太阳能热水器中一线通信接口转换电路的设计

　　当主控制器与线控器安装的距离较远时，就不得不考虑分布电容的影响，导线间的分布电容可用电平行导电板之间的电容计算公式直接求得：

　　式中：ε 为导线绝缘层的介电常数；S 为导线的水平截面积；d 为导线间距离。

　　若通信线的长度有50 m,分布电容有2 nF,取2 nF电容并连在通信线上进行仿真实验，观察上升沿和下降沿的延迟情况，第一通道为主控制器中TXD端的波形，第二通道为线控器中RXD 端的波形，测试结果如图3所示。

　　从图3 可以看出分布电容使得RXD 端产生50 μs的延迟，根据UART接口通信的波特率误差不大于4.5%的要求，在分布电容2 nF的情况下，通信的波特率可以算出：

　　式中：Bd 为波特率；T 为延迟时间；R 为允许误差。

　　将T = 50 μs,R = 4.5 %代入式（2）中，得：

　　式中：Bd 为波特率；T 为延迟时间；R 为允许误差。

　　将T = 50 μs,R = 4.5 %代入式（2）中，得：

　　使用该接口转换电路，可选用的常用通信波特率的最大值仅600 b/s.

　　因此，该转换电路存在的不足在于：

　　（1）UART 接口会接收到本机发送的数据，引发接收中断，降低了微处理器的通信可靠性及工作效率；（2）受导线分布电容影响，通信速率低，影响了线控器的响应速度，降低了人机交互的操作体验。

　　3接口转换电路的设计图4 为基于74HC00 与非门IC 设计的一种新型一线通信接口转换电路。图中，输出转换电路由U1A,U1C,Q1,Q2,D1,R1 ,R2 组成，输入转换电路由U1B,D2,D3,R3 ~ R5 组成，D1和D3为保护二极管，D2为5.1 V稳压二极管。当UART 接口发送数据，TXD 端为低电平时，与非门U1B的4引脚为低电平，6引脚为高电平，使RXD端一直保持高电平，从而克服了本机发送数据时反馈到接收端的问题。

　　在输入转换电路中，由D2和R4 构成了触发电路，能够减少通信线上分布电容的影响，提高通信速率。通过式（4）可计算出RXD 端从低电平转变成高电平时通信线上的最高电压UTL :

　　式中：VZ 为稳压二极管D2 的稳压值，VCC × 30% 是74HC00 芯片输入为低电平的条件。将VZ = 5.1 V,VCC = 5 V 代入式（4）中，得UTL = 6.6 V.当通信线上的电压小于6.6 V 时，RXD端将从低电平转变成高电平。通过式（5）可计算出RXD 端从高电平转变成低电平时通信线上的最低电压UTH :

　　式中：VCC × 70% 是74HC00 芯片输入为高电平的条件。

　　将VZ = 5.1 V,VCC = 5 V 代入式（5）中，得UTH = 8.6 V.当通信线上的电压大于8.6 V 时，RXD端将从高电平转变成低电平。