太阳能热水器中一线通信接口转换电路的设计

　　0 引言

　　基于可靠性、安全性、易于安装维护及方便使用等方面的设计考虑，将太阳能热水器控制系统分成两部分，通过低压直流电源线和通信线连接。安装在户外的主控制器主要完成水位和水温的实时检测和水泵的开关控制，户内的线控器主要实现显示状态及控制功能。

　　1 系统结构框图

　　太阳能热水器控制系统组成框图如1所示。

　　主控制器与线控器均采用微处理器作为核心器件。微处理器内部带有通用异步收发器（UART），其硬件上有两根引线，一根为接收线，一根为发送线，接口电平为CMOS电平。为了延长通信距离、提高通信质量，通常转换成标准的全双工RS 232接口或半双工RS 485接口。RS 232 接口在20 m 以内通信，RS 485 可以在1 200 m内通信。

　　无论采用以上哪种通信接口，主控制器与线控器的连接线需要两根电源线，两根通信线，布线成本较高。

　　若微处理器的UART接口转换为一线接口，只要两根用作电源线，一根用作通信线，对于远距离通信的应用场合，不仅安装方便，而且降低布线成本。故此，国内外科研人员纷纷投入研究，并且取得了良好的应用效果。

　　但与UART 接口连接时，1-Wire总线和LIN总线需要使用专用芯片实现接口转换，不仅增加了成本，且受协议约束增加了使用的复杂性。

　　本文采用普通元器件，在原有电路的基础上，设计了一种一线通信接口转换电路，能在UART 接口之间实现高速远距离透明传输，达到了降低布线成本、使用简单灵活的目的。

　　2 问题的提出

　　一种应用于UART 接口的一线通信接口转换电路由输出转换电路和输入转换电路两部分构成，其中输出转换电路由Q1,Q2,D1,R1,R2 组成，输入转换电路由Q3,D2,R3~R5 组成，D1 和D2 为保护二极管，电路原理图如图2所示。

　　UART 接口处于接收状态时，发送端TXD 为高电平，使Q2饱和导通，Q1截止，通信线（通信接口P1的2引脚）为低电平；Q3 也处于截止状态，接收端RXD 为高电平。若通信线为高电平，Q3进入饱和状态，接收端RXD为低电平。UART接口处于发送状态时，发送端TXD的电平有高有低，若为低电平时，使Q2截止，Q1饱和导通，向通信线输出高电平；此时，接收转换电路的Q3也进入饱和状态，使得接收端RXD 为低电平，引发接收中断。