具有短路自保护功能的仪表总线转换电路

摘要

本发明涉及一种具有短路自保护功能的仪表总线转换电路；该电路含有TTL转仪表总线模块、仪表总线转TTL模块、短路过载检测模块和短路保护模块，TTL发送端与TTL转仪表总线模块的输入端连接，TTL转仪表总线模块的输出端通过第九电阻与仪表总线的第一信号线连接，第一信号线还与仪表总线转TTL模块的输入端连接，仪表总线转TTL模块的输出端与TTL接收端连接，TTL转仪表总线模块的输出端和仪表总线的第一信号线分别与短路过载检测模块的两个输入端连接，短路过载检测模块的输出端与短路保护模块的输入端连接，短路保护模块的输出触点与仪表总线的第二信号线连接；本发明结构简单、成本低，稳定性及可靠性都很高。

说明书

（一）、技术领域：

本发明涉及一种总线转换电路，特别涉及一种具有短路自保护功能的仪表总线转换电路。

（二）、背景技术：

随着国民经济的增长、民众生活水平的提高，各类民用表计的数据读取已由原来的机械计量、人工现场抄表的方式转换为电子计量、自动抄表的新型方式，由一个人配合一台计算机，就可以在短时间内把一个区域的所有表计的量值读取回来，并形成人们便于识别阅读的报表，节省了大量的人力和时间；在集中抄表系统中，中转采集器与电子表计之间的通信成为整个系统的重要组成部分，为此，国内外不同的专家学者提出了不同的通信方式，例如、无线通信、网络通信、GPRS通信、MBUS（Meter BUS，仪表总线）等等，其中MBUS总线应用很方便，但是，采用集成方式的MBUS总线转换电路成本很高，采用分立元器件搭建的MBUS总线转换电路的稳定性、可靠性又很低，不利于电子表计的市场推广应用。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有短路自保护功能的仪表总线转换电路，该仪表总线转换电路结构简单、成本低，稳定性及可靠性都很高。

本发明的技术方案：

一种具有短路自保护功能的仪表总线转换电路，含有TTL信号转仪表总线信号模块、仪表总线信号转TTL信号模块、仪表总线短路过载检测模块和仪表总线短路保护模块，TTL信号发送端与TTL信号转仪表总线信号模块的输入端连接，TTL信号转仪表总线信号模块的输出端通过第九电阻与仪表总线的第一信号线连接，仪表总线的第一信号线还与仪表总线信号转TTL信号模块的输入端连接，仪表总线信号转TTL信号模块的输出端与TTL信号接收端连接，TTL信号转仪表总线信号模块的输出端和仪表总线的第一信号线分别与仪表总线短路过载检测模块的两个输入端连接，仪表总线短路过载检测模块的输出端与仪表总线短路保护模块的输入端连接，仪表总线短路保护模块的输出触点的两端分别与仪表总线的第二信号线和地连接。

TTL信号转仪表总线信号模块中含有第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管、第二三极管和电压调节器，TTL信号发送端通过第二电阻与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极依次通过第三电阻、第四电阻与电压调节器的调节端连接，第三电阻和第四电阻的连接点通过第五电阻与第二三极管的基极连接，第二三极管的集电极接地，第二三极管的发射极通过第六电阻与电压调节器的调节端连接，电压调节器的输入端接第一电源，电压调节器的输出端通过第九电阻与仪表总线的第一信号线连接，电压调节器的调节端通过第七电阻与电压调节器的输出端连接，电压调节器的调节端通过第八电阻接地；第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为PNP型三极管；TTL信号转仪表总线信号模块可将TTL信号转换成仪表总线可以传输的信号。

TTL信号转仪表总线信号模块中还含有第一电阻和第一发光二极管，第一发光二极管的负极与TTL信号发送端连接，第一发光二极管的正极通过第一电阻接第二电源，第一发光二极管用于指示TTL发送信号，当有TTL信号发送时，第一发光二极管会闪烁；电压调节器的型号为LM317T。

仪表总线信号转TTL信号模块中含有第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第四电容、第一二极管、第二二极管、第三运算放大器和第四比较器，第一二极管和第二二极管的正极与仪表总线的第一信号线连接，第一二极管的负极通过第十七电阻与第三运算放大器的反相输入端连接，第二二极管的负极通过第十八电阻与第三运算放大器的同相输入端连接，第三运算放大器的输出端通过第二十一电阻与第四比较器的反相输入端连接，参考电压端通过第二十二电阻与第四比较器的同相输入端连接，第四比较器的输出端通过第二十四电阻与TTL信号接收端连接；第三运算放大器的反相输入端通过第二十电阻与第三运算放大器的输出端连接，第三运算放大器的同相输入端通过第十九电阻和第四电容的并联电路接地，第四比较器的同相输入端通过第二十三电阻接地。

第一二极管和第二二极管可防止仪表总线信号转TTL信号模块对仪表总线的影响，第三运算放大器对仪表总线接收信号进行放大，形成放大信号，第四比较器将该放大信号转换成TTL信号，供单片机或其它TTL电路使用。

仪表总线信号转TTL信号模块中还含有第二十五电阻和第三发光二极管，第三发光二极管的负极与第四比较器的输出端连接，第三发光二极管的正极通过第二十五电阻接第二电源，第三发光二极管用于指示TTL接收信号，当有TTL信号接收时，第三发光二极管会闪烁。

仪表总线短路过载检测模块中含有第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十五电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第二比较器，TTL信号转仪表总线信号模块的输出端通过第十电阻与第二比较器的反相输入端连接，仪表总线的第一信号线依次通过第十二电阻、第十三电阻与第二比较器的同相输入端连接，第二比较器的输出端通过第十五电阻与仪表总线短路保护模块的输入端连接，第二比较器的反相输入端通过第十一电阻和第一电容的并联电路接地，第十二电阻和第十三电阻的连接点通过第二电容接地，第二比较器的同相输入端通过第三电容与第二比较器的输出端连接。

仪表总线短路过载检测模块中还含有第十四电阻和第二发光二极管，第二发光二极管的负极与第二比较器的输出端连接，第二发光二极管的正极通过第十四电阻接第二电源。

正常情况下，TTL信号转仪表总线信号模块输出的信号和仪表总线的第一信号线上的信号相差微小，第二比较器同相输入端的电压大于反相输入端的电压， 第二比较器输出高电平，第二发光二极管不亮；当短路过载时，第二比较器反相输入端的电压下降缓慢，同相输入端的电压下降很快，导致反相输入端的电压大于同相输入端的电压，第二比较器输出低电平，第二发光二极管点亮。

仪表总线短路保护模块中含有第十六电阻、第三三极管和继电器，第三三极管为NPN型三极管，仪表总线短路过载检测模块的输出端与第三三极管的基极连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集电极依次通过继电器的线圈、第十六电阻接第二电源，继电器的输出触点的两端分别与仪表总线的第二信号线和地连接。

仪表总线短路保护模块用于打开仪表总线接地端，在仪表总线短路的情况下，仪表总线短路过载检测模块的输出端为低电平，继电器的输出触点断开，进行短路保护。

仪表总线的第一信号线和第二信号线上均接有熔断器，第一信号线和第二信号线之间接有瞬变电压抑制二极管。

熔断器用于防止仪表总线电路长时间短路（如仪表总线短路保护模块中的继电器损坏，不能断开）时烧毁设备，瞬变电压抑制二极管用于防止仪表总线上电瞬间的过流。

第二比较器U2、第三运算放大器U3和第四比较器U4的型号为：LM393-1。

本发明的有益效果：

本发明利用较少的分立元器件实现了TTL信号与仪表总线信号间的转换，而

且，在仪表总线短路情况下，还能自动关闭总线功能，防止总线上的设备损坏；本发明电路结构简单、成本低，稳定性及可靠性都很高，便于使用本发明的设备的市场推广及应用。

（四）、附图说明：

图1为具有短路自保护功能的仪表总线转换电路的电路原理示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1，图中，具有短路自保护功能的仪表总线转换电路含有TTL信号转仪表总线信号模块1、仪表总线信号转TTL信号模块2、仪表总线短路过载检测模块3和仪表总线短路保护模块4，TTL信号发送端与TTL信号转仪表总线信号模块1的输入端连接，TTL信号转仪表总线信号模块1的输出端通过第九电阻R9与仪表总线的第一信号线连接，仪表总线的第一信号线还与仪表总线信号转TTL信号模块2的输入端连接，仪表总线信号转TTL信号模块2的输出端与TTL信号接收端连接，TTL信号转仪表总线信号模块1的输出端和仪表总线的第一信号线分别与仪表总线短路过载检测模块3的两个输入端连接，仪表总线短路过载检测模块3的输出端与仪表总线短路保护模块4的输入端连接，仪表总线短路保护模块4的输出触点的两端分别与仪表总线的第二信号线和地连接。

TTL信号转仪表总线信号模块1中含有第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一三极管Q1、第二三极管Q2和电压调节器U1，TTL信号发送端通过第二电阻R2与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极依次通过第三电阻R3、第四电阻R4与电压调节器U1的调节端1连接，第三电阻R4和第四电阻R4的连接点通过第五电阻R5与第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极接地，第二三极管Q2的发射极通过第六电阻R6与电压调节器U1的调节端1连接，电压调节器U1的输入端3接第一电源VCC，电压调节器U1的输出端2通过第九电阻R9与仪表总线的第一信号线连接，电压调节器U1的调节端1通过第七电阻R7与电压调节器U1的输出端2连接，电压调节器U1的调节端1通过第八电阻R8接地；第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管；TTL信号转仪表总线信号模块1可将TTL信号转换成仪表总线可以传输的信号。

TTL信号转仪表总线信号模块1中还含有第一电阻R1和第一发光二极管LED1，第一发光二极管LED1的负极与TTL信号发送端连接，第一发光二极管LED1的正极通过第一电阻R1接第二电源3.3V，第一发光二极管LED1用于指示TTL发送信号，当有TTL信号发送时，第一发光二极管LED1会闪烁；电压调节器U1的型号为LM317T。

仪表总线信号转TTL信号模块2中含有第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第四电容C4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三运算放大器U3和第四比较器U4，第一二极管D1和第二二极管D2的正极与仪表总线的第一信号线连接，第一二极管D1的负极通过第十七电阻R17与第三运算放大器U3的反相输入端连接，第二二极管D2的负极通过第十八电阻R18与第三运算放大器U3的同相输入端连接，第三运算放大器U3的输出端通过第二十一电阻R21与第四比较器U4的反相输入端连接，参考电压端通过第二十二电阻R22与第四比较器U4的同相输入端连接，第四比较器U4的输出端通过第二十四电阻R24与TTL信号接收端连接；第三运算放大器U3的反相输入端通过第二十电阻R20与第三运算放大器U3的输出端连接，第三运算放大器U3的同相输入端通过第十九电阻R19和第四电容C4的并联电路接地，第四比较器U4的同相输入端通过第二十三电阻R23接地。

第一二极管D1和第二二极管D2可防止仪表总线信号转TTL信号模块2对仪表总线的影响，第三运算放大器U3对仪表总线接收信号进行放大，形成放大信号VO，第四比较器U4将该放大信号VO转换成TTL信号，供单片机或其它TTL电路使用。

仪表总线信号转TTL信号模块2中还含有第二十五电阻R25和第三发光二极管LED3，第三发光二极管LED3的负极与第四比较器U4的输出端连接，第三发光二极管LED3的正极通过第二十五电阻R25接第二电源3.3V，第三发光二极管LED3用于指示TTL接收信号，当有TTL信号接收时，第三发光二极管LED3会闪烁。

仪表总线短路过载检测模块3中含有第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第二比较器U2，TTL信号转仪表总线信号模块1的输出端通过第十电阻R10与第二比较器U2的反相输入端连接，仪表总线的第一信号线依次通过第十二电阻R12、第十三电阻R13与第二比较器U2的同相输入端连接，第二比较器U2的输出端通过第十五电阻R15与仪表总线短路保护模块4的输入端连接，第二比较器U2的反相输入端通过第十一电阻R11和第一电容C1的并联电路接地，第十二电阻R12和第十三电阻R13的连接点通过第二电容C2接地，第二比较器U2的同相输入端通过第三电容C3与第二比较器U2的输出端连接。

仪表总线短路过载检测模块3中还含有第十四电阻R14和第二发光二极管LED2，第二发光二极管LED2的负极与第二比较器U2的输出端连接，第二发光二极管LED2的正极通过第十四电阻R14接第二电源3.3V。

正常情况下，TTL信号转仪表总线信号模块1输出的信号VM和仪表总线的第一信号线上的信号VM1相差微小，第二比较器U2同相输入端的电压VL+大于反相输入端的电压VL-，第二比较器U2输出高电平，第二发光二极管LED2不亮；当短路过载时，第二比较器U2反相输入端的电压VL-下降缓慢，同相输入端的电压VL+下降很快，导致反相输入端VL-的电压大于同相输入端的电压VL+，第二比较器U2输出低电平，第二发光二极管LED2点亮。

仪表总线短路保护模块4中含有第十六电阻R16、第三三极管Q3和继电器K1，第三三极管Q3为NPN型三极管，仪表总线短路过载检测模块3的输出端与第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的集电极依次通过继电器K1的线圈、第十六电阻R16接第二电源3.3V，继电器K1的输出触点的两端分别与仪表总线的第二信号线和地连接。

仪表总线短路保护模块4用于打开仪表总线接地端，在仪表总线短路的情况下，仪表总线短路过载检测模块3的输出端为低电平，继电器K1的输出触点断开，进行短路保护。

仪表总线的第一信号线和第二信号线上分别接有熔断器F1、F2，第一信号线和第二信号线之间接有瞬变电压抑制二极管TVS。

熔断器F1、F2用于防止仪表总线电路长时间短路（如仪表总线短路保护模块4中的继电器损坏，不能断开）时烧毁设备，瞬变电压抑制TVS用于防止仪表总线上电瞬间的过流。

第二比较器U2、第三运算放大器U3和第四比较器U4的型号为：LM393-1。

具有短路自保护功能的仪表总线转换电路的工作过程如下：

首先，单片机或其它器件输出的TTL信号TXD经过TTL信号转仪表总线信号模块1转换，形成信号VM，当TXD为高电平时，VM为高电压，当TXD为低电平时，VM为低电压，VM经过仪表总线电路传输到两线制的仪表总线上，VM信号在仪表总线上传输，传输给总线上的其它仪表总线设备，同时，第一发光二极管LED1进行相应的发送信号指示，从而完成信号的发送；当仪表总线上有其它设备发信号时，该信号经过仪表总线电路形成信号VM1，信号VM1经过仪表总线信号转TTL信号模块2形成TTL信号RXD，RXD可以直接送给单片机或其它TTL器件使用。

正常使用情况下，VM、VM1相差微小，VL+大于VL-， L_P信号为高电平，第二发光二极管LED2不亮，继电器K1吸合，仪表总线导通，可以进行正常使用，当两线制总线短路时，VL-下降缓慢，VL+下降很快，导致VL-大于VL+，L_P信号为低电平，第二发光二极管LED2点亮，继电器K1释放，仪表总线无电，完成对仪表总线及总线上设备的保护。