比较器U204B的P2V5端的电压低， 比较器U204B输出高电压，再经反相器U203B输出低电平给发光二极管 LED2的正极，发光二极管LED2的不亮。

控制输出电路3说明：

当FT3120双绞线芯片21的第28引脚输出高电平时，通过电阻R11和电阻 R12分压后输入到三极管Q1，三极管Q1在基极高电平的作用下导通，电流 从继电器JZC-32F的线圈K1上流向三极管Q1，再到地，形成一个回路，继电 器JZC-32F弹片在磁场的作用下动作，使继电器JZC-32F常开触点闭合，常 闭触点断开。同时三极管Q2的基极处于低电平状态，三极管Q2导通，电流 从三极管Q2到电阻R13和电阻R14到地，在R13电阻很大，R14电阻很小，在 R13上分得的电压很多，近似等于电源电压，所以接线端子JP12输出高电平。

当FT3120双绞线芯片21的第28引脚输出低电平时，三极管Q1截止，继 电器JZC-32F的线圈K1上没有电流，继电器JZC-32F衔铁由吸合状态到复位 状态，继电器JZC-32F的常闭触点复位，常开触点断开。同时，由于三极管 Q1截止，三极管Q2的基极相当于和电源连接，三极管Q2也截止，接线端子 JP12通过电阻13接地，输出低电平。

总之，本发明能透过互联网将数据输给FT3120双绞线模块，实现远程 数据的传输，具有数据传输速率快，比传统的RS-485通信要快，可靠性更高， 抗干扰能力更强等特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均 等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。