RU2783744C1 - Daisy chain two-wire sensor measuring system and method - Google Patents

Daisy chain two-wire sensor measuring system and method Download PDF

Info

Publication number
RU2783744C1
RU2783744C1 RU2021136518A RU2021136518A RU2783744C1 RU 2783744 C1 RU2783744 C1 RU 2783744C1 RU 2021136518 A RU2021136518 A RU 2021136518A RU 2021136518 A RU2021136518 A RU 2021136518A RU 2783744 C1 RU2783744 C1 RU 2783744C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slave
sensor
module
wire
data
Prior art date
Application number
RU2021136518A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Чуньмэн ЧЖАО
Цюаньлун ЦЮ
Original Assignee
Баосин Интеллиджент Текнолоджи (Шанхай) Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Баосин Интеллиджент Текнолоджи (Шанхай) Ко., Лтд. filed Critical Баосин Интеллиджент Текнолоджи (Шанхай) Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2783744C1 publication Critical patent/RU2783744C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the field of communication technologies. The system contains: one or more slave modules, the main module and a daisy chain connection wire. The slave module is connected to one or more sensors and is designed to modulate the detected sensor signal into the corresponding current signal. The main module is cascaded in series with the first slave module, the slave module of the upper stage and the slave module of the lower stage in one or more slave modules by means of a daisy chain connection wire to form a daisy chain sensor network and is connected to the upper computer by means of a communication wire. The wire of the daisy chain connection is designed to supply power and transmit the current signal received by the slave module using modulation, so that the main module receives and then decodes the current signal in the wire of the daisy chain connection to obtain the corresponding sensor data.
EFFECT: simplifying the connection of modules, increasing control efficiency and protection against interference during signal transmission.
8 cl, 8 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[001] Настоящее изобретение относится к области технологий связи и, в частности, к гирляндной двухпроводной датчиковой измерительной системе и способу.[001] The present invention relates to the field of communication technologies and, in particular, to a daisy-chained two-wire sensor measurement system and method.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

[002] В большинстве известных датчиковых сетей используют технологию шины, такую как сетевая технология RS485. Каждый узел имеет два провода связи, а также имеет два провода питания при подаче питания с использованием шины, и у каждого узла независимый адрес. Сеть такого типа поддерживает двустороннюю связь, выгрузку данных и доставку команды управления, и подходит в качестве обычной системы измерения и управления. Однако, в сети этого типа шина содержит четыре провода, что усложняет прокладку кабелей и повышает затраты на провода и оборудование. Каждому узлу требуется независимый адрес, поэтому протокол сложный. Неудобны также установка и отладка системы.[002] Most known sensor networks use bus technology such as RS485 network technology. Each node has two communication wires and also has two power wires when bus powered, and each node has an independent address. This type of network supports two-way communication, data upload and control command delivery, and is suitable as a general measurement and control system. However, in this type of network, the bus contains four wires, which complicates the cabling and increases the cost of wires and equipment. Each node requires an independent address, so the protocol is complex. Installation and debugging of the system are also inconvenient.

[003] Микросхема DS18B20 для измерения температуры от компании Maxim, широко распространенная на рынке, использует однопроводную шину датчиков. В дополнение к двум проводам питания требуется только одна шина связи. Все интегральные микросхемы соединены тремя одинаковыми проводами для совершения обмена данными, и каждая интегральная микросхема имеет уникальный независимый идентификационный (ИД) номером. Таким образом, прокладка кабеля упрощается до определенной степени. Однако, все равно требуются три провода, а узлы различают по идентификационному номеру, причем идентификационный номер нужно считывать во время установки и развертывания, что приводит к неудобствам при замене.[003] Maxim's DS18B20 temperature sensing chip, widely used in the market, uses a single-wire sensor bus. In addition to the two power wires, only one communication bus is required. All integrated circuits are connected by three identical wires for data exchange, and each integrated circuit has a unique independent identification (ID) number. Thus, cabling is simplified to a certain extent. However, three wires are still required, and the nodes are distinguished by an ID number, and the ID number needs to be read during installation and deployment, which leads to inconvenience in replacement.

[004] В качестве общей топологии связи к датчиковой сети может быть применена гирляндная сеть. В гирляндной сети каждый узел имеет две пары приемопередатчиков и соединен с двумя проводами связи. Каждый провод связи соединен с двумя узлами, а узлы последовательно соединены друг с другом. Данные узла пересылаются примыкающим узлом. Поэтому в гирляндной сети нет необходимости в адресах. Однако узел в гирляндной сети все же нуждается в независимом проводе питания и, следовательно, нуждается в двух проводах питания и двух интерфейсах связи. Если для связи используют один провод, каждый узел также должен быть соединен с четырьмя внешними проводами, а передача данных из оконечного узла на главный узел требует много операций пересылки. В результате этого данные могут быть легко утеряны, и это не подходит для построения широкомасштабной сети.[004] As a general communication topology, a daisy chain network can be applied to the sensor network. In a daisy chain, each node has two pairs of transceivers and is connected to two communication wires. Each communication wire is connected to two nodes, and the nodes are connected in series with each other. Node data is forwarded by the adjoining node. Therefore, there is no need for addresses in a daisy chain network. However, a node in a daisy chain still needs an independent power wire and therefore needs two power wires and two communication interfaces. If a single wire is used for communication, each node must also be connected to four external wires, and the transfer of data from the end node to the master node requires many transfer operations. As a result, data can be easily lost, and it is not suitable for building a large-scale network.

[005] В некоторых приложениях для управления батареями, таких как контейнерные системы накопления энергии на литиевых батареях, часто используют сотни блоков батарей, соединенных последовательно, а каждый блок батарей состоит из множества литиевых батарей, соединенных параллельно. Для безопасности батарей необходимо измерять температуру этих батарей. В решении, известном из уровня техники, требуется много датчиков и шин связи, что приводит к сложному соединению и затрудняет выполнение эффективного управления. С учетом вышеизложенного, в настоящем изобретении предложены гирляндная двухпроводная измерительная система и способ.[005] Some battery management applications, such as containerized lithium battery storage systems, often use hundreds of battery packs connected in series, and each battery pack consists of many lithium batteries connected in parallel. For the safety of batteries, it is necessary to measure the temperature of these batteries. The prior art solution requires many sensors and communication buses, resulting in a complex connection and making effective control difficult. In view of the foregoing, the present invention provides a daisy-chained two-wire measurement system and method.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

[006] Для решения проблем в известном уровне техники в настоящем изобретении предложены гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система и способ.[006] To solve the problems in the prior art, the present invention provides a daisy-chained two-wire sensor measurement system and method.

[007] Настоящее изобретение реализуется посредством следующих технических решений.[007] The present invention is implemented through the following technical solutions.

[008] В соответствии с первым аспектом в настоящем изобретении предложена гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система, содержащая:[008] According to a first aspect, the present invention provides a daisy-chained two-wire sensor measurement system, comprising:

[009] один или более подчиненных модулей, соединенных с одним или более датчиками и выполненных с возможностью обнаружения датчикового сигнала и модуляции обнаруженного датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока;[009] one or more slave modules connected to one or more sensors and configured to detect a sensor signal and modulate the detected sensor signal into a corresponding current signal;

[0010] главный модуль, последовательно каскадно соединенный с первым подчиненным модулем, подчиненным модулем верхней ступени и подчиненным модулем нижней ступени из указанных одного или более подчиненных модулей посредством провода гирляндного соединения с образованием гирляндной датчиковой сети, и соединенный с верхним компьютером посредством провода связи; и[0010] a master module serially cascaded to the first slave module, the upper stage slave module, and the lower stage slave module of said one or more slave modules via a daisy chain wire to form a daisy chain sensor network, and connected to the upper computer via a communication wire; and

[0011] провод гирляндного соединения, выполненный с возможностью подачи питания и передачи сигнала тока, полученного подчиненными модулями посредством модуляции, так что главный модуль получает и затем декодирует сигнал тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика.[0011] A daisy chain wire configured to supply power and transmit a current signal received by the slave modules through modulation, so that the master module receives and then decodes the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data.

[0012] Кроме того, главный модуль содержит интерфейс питания, главный нижний переключатель, главный нижний интерфейс, схему демодуляции сигнала, главную схему стабилизации напряжения, главный контроллер и интерфейс связи.[0012] In addition, the main module includes a power interface, a main bottom switch, a main bottom interface, a signal demodulation circuit, a main voltage stabilization circuit, a main controller, and a communication interface.

[0013] Кроме того, интерфейс питания соединен с внешним источником питания и главной схемой стабилизации напряжения. Главная схема стабилизации напряжения соединена с главным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации входного напряжения питания и вывода стабилизированного напряжения питания на главный контроллер и периферийную схему главного контроллера.[0013] In addition, the power interface is connected to an external power supply and the main voltage regulation circuit. The main voltage stabilization circuit is connected to the main controller and is configured to stabilize the input supply voltage and output the stabilized supply voltage to the main controller and the peripheral circuit of the main controller.

[0014] Кроме того, главный нижний переключатель соединен с главным контроллером и последовательно соединен с проводом гирляндного соединения и управляет проводимостью подчиненного верхнего интерфейса первого подчиненного модуля через главный нижний интерфейс.[0014] In addition, the main bottom switch is connected to the main controller and connected in series with the daisy chain wire, and controls the conductivity of the slave top interface of the first slave module through the main bottom interface.

[0015] Кроме того, схема демодуляции сигнала соединена с главным контроллером и выполнен с возможностью декодирования сигнала тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика.[0015] In addition, a signal demodulation circuit is connected to the main controller and configured to decode the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data.

[0016] Кроме того, интерфейс связи соединен с верхним компьютером и передает данные датчика верхнему компьютеру.[0016] In addition, the communication interface is connected to the upper computer and transmits sensor data to the upper computer.

[0017] Кроме того, подчиненный модуль содержит подчиненный верхний интерфейс, подчиненный нижний интерфейс, подчиненную схему стабилизации напряжения, схему модуляции сигнала, подчиненный контроллер и подчиненный нижний переключатель. Подчиненный модуль также содержит схему защиты от обратного соединения для предотвращения повреждения схемы подчиненного модуля при обратном соединении провода гирляндного соединения.[0017] In addition, the slave module includes a slave upper interface, a slave lower interface, a slave voltage regulation circuit, a signal modulation circuit, a slave controller, and a slave lower switch. The slave module also contains a reverse connection protection circuit to prevent damage to the slave module circuitry when the daisy chain wire is reversed.

[0018] Кроме того, подчиненный верхний интерфейс подчиненного модуля нижней ступени соединен с подчиненным нижним интерфейсом подчиненного модуля верхней ступени или подчиненный верхний интерфейс первого подчиненного модуля соединен с главным нижним интерфейсом главного модуля.[0018] In addition, the slave upper interface of the slave lower stage module is connected to the slave lower interface of the slave upper stage module, or the slave upper interface of the first slave module is connected to the main lower interface of the main module.

[0019] Между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным нижним интерфейсом подсоединен подчиненный нижний переключатель шины для управления проводимостью подчиненного модуля нижней ступени;[0019] Between the slave upper interface and the slave lower interface, a slave lower bus switch is connected to control the conduction of the lower stage slave module;

[0020] Подчиненная схема стабилизации напряжения подсоединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации напряжения, вводимого шиной гирляндного соединения, и вывода стабилизированного напряжения на подчиненный контроллер и периферийную схему подчиненного контроллера для подачи питания, а также выполнена с возможностью экранирования помех подчиненному контроллеру, вызываемых передачей сигнала при передаче данных подчиненным модулем.[0020] The slave voltage regulation circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller, and is configured to stabilize the voltage input by the daisy chain bus and output the stabilized voltage to the slave controller and the peripheral circuit of the slave controller to supply power, and is configured to shield interference to the slave controller, caused by signal transmission when data is transmitted by the slave module.

[0021] Схема модуляции сигнала подсоединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью модуляции датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока и передачи сигнала тока главному модулю по проводу гирляндного соединения.[0021] The signal modulation circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller, and is configured to modulate the sensor signal into a corresponding current signal and transmit the current signal to the master module via the daisy chain wire.

[0022] Кроме того, схема модуляции сигнала использует светоизлучающий диод для выполнения модуляции сигнала и отображает рабочее состояние подчиненного модуля во время передачи данных.[0022] In addition, the signal modulation circuit uses a light emitting diode to perform signal modulation and displays the working state of the slave module during data transmission.

[0023] Кроме того, подчиненный модуль содержит внутренний датчик и внешний датчик, а подчиненный контроллер соединен с внутренним датчиком и внешним датчиком для обнаружения внутреннего датчика и внешнего датчика. Внутренний датчик выполнен с возможностью получения внутреннего параметра подчиненного модуля. Внешний датчик содержит, без ограничений, один или более элемент из температурного датчика, ультразвукового датчика, датчика ускорения, газодымового датчика, датчика влажности, датчика вибрации, светочувствительного датчика или бесконтактного переключателя на датчике Холла.[0023] In addition, the slave module includes an internal sensor and an external sensor, and the slave controller is connected to the internal sensor and the external sensor to detect the internal sensor and the external sensor. The internal sensor is configured to obtain an internal parameter of the slave module. The external sensor includes, without limitation, one or more of a temperature sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, a smoke sensor, a humidity sensor, a vibration sensor, a photosensitive sensor, or a proximity switch on a Hall sensor.

[0024] В соответствии со вторым аспектом в настоящем изобретении предложен способ гирляндного двухпроводного датчикового измерения, причем способ измерения использует гирляндную двухпроводную датчиковую измерительную систему, описанную в первом аспекте, и включает следующие этапы:[0024] According to a second aspect, the present invention provides a daisy-chained two-wire sensor measurement method, wherein the measurement method uses the daisy-chained two-wire sensor measurement system described in the first aspect and includes the following steps:

[0025] S1: инициализация системы, активация дискретизации датчикового сигнала и кодирование собранного датчикового сигнала;[0025] S1: system initialization, activation of sampling of the sensor signal and encoding of the collected sensor signal;

[0026] S2: модуляция датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока и отправка сигнала тока в провод гирляндного соединения;[0026] S2: modulating the sensor signal into a corresponding current signal and sending the current signal to the daisy chain wire;

[0027] S3: декодирование сигнала тока с этапа S3 для получения соответствующих данных датчика; и[0027] S3: decoding the current signal from step S3 to obtain the corresponding sensor data; and

[0028] S4: определение на основе данных датчика наличия неисправного подчиненного модуля или ненормальных данных датчика.[0028] S4: Determining whether there is a faulty slave module or abnormal sensor data based on the sensor data.

[0029] Кроме того, согласно указанному способу передача данных и определение местоположения неисправности отдельного подчиненного модуля включают следующие периоды времени:[0029] In addition, according to this method, the data transmission and fault location of an individual slave module includes the following time periods:

[0030] T0 представляет период времени, в котором шина выключена и управляется главным модулем, причем в этот период времени главный модуль выключает главный нижний переключатель, а все подчиненные модули находятся в состоянии с выключенным питанием;[0030] T0 represents a period of time in which the bus is turned off and controlled by the master module, in which period of time the master module turns off the master lower switch and all slave modules are in a power-off state;

[0031] T1 представляет период времени для синхронизации, причем в этот период времени главный модуль уже включает главный нижний переключатель, и последовательно включается питание подчиненных модулей, а продолжительность периода T1 определяется подчиненными модулями; подчиненные модули подготавливаются к передаче данных после включения питания и выполнения дискретизации сигнала с датчика в течение T1, причем верхним пределом продолжительности T1 является T1max; и[0031] T1 represents a period of time for synchronization, and in this period of time, the main module already turns on the main lower switch, and the power of the slave modules is sequentially turned on, and the duration of the period T1 is determined by the slave modules; slave modules prepare for data transmission after power-up and sampling of the signal from the sensor for T1, with the upper limit of the duration of T1 being T1max; and

[0032] T2 представляет период времени для передачи данных, причем в этот период времени подчиненные модули завершают сбор данных датчика, обрабатывают и передают эти данные, при этом продолжительность T2 имеет верхний предел T2max.[0032] T2 represents a period of time for data transmission, and in this period of time, the slave modules complete the acquisition of sensor data, process and transmit this data, while the duration of T2 has an upper limit T2max.

[0033] Кроме того, согласно указанному способу передача данных и определение местоположения неисправности N подчиненных модулей включают следующие этапы:[0033] In addition, according to the above method, the data transmission and fault location of the N slave modules include the following steps:

[0034] S1: включение главного нижнего переключателя главным модулем, прекращение периода T0 и активация отсчета времени для T1, причем n устанавливают на 1;[0034] S1: turning on the main lower switch by the main unit, terminating the period T0, and activating the timing for T1, with n set to 1;

[0035] S2: если в течение T1max главный модуль не получает никаких данных, определение того, что n подчиненным модулям не удается выполнить считывание, и переход к этапу SE;[0035] S2: if no data is received by the master module during T1max, determining that n slave modules fail to read and proceed to step SE;

[0036] S3: активация отсчета времени для T2 после того, как главный модуль принимает данные, прекращение сбора всех данных и ожидание завершения передачи данных;[0036] S3: activation of the timing for T2 after the main module receives data, stop collecting all data and wait for the completion of data transmission;

[0037] S4: если T2>T2max, определение того, что ошибка данных имеет место в n-ом подчиненном модуле, и переход к этапу SE;[0037] S4: if T2>T2max, determining that a data error occurs in the nth slave module, and proceeding to step SE;

[0038] S5: если в данных есть ошибка проверки, переход к этапу SE; если в данных неисправность, указывающая на обрыв или короткое замыкание датчика, переход к этапу S6;[0038] S5: if there is a validation error in the data, go to step SE; if there is a fault in the data indicating an open or shorted sensor, go to step S6;

[0039] S6: установка n на n+1 и активация отсчета времени для T1;[0039] S6: set n to n+1 and enable timing for T1;

[0040] S7: переход к этапу S2 и[0040] S7: proceed to step S2 and

[0041] SE: если n=N+1, что указывает на то, что данные всех подчиненных модулей приняты и передача данных завершена, выключение главного нижнего переключателя главным модулем; если n<N+1, определение того, что имеет место неисправность связи в n-ом подчиненном модуле.[0041] SE: if n=N+1, indicating that the data of all slave modules has been received and data transmission is completed, turning off the main lower switch by the master module; if n<N+1, determining that there is a communication failure in the nth slave module.

[0042] Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами.[0042] The present invention has the following advantages.

[0043] В настоящем изобретении главный модуль и множество подчиненных модулей обнаружения датчиков последовательно соединены один за другим посредством провода питания с образованием гирляндной датчиковой сети контроля, что упрощает расширение. Провод используется совместно для подачи питания и связи, другими словами, для подачи питания главному модулю и множеству подчиненных модулей обнаружения датчиков и передачи данных используется только провод питания, что упрощает прокладку кабеля в месте эксплуатации. Сигнал передают в режиме тока, так что усиливается защита от помех и не требуется кодирование адреса. Кроме того, преимуществами настоящего изобретения являются низкая стоимость и низкое потребление энергии.[0043] In the present invention, a master module and a plurality of sensor detection slave modules are connected in series one after the other by a power wire to form a daisy-chained sensor monitoring network, which simplifies expansion. The wire is shared for power supply and communication, in other words, only the power wire is used to supply power to the master module and a plurality of slave sensor detection and communication modules, which simplifies the wiring in the field. The signal is transmitted in current mode, so that interference protection is enhanced and no address coding is required. In addition, the advantages of the present invention are low cost and low energy consumption.

[0044] В настоящем изобретении используется специальная гирляндная структура. Данные подчиненного модуля обнаружения датчика нижней ступени отправляют непосредственно в главный модуль без пересылки подчиненным модулем обнаружения верхней ступени. Каждый подчиненный модуль обнаружения датчика выполнен с возможностью только дискретизации, передачи данных и управления нижним переключателем шины, что налагает низкие требования на подчиненный контроллер и способствует реализации с низкими затратами.[0044] In the present invention, a special daisy chain structure is used. The data of the lower stage sensor detection slave module is sent directly to the master module without being forwarded by the upper stage sensor slave detection module. Each slave sensor detection module is configured to only sample, transmit data, and control the bottom bus switch, which imposes low requirements on the slave controller and facilitates low cost implementation.

[0045] В настоящем изобретении используется двухпроводная шина, и прокладка кабеля удобна. Данное техническое решение также может быть использовано для других датчиковых систем контроля. Каждый подчиненный модуль обнаружения датчика также может быть соединен с множеством внешних датчиков и используется один общий канал передачи данных, что еще больше снижает стоимость системы и упрощает установку устройства.[0045] In the present invention, a two-wire bus is used, and cable routing is convenient. This technical solution can also be used for other sensor control systems. Each Slave Sensor Detection Module can also be connected to multiple external sensors and share a single data link, further reducing system cost and simplifying device installation.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0046] Для более ясного описания технических решений в вариантах реализации настоящего изобретения или в известном уровне техники далее кратко описаны чертежи, требуемые для описания вариантов реализации или известного уровня техники. Очевидно, что чертежи в нижеследующем описании показывают лишь некоторые варианты реализации настоящего изобретения, и специалисты в данной области могут без творческих усилий получить другие чертежи на основе этих чертежей:[0046] To more clearly describe the technical solutions in the embodiments of the present invention or in the prior art, the following will briefly describe the drawings required to describe the embodiments or the prior art. Obviously, the drawings in the following description show only some embodiments of the present invention, and other drawings can be derived from these drawings without creative effort by those skilled in the art:

[0047] на ФИГ. 1 приведена принципиальная схема структуры гирляндной двухпроводной датчиковой измерительной системы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0047] in FIG. 1 is a schematic diagram of the structure of a daisy chain two-wire sensor measurement system in accordance with an embodiment of the present invention;

[0048] на ФИГ. 2 приведена принципиальная схема структуры подчиненного модуля в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0048] in FIG. 2 is a schematic diagram of the structure of a slave module according to an embodiment of the present invention;

[0049] на ФИГ. 3 приведена схема электрических соединений подчиненного модуля в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0049] in FIG. 3 is a wiring diagram of a slave module according to an embodiment of the present invention;

[0050] на ФИГ. 4 приведена принципиальная схема структуры главного модуля в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0050] in FIG. 4 is a schematic diagram of the structure of a main module according to an embodiment of the present invention;

[0051] на ФИГ. 5 приведена схема электрических соединений главного модуля в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0051] in FIG. 5 is a wiring diagram of a main module according to an embodiment of the present invention;

[0052] на ФИГ. 6 приведена блок-схема способа гирляндного двухпроводного измерения температуры в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;[0052] in FIG. 6 is a flowchart of a daisy chain two-wire temperature measurement method according to an embodiment of the present invention;

[0053] на ФИГ. 7 приведена принципиальная схема структуры схемы, используемой для измерения температуры батарей в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения; и[0053] in FIG. 7 is a schematic diagram of the structure of a circuit used to measure the temperature of batteries in accordance with an embodiment of the present invention; and

[0054] на Фиг. 8 приведена временная диаграмма гирляндной двухпроводной датчиковой измерительной системы в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения.[0054] in FIG. 8 is a timing diagram of a daisy chain two-wire sensor measurement system in accordance with an embodiment of the present invention.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

[0055] Чтобы сделать более понятными цели, технические решения и преимущества вариантов реализации настоящего изобретения, технические решения в вариантах реализации настоящего изобретения будут ясно и полно описаны ниже со ссылкой на чертежи в вариантах реализации настоящего изобретения. Очевидно, что описанные варианты реализации являются частью, а не всеми, вариантами реализации настоящего изобретения. Все другие варианты реализации, полученные специалистами в данной области на основе вариантов реализации настоящего изобретения без творческого подхода, попадают в объем охраны настоящего изобретения.[0055] In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention more clear, the technical solutions in the embodiments of the present invention will be clearly and fully described below with reference to the drawings in the embodiments of the present invention. Obviously, the embodiments described are part, and not all, of the embodiments of the present invention. All other embodiments obtained by those skilled in the art based on non-creative embodiments of the present invention fall within the protection scope of the present invention.

[0056] Вариант реализации 1[0056] Embodiment 1

[0057] Как показано на ФИГ. 1, данный вариант реализации обеспечивает гирляндную двухпроводную датчиковую измерительную систему, содержащую:[0057] As shown in FIG. 1, this embodiment provides a daisy-chained two-wire sensor measurement system comprising:

[0058] один или более подчиненных модулей, соединенных с одним или более датчиками и выполненных с возможностью обнаружения датчикового сигнала и модуляции обнаруженного датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока;[0058] one or more slave modules connected to one or more sensors and configured to detect a sensor signal and modulate the detected sensor signal into a corresponding current signal;

[0059] главный модуль, последовательно каскадно соединенный с первым подчиненным модулем, подчиненным модулем верхней ступени и подчиненным модулем нижней ступени в одном или более подчиненных модулей посредством провода гирляндного соединения с образованием гирляндной датчиковой сети, и соединенный с верхним компьютером посредством провода связи; и[0059] a master module serially cascaded to the first slave module, the upper stage slave module, and the lower stage slave module in one or more slave modules via a daisy chain wire to form a daisy chain sensor network, and connected to the upper computer via a communication wire; and

[0060] провод гирляндного соединения, соединенный между главным модулем и первым подчиненным модулем или между подчиненным модулем верхней ступени и подчиненным модулем нижней ступени, и выполненный с возможностью подачи питания и передачи сигнала тока, полученного подчиненными модулями посредством модуляции, так что главный модуль получает и затем декодирует сигнал тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика.[0060] A daisy chain wire connected between the master unit and the first slave unit or between the upper stage slave unit and the lower stage slave unit, and configured to supply power and transmit the current signal received by the slave units through modulation, so that the master unit receives and then decodes the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data.

[0061] В этом варианте реализации главный модуль содержит интерфейс питания, главный нижний переключатель, главный нижний интерфейс, схему демодуляции сигнала, главную схему стабилизации напряжения, главный контроллер и интерфейс связи.[0061] In this embodiment, the main module includes a power interface, a main bottom switch, a main bottom interface, a signal demodulation circuit, a main voltage stabilization circuit, a main controller, and a communication interface.

[0062] В этом варианте реализации интерфейс питания соединен с внешним источником питания и главной схемой стабилизации напряжения. Главная схема стабилизации напряжения соединена с главным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации входного напряжения питания и вывода стабилизированного напряжения питания в главный контроллер и периферийную схему главного контроллера.[0062] In this embodiment, the power interface is connected to an external power supply and a main voltage regulation circuit. The main voltage stabilization circuit is connected to the main controller and is configured to stabilize the input supply voltage and output the stabilized supply voltage to the main controller and the peripheral circuit of the main controller.

[0063] В этом варианте реализации главный нижний переключатель соединен с главным контроллером и последовательно соединен с проводом гирляндного соединения и управляет проводимостью подчиненного верхнего интерфейса первого подчиненного модуля через главный нижний интерфейс.[0063] In this embodiment, the master bottom switch is connected to the master controller and is connected in series with the daisy chain wire, and controls the conductivity of the slave top interface of the first slave module through the master bottom interface.

[0064] В этом варианте реализации схема демодуляции сигнала соединена с главным контроллером и выполнен с возможностью декодирования сигнала тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика.[0064] In this embodiment, a signal demodulation circuit is connected to the main controller and configured to decode the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data.

[0065] В этом варианте реализации интерфейс связи соединен с верхним компьютером и передает данные датчика верхнему компьютеру.[0065] In this embodiment, the communication interface is connected to the upper computer and transmits sensor data to the upper computer.

[0066] В этом варианте реализации подчиненный модуль содержит подчиненный верхний интерфейс, подчиненный нижний интерфейс, схему защиты от обратного соединения, подчиненную схему стабилизации напряжения, схему модуляции сигнала, подчиненный контроллер и подчиненный нижний переключатель.[0066] In this embodiment, the slave module includes a slave top interface, a slave bottom interface, a reverse connection protection circuit, a slave voltage regulation circuit, a signal modulation circuit, a slave controller, and a slave bottom switch.

[0067] Подчиненный верхний интерфейс подчиненного модуля нижней ступени соединен с подчиненным нижним интерфейсом подчиненного модуля верхней ступени или подчиненный верхний интерфейс первого подчиненного модуля соединен с главным нижним интерфейсом главного модуля.[0067] The slave upper interface of the lower stage slave module is connected to the slave lower interface of the upper stage slave module, or the slave upper interface of the first slave module is connected to the master lower interface of the main module.

[0068] Между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным нижним интерфейсом соединен подчиненный нижний переключатель шины для управления проводимостью подчиненного модуля нижней ступени.[0068] A slave lower bus switch is connected between the slave upper interface and the slave lower interface to control conduction of the slave lower stage module.

[0069] Подчиненная схема стабилизации напряжения соединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации напряжения, вводимого шиной гирляндного соединения, и вывода стабилизированного напряжения в подчиненный контроллер и периферийную схему подчиненного контроллера для подачи питания, и также выполнена с возможностью экранирования помех подчиненному контроллеру, вызываемых передачей сигнала при передаче данных подчиненным модулем.[0069] The slave voltage regulation circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller, and is configured to stabilize the voltage input by the daisy chain bus and output the stabilized voltage to the slave controller and the peripheral circuit of the slave controller to supply power, and is also configured to shield interference to the slave controller, caused by signal transmission when data is transmitted by the slave module.

[0070] Схема модуляции сигнала соединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью модуляции датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока и передачи сигнала тока главному модулю по проводу гирляндного соединения.[0070] The signal modulation circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller, and is configured to modulate the sensor signal into a corresponding current signal and transmit the current signal to the master module via a daisy chain wire.

[0071] В этом варианте реализации схема модуляции сигнала использует светоизлучающий диод для выполнения модуляции сигнала и отображает рабочее состояние подчиненного модуля во время передачи данных. Во время передачи данных светоизлучающих диод мигает.[0071] In this embodiment, the signal modulation circuit uses a light emitting diode to perform signal modulation and displays the working state of the slave module during data transmission. During data transmission, the light emitting diode flashes.

[0072] В этом варианте реализации подчиненный модуль содержит внутренний датчик и внешний датчик, а подчиненный контроллер соединен с внутренним датчиком и внешним датчиком для обнаружения внутреннего датчика и внешнего датчика, и внутренний датчик выполнен с возможностью получения внутреннего параметра подчиненного модуля.[0072] In this embodiment, the slave module includes an internal sensor and an external sensor, and the slave controller is connected to the internal sensor and the external sensor to detect the internal sensor and the external sensor, and the internal sensor is configured to obtain the internal parameter of the slave module.

[0073] В этом варианте реализации внешний датчик содержит один или более из температурного датчика, ультразвукового датчика, датчика ускорения, газодымового датчика, датчика влажности, датчика вибрации, светочувствительного датчика или бесконтактного переключателя на датчике Холла.[0073] In this embodiment, the external sensor comprises one or more of a temperature sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, a smoke sensor, a humidity sensor, a vibration sensor, a photosensitive sensor, or a proximity switch on a Hall sensor.

[0074] В этом варианте реализации соединение простое. Для соединения главного модуля и первого подчиненного модуля и соединения подчиненного модуля верхней ступени и подчиненного модуля нижней ступени используют только два провода.[0074] In this embodiment, the connection is simple. Only two wires are used to connect the master module and the first slave module and connect the upper stage slave module and the lower stage slave module.

[0075] В этом варианте реализации данные подчиненного модуля отправляются непосредственно главному модулю без пересылки промежуточным узлом, а для передачи данных используют сигнал тока, который подходит для системы с большим радиусом действия и множеством узлов.[0075] In this embodiment, the data of the slave module is sent directly to the master module without forwarding by an intermediate node, and a current signal is used for data transmission, which is suitable for a system with a long range and many nodes.

[0076] В этом варианте реализации нет необходимости в кодировании адреса подчиненным модулем. В протоколе не требуется поле адреса. Это удобно для установки, развертывания, отладки, технического обслуживания и замены.[0076] In this embodiment, there is no need for address encoding by the slave module. The protocol does not require an address field. It is convenient for installation, deployment, debugging, maintenance and replacement.

[0077] В этом варианте реализации в схеме подчиненного модуля требуются только схема стабилизации напряжения, схема аналого-цифровой (АЦ) дискретизации, металл-оксид-полупроводниковый (МОП) переключатель и множество резисторов, и нет большого конденсатора и индуктивного элемента. Это упрощает реализацию интегральной схемы и дополнительно снижает предельные издержки.[0077] In this embodiment, only a voltage stabilization circuit, an analog-to-digital (AD) sampling circuit, a metal-oxide-semiconductor (MOS) switch, and a plurality of resistors are required in the slave module circuit, and there is no large capacitor and inductive element. This simplifies the implementation of the integrated circuit and further reduces the marginal cost.

[0078] В этом варианте реализации каждый узел работает только тогда, когда он должен передать данные, а в остальное время находится в режиме пониженного потребления энергии или в режиме сна. В режиме сна модуль потребляет около 10 мкА. Даже в сети, содержащей 100 узлов, среднее потребление энергии сетью составляет только 1 мА.[0078] In this embodiment, each node operates only when it needs to transmit data, and the rest of the time is in a power-down or sleep mode. In sleep mode, the module consumes about 10 uA. Even in a network containing 100 nodes, the average power consumption of the network is only 1 mA.

[0079] Вариант реализации 2[0079] Embodiment 2

[0080] Данный вариант реализации обеспечивает гирляндную топологию. Выполняется односторонняя связь, при которой подчиненный модуль определения температуры отправляет данные главному модулю, причем подчиненный модуль определения температуры соединен с множеством датчиков температуры, которые обычно распределены в среде, в которой датчики температуры находятся рядом друг с другом.[0080] This implementation option provides a daisy chain topology. A one-way communication is performed in which a temperature detecting slave module sends data to a master module, wherein the temperature detecting slave module is connected to a plurality of temperature sensors that are typically distributed in an environment in which the temperature sensors are adjacent to each other.

[0081] Например, датчики температуры прикреплены к различным частям одного и того же блока батарей, поэтому разность температур мала. Учитывая, что главный модуль тратит много времени на прием большого количества данных датчиков температуры, что влияет на среднюю скорость обновления данных, в этом варианте реализации предложен алгоритм сжатия данных.[0081] For example, temperature sensors are attached to different parts of the same battery pack, so the temperature difference is small. Given that the main module spends a lot of time receiving a large amount of temperature sensor data, which affects the average data update rate, in this embodiment, a data compression algorithm is proposed.

[0082] В этом варианте реализации, чтобы дополнительно уменьшить стоимость, интенсивность и частоту неисправностей системы, в подчиненном контроллере подчиненного модуля определения температуры в качестве источника тактового сигнала может быть использован генератор низкой точности.[0082] In this embodiment, in order to further reduce the cost, intensity, and frequency of system failures, a low precision oscillator can be used as a clock source in the slave controller of the slave temperature detection module.

[0083] Например, внутри схемы используется RC-генератор. Для этой цели в данном варианте реализации предложен протокол передачи данных, который может допускать большую ошибку тактового сигнала.[0083] For example, an RC oscillator is used internally. For this purpose, this embodiment proposes a communication protocol that can tolerate a large clock error.

[0084] Во-первых, отсеивается неисправность датчика температуры. Если датчик температуры разомкнут, то Tn = Tmax; если датчик температуры замкнут накоротко, то Tn = 0. Значение в диапазоне (0, Tmax) является измеренным значением датчика температуры. Например, если Tn = 1, то соответствующая температура равна -40°C; если Tn = 160, то соответствующая температура равна 120°C.[0084] First, a temperature sensor failure is eliminated. If the temperature sensor is open, then Tn = Tmax; if the temperature sensor is short-circuited, then Tn = 0. The value in the range (0, Tmax) is the measured value of the temperature sensor. For example, if Tn = 1, then the corresponding temperature is -40°C; if Tn = 160, then the corresponding temperature is 120°C.

[0085] Минимальное значение Tmin N нормальных значений температуры датчиков, которые собраны подчиненным контроллером, вычисляют как опорное значение, а в качестве разности температур используют Tn′ = Tn - Tmin. В качестве примера рассмотрим четыре датчика температуры, тогда соответствующий протокол передачи состоит из следующих полей:[0085] The minimum value Tmin of the N normal temperature values of the sensors that are collected by the slave controller is calculated as a reference value, and Tn' = Tn - Tmin is used as the temperature difference. As an example, consider four temperature sensors, then the corresponding transmission protocol consists of the following fields:

[0086] 1. Поле интервала измерения. Поле интервала измерения указывает время для измерения измеряемого значения каждого датчика температуры после включения питания подчиненного модуля определения температуры и поддерживаемый определенный интервал времени для разделения формы сигнала данных передачи данных подчиненного модуля 12 определения температуры верхней ступени.[0086] 1. Measurement interval field. The measurement interval field indicates the time to measure the measured value of each temperature sensor after the power of the slave temperature detection module is turned on, and the specific time interval maintained for separating the data signal waveform of the data transmission of the slave temperature detection module 12 of the upper stage.

[0087] 2. Поле тактовой синхронизации. Подчиненный модуль определения температуры использует в качестве опорного свой собственный генератор тактового сигнала для последовательной отправки 1010, чтобы информировать главный модуль о тактовой частоте, используемой подчиненным модулем определения температуры. На основе интервала времени приема двух чисел «1» главный модуль определяет опорный тактовый сигнал, используемый подчиненным модулем определения температуры. Ширину бита тактового сигнала устанавливают в этом поле как W.[0087] 2. Clock field. The slave temperature module uses its own serial clock generator 1010 as a reference to inform the master module of the clock frequency used by the slave temperature module. Based on the time interval of receiving two "1's", the master module determines the reference clock used by the temperature detection slave module. The clock bit width is set to W in this field.

[0088] 3. Поле опорного значения температуры. Двоичный код Tmin отправляют побитно с интервалом W. Если все датчики температуры замкнуты накоротко, то Tmin = 00000000b, а поле разности температур пустое. Если все датчики температуры разомкнуты, то Tmin = 11111111b, а поле разности температур пустое. Если некоторые датчики температуры разомкнуты, а другие датчики температуры замкнуты накоротко, другими словами, нет нормального датчика температуры, то Tmin = 00000000 b, а поле разности температур не пустое.[0088] 3. Temperature reference field. The binary code Tmin is sent bit by bit at interval W. If all temperature sensors are short-circuited, then Tmin = 00000000b and the temperature difference field is empty. If all temperature sensors are open, then Tmin = 11111111b, and the temperature difference field is empty. If some temperature sensors are open and other temperature sensors are short-circuited, in other words, there is no normal temperature sensor, then Tmin = 00000000 b and the temperature difference field is not empty.

[0089] 4. Поле разности температур. N разностей Tn′ температур отправляют последовательно в соответствии со следующим правилом кодирования: если разность температур меньше 8, то отправляют 10b+TN'3 (TN′3 указывает 3-битовое двоичное число); если разность температур равна 0, то отправляют 1100b; если датчик температуры разомкнут, то отправляют 1110b; если датчик температуры замкнут накоротко, то отправляют 1101b; если разность температур больше или равна 8, то отправляют 01b+Tn′8.[0089] 4. Temperature difference field. The N temperature differences Tn' are sent sequentially according to the following coding rule: if the temperature difference is less than 8, then 10b+TN'3 is sent (TN'3 indicates a 3-bit binary number); if the temperature difference is 0, then send 1100b; if the temperature sensor is open, then send 1110b; if the temperature sensor is short-circuited, then send 1101b; if the temperature difference is greater than or equal to 8, then send 01b+Tn′8.

[0090] 5. Проверочное поле. С помощью проверки четности или другой проверки вычисляют и отправляют результат проверки.[0090] 5. Validation field. Using a parity check or other check, the result of the check is calculated and sent.

[0091] В этом варианте реализации поле тактовой синхронизации, поле опорной температуры, поле разности температур и поле проверки в совокупности называют полем передачи данных.[0091] In this embodiment, the clock synchronization field, the reference temperature field, the temperature difference field, and the test field are collectively referred to as the data transmission field.

[0092] Протокол и правило кодирования в этом варианте реализации определяют типы неисправности и коды датчиков температуры, тем самым облегчая отладку. В кодовом потоке не встретится комбинация 0000000000b, поэтому потеря синхронизации вряд ли произойдет. В кодовом потоке не встретится комбинация 1111111111b, поэтому потеря синхронизации вряд ли произойдет. Передача кода неисправности занимает мало времени, так что неисправность датчика мало влияет на общую связь. Протокол явно определяет тактовый сигнал, используемый подчиненным модулем, и, следовательно, может быть использован для системы с тактовым сигналом низкой точности. Если взять в качестве примера четыре датчика температуры, в большинстве случаев протокол может сэкономить время передачи данных 8-12 битов данных. Даже при большой разности температур все равно может быть реализована точная передача.[0092] The coding protocol and rule in this embodiment defines the fault types and temperature sensor codes, thereby facilitating debugging. There will be no 0000000000b in the codestream, so loss of synchronization is unlikely to occur. There will be no 1111111111b in the codestream, so loss of synchronization is unlikely to occur. Transmission of a fault code takes a short time, so that a sensor malfunction has little effect on overall communication. The protocol explicitly defines the clock signal used by the slave module, and therefore can be used for a system with a low precision clock signal. Taking four temperature sensors as an example, in most cases, the protocol can save 8-12 bits of data transfer time. Even with large temperature differences, accurate transmission can still be realized.

[0093] Вариант реализации 3[0093] Embodiment 3

[0094] Чтобы дополнительно уменьшить время передачи, улучшить частоту обновления данных (например, в больших системах накопления энергии, в которых имеются две сотни блоков батарей, а каждый блок содержит десять отдельных батарей, соединенных параллельно, передача тысяч значений температуры занимает много времени), обнаружения неисправной батареи как можно скорее и улучшения безопасности, в данном варианте реализации используют структуру схемы, показанную на ФИГ. 7.[0094] To further reduce transmission time, improve data update rate (for example, in large energy storage systems that have two hundred battery banks, and each battery bank contains ten individual batteries connected in parallel, it takes a long time to transfer thousands of temperature values), detecting a failed battery as soon as possible and improving safety, this embodiment uses the circuit structure shown in FIG. 7.

[0095] На ФИГ. 7 R21, R24 и Q22 составляют один модуль 28 модуляции сигнала, а R21a, R24a и Q22a составляют другой модуль 28 модуляции сигнала. Два модуля 28 модуляции сигнала соединены параллельно и управляются подчиненными контроллерами 21, соответственно. Если игнорировать сопротивление Q22 и Q22a, то в предположении, что R21>R21a, возможны следующие четыре случая:[0095] FIG. 7, R21, R24, and Q22 constitute one signal modulation module 28, and R21a, R24a, and Q22a constitute another signal modulation module 28. Two signal modulation modules 28 are connected in parallel and controlled by slave controllers 21, respectively. If we ignore the resistance of Q22 and Q22a, then assuming that R21>R21a, the following four cases are possible:

[0096] 1. Q22 и Q22a выключены, общий выходной ток модулей 28 модуляции сигнала, обозначенный как I0, равен 0, и напряжение на R11 равно 0.[0096] 1. Q22 and Q22a are turned off, the total output current of the signal modulation modules 28, denoted as I0, is 0, and the voltage across R11 is 0.

[0097] 2. Q22a выключен, Q22 включен, и общий выходной ток модулей 28 модуляции сигнала равен току на R21 и обозначен как I1.[0097] 2. Q22a is off, Q22 is on, and the total output current of the signal modulation modules 28 is equal to the current on R21 and is denoted as I1.

[0098] 3. Q22a включен, Q22 выключен, и общий выходной ток модулей 28 модуляции сигнала равен току на R21a и обозначен как I2.[0098] 3. Q22a is on, Q22 is off, and the total output current of the signal modulation modules 28 is equal to the current on R21a and is denoted as I2.

[0099] 4. Q22a включен, Q22 включен, и общий выходной ток модулей 28 модуляции сигнала равен сумме тока на R21a и тока на R21 и обозначен как I3.[0099] 4. Q22a is on, Q22 is on, and the total output current of the signal modulation modules 28 is equal to the sum of the current on R21a and the current on R21, and is denoted as I3.

[00100] В этом варианте реализации, так как R21>R21a, то I0<I1<I2<I3. Путем выбора надлежащих значений сопротивления R21 и R21a можно получить четыре разных значения сопротивления на R11 главного модуля (как показано на ФИГ. 5). С помощью этой схемы модуляции можно реализовать четырехсимвольное кодирование, например: I0 соответствует 00b, I1 соответствует 01b, I2 соответствует 10b и I3 соответствует 11b. Этот тип символьного кодирования может значительно улучшить скорость передачи данных.[00100] In this embodiment, since R21>R21a, then I0<I1<I2<I3. By selecting proper resistance values for R21 and R21a, four different resistance values can be obtained across R11 of the main module (as shown in FIG. 5). With this modulation scheme, four symbol coding can be realized, for example: I0 corresponds to 00b, I1 corresponds to 01b, I2 corresponds to 10b, and I3 corresponds to 11b. This type of character encoding can greatly improve the data rate.

[00101] Схема модуляции в этом варианте реализации простая, может быть легко реализована и имеет низкую стоимость. Символьное кодирование значительно экономит время передачи. Кроме того, символы сильно отличаются друг от друга, поэтому вызвать битовую ошибку непросто.[00101] The modulation scheme in this embodiment is simple, can be easily implemented, and is of low cost. Character encoding saves a lot of transmission time. In addition, the characters are very different from each other, so it is not easy to cause a bit error.

[00102] В данном варианте реализации используют четырехсимвольный протокол передачи и следующее правило кодирования.[00102] In this embodiment, a four-character transmission protocol and the following encoding rule are used.

[00103] 1. Поле интервала измерения.[00103] 1. Measurement interval field.

[00104] 2. Поле тактовой синхронизации. Подчиненный модуль 12 определения температуры использует в качестве опорного свой собственный тактовый сигнал для последовательной отправки I3, I2, I1 и I0, чтобы информировать главный модуль 11 о тактовой частоте и уровне символа, которые используются подчиненным модулем 12 определения температуры.[00104] 2. Clock field. The slave temperature detecting module 12 uses as a reference its own clock signal to serially send I3, I2, I1, and I0 to inform the master module 11 of the clock frequency and symbol level used by the slave temperature detecting module 12.

[00105] 3. Поле опорного значения температуры. Четверичный код Tmin отправляют побитно с интервалом W. Если все датчики температуры замкнуты накоротко, то Tmin=0000q (четверичная система), а поле разности температур пустое. Если все датчики температуры разомкнуты, то Tmin=3333q (четверичная система), а поле разности температур пустое. Если некоторые датчики температуры разомкнуты, а другие датчики температуры замкнуты накоротко, другими словами, нет нормального датчика температуры, то Tmin=0000q, а поле разности температур не пустое.[00105] 3. Temperature reference field. The quaternary code Tmin is sent bit by bit at interval W. If all temperature sensors are short-circuited, then Tmin=0000q (quaternary system) and the temperature difference field is empty. If all temperature sensors are open, then Tmin=3333q (quaternary system) and the temperature difference field is empty. If some temperature sensors are open and other temperature sensors are short-circuited, in other words, there is no normal temperature sensor, then Tmin=0000q and the temperature difference field is not empty.

[00106] 4. Поле разности температур. N разностей Tn′ температур отправляют последовательно в соответствии со следующим правилом кодирования: если разность температур меньше 16, то отправляют 2q+TN'2q (TN′2q указывает 2-битовое четверичное число); если разность температур равна 0, то отправляют 30q; если датчик температуры разомкнут, то отправляют 32q; если датчик температуры замкнут накоротко, то отправляют 31q; если разность температур больше или равна 16, то отправляют 1q+Tn′4q.[00106] 4. Temperature difference field. The N temperature differences Tn' are sent sequentially according to the following coding rule: if the temperature difference is less than 16, then 2q+TN'2q is sent (TN'2q indicates a 2-bit quaternary number); if the temperature difference is 0, then send 30q; if the temperature sensor is open, then send 32q; if the temperature sensor is short-circuited, then send 31q; if the temperature difference is greater than or equal to 16, then send 1q+Tn'4q.

[00107] 5. Проверочное поле. С помощью проверки четности или другой проверки вычисляют и отправляют результат проверки.[00107] 5. Validation field. Using a parity check or other check, the result of the check is calculated and sent.

[00108] В протоколе этого варианта реализации используют символьное кодирование, тем самым достигая высокой эффективности передачи. В кодовом потоке не будет ни 00000q, ни 33333q, поэтому потеря синхронизации вряд ли произойдет, что снижает требования к точности тактового сигнала. Поле синхронизации выполняет передачу тактовой синхронизации и кодирования битов синхронно.[00108] The protocol of this embodiment uses character coding, thereby achieving high transmission efficiency. There will be neither 00000q nor 33333q in the codestream, so loss of synchronization is unlikely to occur, reducing clock accuracy requirements. The sync field performs clock synchronization transmission and bit coding synchronously.

[00109] Вариант реализации 4[00109] Embodiment 4

[00110] Если в качестве примера взять измерение температуры, данный вариант реализации обеспечивает гирляндную двухпроводную систему измерения температуры, содержащую: главный модуль, выполненный с возможностью получения сигнала температуры, и множество подчиненных модулей определения температуры, выполненных с возможностью обнаружения сигнала температуры. Главный модуль и множество подчиненных модулей определения температуры последовательно соединены один за другим посредством провода питания с образованием гирляндной сети контроля температуры. Подчиненный модуль определения температуры модулирует обнаруженный сигнал температуры в соответствующий сигнал тока и передает сигнал тока по проводу питания. Главный модуль декодирует сигнал тока в проводе питания для получения соответствующих данных температуры.[00110] Taking temperature measurement as an example, this embodiment provides a daisy-chained two-wire temperature measurement system comprising: a master module configured to receive a temperature signal and a plurality of temperature detection slave modules configured to detect a temperature signal. The master module and a plurality of temperature detection slave modules are connected in series one after the other by a power wire to form a temperature control daisy chain. The slave temperature detection module modulates the detected temperature signal into a corresponding current signal and transmits the current signal through the power wire. The main module decodes the current signal in the power wire to obtain the corresponding temperature data.

[00111] В этом варианте реализации каждой из множества подчиненных модулей определения температуры содержит верхний интерфейс передачи температуры и нижний интерфейс передачи температуры, которые соединены друг с другом. Верхний интерфейс передачи температуры подчиненного модуля определения температуры нижней ступени соединен с нижним интерфейсом передачи температуры подчиненного модуля определения температуры верхней ступени посредством провода питания для непосредственной передачи сигнала температуры главному модулю без необходимости обработки сигнала температуры подчиненным модулем определения температуры верхней ступени.[00111] In this embodiment, each of the plurality of temperature determination slave modules includes a temperature transmission upper interface and a temperature transmission lower interface that are connected to each other. The upper temperature transmission interface of the lower stage temperature detection slave module is connected to the lower temperature transmission interface of the upper stage temperature detection slave module through a power wire to directly transmit the temperature signal to the main module without the need for temperature signal processing by the upper stage temperature detection slave module.

[00112] Концепция гирляндного соединения в этом варианте реализации относится к гирлянде, образованной путем последовательного соединения множества гирлянд. В этом варианте реализации гирляндное соединение означает, что множество подчиненных модулей определения температуры последовательно соединены один за другим, включая подчиненный модуль определения температуры первой ступени, подчиненный модуль определения температуры второй ступени, …, и т.д., и передают обнаруженные сигналы температуры главному модулю.[00112] The concept of daisy chaining in this embodiment refers to a daisy chain formed by connecting a plurality of daisy chains in series. In this embodiment, daisy chaining means that a plurality of temperature detection slave modules are connected in series one after another, including the first stage temperature detection slave module, the second stage temperature detection slave module, ..., etc., and transmit the detected temperature signals to the master module. .

[00113] Самым большим преимуществом гирляндной структуры в этом варианте реализации является то, что множество устройств могут быть соединены путем использования ограниченного провода передачи сигнала для совместного использования идентичной службы в отсутствии конкуренции в шине, блокировки и других проблем. Когда требуется добавить новый подчиненный модуль определения температуры, его нужно только соединить с хвостовой частью гирляндной структуры. Следовательно, гирляндная структура может быть легко расширена.[00113] The biggest advantage of the daisy chain structure in this implementation is that multiple devices can be connected by using a limited signal wire to share the same service without bus contention, blocking, and other problems. When a new temperature detection slave is to be added, it only needs to be connected to the tail of the daisy chain. Therefore, the daisy chain structure can be easily expanded.

[00114] В известном уровне техники используют провод питания для подачи питания и провод связи для обмена данными. При наличии множества подчиненных модулей определения температуры сложность провода возрастает, и он подвержен возникновению неисправность провода.[00114] In the prior art, a power wire is used to supply power and a communication wire is used to communicate. With a plurality of temperature detection slave modules, the complexity of the wire increases and it is prone to wire failure.

[00115] В данном варианте реализации подчиненный модуль определения температуры кодирует сигнал температуры для изменения тока провода, так что главный модуль декодирует сигнал тока в проводе питания для получения соответствующих данных температуры, тем самым реализуя передачу сигнала температуры. Провода питания используются для подачи питания и передачи сигнала температуры одновременно, так что провод связи для отдельного обмена данными не требуется, и в кодировании адреса нет необходимости. Сигнал передают в режиме тока, что усиливает помехозащищенность.[00115] In this embodiment, the temperature detecting slave module encodes a temperature signal to change the wire current, so that the master module decodes the power wire current signal to obtain the corresponding temperature data, thereby realizing temperature signal transmission. The power wires are used to supply power and transmit the temperature signal at the same time, so there is no need for a communication wire for separate communication and no need for address coding. The signal is transmitted in current mode, which enhances noise immunity.

[00116] При кодировании подчиненным модулем определения температуры сигнала температуры добавляется соответствующее уникальное число. На основе этого числа главный модуль может определить источник сигнала температуры при декодировании сигнала тока. Если сигнал температуры ненормальный, можно обнаружить неисправный подчиненный модуль определения температуры.[00116] When the temperature determination slave module encodes the temperature signal, an appropriate unique number is added. Based on this number, the main unit can determine the source of the temperature signal when decoding the current signal. If the temperature signal is abnormal, a faulty temperature detection slave module can be detected.

[00117] Как показано на ФИГ. 2 и 4, в этом варианте реализации главный модуль содержит интерфейс питания и нижний интерфейс передачи температуры, а каждый из множества подчиненных модулей определения температуры содержит верхний интерфейс передачи температуры и нижний интерфейс передачи температуры.[00117] As shown in FIG. 2 and 4, in this embodiment, the master module includes a power interface and a lower temperature transmission interface, and each of the plurality of temperature detecting slave modules comprises an upper temperature transmission interface and a lower temperature transmission interface.

[00118] Интерфейс питания соединен с источником питания, нижний интерфейс передачи температуры соединен с верхним интерфейсом передачи температуры подчиненного модуля определения температуры первой ступени посредством провода питания, а верхний интерфейс передачи температуры подчиненного модуля определения питания нижней ступени соединен с нижним интерфейсом передачи температуры подчиненного модуля определения температуры верхней ступени посредством провода питания. Режим соединения на основе гирляндного соединения облегчает расширение и не требует интерфейса связи главного модуля.[00118] The power interface is connected to the power supply, the lower temperature transmission interface is connected to the upper temperature transmission interface of the first stage temperature detection slave module through a power wire, and the upper temperature transmission interface of the lower stage power detection slave module is connected to the lower temperature detection slave module temperature transmission interface upper stage temperature via the power cable. The daisy chain connection mode facilitates expansion and does not require a main module communication interface.

[00119] Напряжение постоянного тока (DC) вводят в интерфейс питания. Рекомендуемое напряжение входного источника питания - 12В. В некоторых вариантах реализации может быть предусмотрен диод защиты от обратного соединения для предотвращения соединения входного источника питания в обратном порядке, или может быть предусмотрена полная мостовая выпрямительная схема для игнорирования полярности источника питания, так что источник питания может работать независимо от соединения в прямом или обратном порядке.[00119] A direct current (DC) voltage is input to the power interface. The recommended input power supply voltage is 12V. In some implementations, an anti-reverse protection diode may be provided to prevent the input power supply from being connected in reverse order, or a full bridge rectifier circuit may be provided to ignore the polarity of the power supply so that the power supply can be operated independently of the forward or reverse connection. .

[00120] В этом варианте реализации каждый из множества подчиненных модулей определения температуры содержит: датчик температуры, выполненный с возможностью получения сигнала температуры; и подчиненный нижний переключатель шины, соединенный между верхним интерфейсом передачи температуры и нижним интерфейсом передачи температуры для управления проводимости подчиненного модуля определения температуры нижней ступени.[00120] In this embodiment, each of the plurality of temperature detection slave modules includes: a temperature sensor configured to receive a temperature signal; and a slave lower bus switch connected between the upper temperature transmission interface and the lower temperature transmission interface to control the conductivity of the lower stage temperature detection slave module.

[00121] Подчиненный контроллер, соединенный с датчиком температуры, подчиненным нижним переключателем шины и нижним интерфейсом передачи температуры, выполнен с возможностью управления датчиком температуры, подчиненным нижним переключателем шины и нижним интерфейсом передачи температуры.[00121] The slave controller connected to the temperature sensor, the slave lower bus switch and the lower temperature transmission interface is configured to control the temperature sensor, the slave lower bus switch and the lower temperature transmission interface.

[00122] Модуль модуляции сигнала, соединенный между верхним интерфейсом передачи температуры и подчиненным контроллером, выполнен с возможностью модуляции сигнала температуры в соответствующий сигнал тока.[00122] A signal modulation module connected between the upper temperature transmission interface and the slave controller is configured to modulate the temperature signal into a corresponding current signal.

[00123] В этом варианте реализации каждый из множества подчиненных модулей определения температуры также содержит: подчиненную схему стабилизации напряжения, соединенную между верхним интерфейсом передачи температуры и нижним интерфейсом передачи температуры для стабилизации входного напряжения питания и вывода стабилизированного напряжения питания. При сильном изменении напряжения выходное напряжение стабилизируется для обеспечения устойчивой подачи питания постоянного тока для подчиненного контроллера.[00123] In this embodiment, each of the plurality of temperature detection slave modules also includes: a voltage stabilization slave circuit connected between the upper temperature transmission interface and the lower temperature transmission interface to stabilize the input supply voltage and output the stabilized supply voltage. When the voltage fluctuates greatly, the output voltage stabilizes to provide a stable DC power supply to the slave controller.

[00124] На ФИГ. 3 приведена схема электрических соединений подчиненного модуля определения температуры. На ФИГ. 3 MCU_ S представляет подчиненный контроллер, а LDO представляет подчиненную схему стабилизации напряжения. Резистор R24, переключающий транзистор Q22, конденсатор C21 и резистор R21 составляют модуль модуляции сигнала. R5 и RT составляют схему датчика температуры. Резистор R22, конденсатор C22, переключающий транзистор Q21, резистор R23 и переключающий транзистор Q22 составляют подчиненный нижний переключатель шины. BUS+0 и BUS- составляют верхний интерфейс передачи температуры, а BUS+1 и BUS- составляют нижний интерфейс передачи температуры.[00124] FIG. 3 is a wiring diagram of the slave temperature detection module. FIG. 3 MCU_S represents the slave controller, and LDO represents the slave voltage regulation circuit. Resistor R24, switching transistor Q22, capacitor C21 and resistor R21 constitute the signal modulation module. R5 and RT make up the temperature sensor circuit. Resistor R22, capacitor C22, switching transistor Q21, resistor R23, and switching transistor Q22 constitute the slave lower bus switch. BUS+0 and BUS- constitute the upper temperature transmission interface, and BUS+1 and BUS- constitute the lower temperature transmission interface.

[00125] После подачи напряжения на верхнюю шину передачи температуры включается питание подчиненного контроллера для его запуска. После того, как подчиненный контроллер устойчив в течение некоторого периода времени, активируется дискретизация температуры. После включения питания подчиненного модуля определения температуры напряжения конденсатора C22 и конденсатора C21 остается равным 0В. Контакт DO подчиненного контроллера выводит высокий уровень для включения переключающего транзистора Q22. Напряжение конденсатора C22 не может измениться резко, поэтому переключающий транзистор Q21 остается выключенным. Напряжение конденсатора C21 не может измениться резко, и резистор R21 мгновенно принимает напряжение верхнего интерфейса передачи температуры, что приводит к большому модулированному току.[00125] After energizing the upper temperature transfer bus, the power to the slave controller is turned on to start it. After the slave controller has been stable for a period of time, temperature sampling is activated. After the slave temperature detection module is powered on, the voltage of capacitor C22 and capacitor C21 remains at 0V. The DO pin of the slave controller outputs high to turn on the switching transistor Q22. The voltage of capacitor C22 cannot change abruptly, so the switching transistor Q21 remains off. The voltage of the capacitor C21 cannot change abruptly, and the resistor R21 instantaneously accepts the voltage of the upper temperature transfer interface, resulting in a large modulated current.

[00126] Контакт DO подчиненного контроллера выводит низкий уровень, и переключающий транзистор Q22 выключается, или по меньшей мере время переключающий транзистор Q22 включается на непродолжительное время. Переключающий транзистор Q21 остается выключенным. Во время включения и выключения переключающего транзистора Q22 в верхней шине формируется импульсный ток. Поскольку нижние переключатели шины подчиненных модулей определения температуры верхней ступени включены, информация о температуре может быть передана верхней шине передачи температуры путем использования импульсного тока, и схема демодуляции главного контроллера может непосредственно восстановить модулированные данные температуры.[00126] The DO terminal of the slave controller outputs a low level, and the switching transistor Q22 turns off, or at least the switching transistor Q22 turns on for a short time. The switching transistor Q21 remains off. When switching transistor Q22 turns on and off, a pulsed current is generated in the top rail. Since the lower switches of the upper stage temperature detection slave bus are turned on, temperature information can be transmitted to the upper temperature transmission bus by using pulse current, and the demodulation circuit of the main controller can directly recover the modulated temperature data.

[00127] Когда данные температуры полностью переданы, контакт DO подчиненного контроллера остается в состоянии вывода высокого уровня, ток резистора R21 постепенно уменьшается до нуля, напряжение конденсатора C22 постепенно возрастает, так что включается переключающий транзистор Q21, и запускается подчиненный модуль определения температуры нижней ступени. Тем временем подчиненный модуль определения температуры может войти в состояние сна с пониженным потреблением энергии.[00127] When the temperature data is fully transferred, the DO pin of the slave controller remains in the high-level output state, the current of the resistor R21 gradually decreases to zero, the voltage of the capacitor C22 gradually increases, so that the switching transistor Q21 turns on, and the lower stage temperature detection slave module starts. In the meantime, the temperature detection slave unit can enter into a sleep state with reduced power consumption.

[00128] В этом варианте реализации главный модуль содержит: схему демодуляции сигнала, выполненную с возможностью декодирования сигнала тока в проводе питания для получения соответствующих данных температуры; и главный контроллер, соединенный со схемой демодуляции сигнала и нижним интерфейсом передачи температуры для управления проводимостью нижнего интерфейса передачи температуры.[00128] In this embodiment, the main module includes: a signal demodulation circuit configured to decode a power wire current signal to obtain corresponding temperature data; and a main controller connected to the signal demodulation circuit and the lower temperature transmission interface to control the conductivity of the lower temperature transmission interface.

[00129] В этом варианте реализации главный нижний переключатель шины соединен между нижним интерфейсом передачи температуры и главным контроллером. Кроме того, между нижним интерфейсом передачи температуры и главным нижним переключателем шины последовательно соединен низкоомный резистор R, а схема демодуляции сигнала соединена параллельно с низкоомным резистором R и соединена с главным контроллером.[00129] In this embodiment, the main lower bus switch is connected between the lower temperature transfer interface and the main controller. In addition, a low-resistance resistor R is connected in series between the lower temperature transmission interface and the main lower bus switch, and a signal demodulation circuit is connected in parallel with the low-resistance resistor R and connected to the main controller.

[00130] В этом варианте реализации схема демодуляции сигнала содержит низкоомный резистор R, который соединен последовательно на проводе питания и соединен параллельно схеме демодуляции сигнала, а схема демодуляции сигнала дискретизирует и демодулирует напряжение на низкоомном резисторе.[00130] In this embodiment, the signal demodulation circuit includes a low resistance resistor R, which is connected in series on the power wire and connected in parallel to the signal demodulation circuit, and the signal demodulation circuit samples and demodulates the voltage across the low resistance resistor.

[00131] При изменении тока в проводе питания напряжение на низкоомном резисторе R изменяется, и схема демодуляции сигнала выполняет декодирование на основе изменения напряжения для получения соответствующих данных температуры.[00131] When the current in the power wire changes, the voltage across the low-resistance resistor R changes, and the signal demodulation circuit performs decoding based on the voltage change to obtain the corresponding temperature data.

[00132] В этом варианте реализации главный модуль также содержит главный нижний переключатель шины, соединенный с интерфейсом питания и нижним интерфейсом передачи температуры для управления проводимостью подчиненного модуля определения температуры.[00132] In this embodiment, the master module also includes a master lower bus switch connected to the power interface and the lower temperature transmission interface to control the conductivity of the temperature detection slave module.

[00133] В этом варианте реализации главный модуль также содержит главную схему стабилизации напряжения, соединенную с интерфейсом питания и главным контроллером и выполненную с возможностью стабилизации входного напряжения питания и вывода стабилизированного напряжения питания.[00133] In this embodiment, the main module also includes a main voltage regulation circuit connected to the power interface and the main controller and configured to stabilize the input supply voltage and output the stabilized supply voltage.

[00134] При сильном изменении напряжения питания выходное напряжение стабилизируется для обеспечения устойчивой подачи питания постоянного тока для главного контроллера.[00134] When there is a large change in the supply voltage, the output voltage stabilizes to provide a stable DC power supply to the main controller.

[00135] В этом варианте реализации, чтобы облегчить хранение и анализ данных температуры, главный модуль также содержит интерфейс связи, соединенный с главным контроллером и верхним компьютером для передачи данных температуры верхнему компьютеру.[00135] In this embodiment, in order to facilitate the storage and analysis of temperature data, the main module also includes a communication interface connected to the main controller and the upper computer for transmitting temperature data to the upper computer.

[00136] Схема электрических соединений главного модуля в этом варианте реализации приведена на ФИГ. 5. На ФИГ. 5 MCU_ M представляет главный контроллер. Компаратор COMP, резистор R11, резистор R12 и диод D11 составляют простую схему демодуляции. Резистор R10 и переключающий транзистор Q11 составляют нижний переключатель шины. После включения переключающего транзистора Q11 под управлением главного контроллера на низкоомном резисторе R11 формируется напряжение. После формирования тока в схеме модуляции подчиненного модуля ток также протекает через резистор R11 с формированием напряжения. Схема демодуляции может сравнивать значения этих напряжений для восстановления сигнала данных температуры.[00136] The wiring diagram of the main module in this embodiment is shown in FIG. 5. In FIG. 5 MCU_ M represents the main controller. Comparator COMP, resistor R11, resistor R12 and diode D11 make up a simple demodulation circuit. Resistor R10 and switching transistor Q11 constitute the lower bus switch. After the switching transistor Q11 is turned on, under the control of the main controller, a voltage is generated on the low-resistance resistor R11. After the current is generated in the slave module's modulation circuit, the current also flows through the resistor R11 to form a voltage. The demodulation circuit can compare these voltages to recover the temperature data signal.

[00137] Вариант реализации 5[00137] Embodiment 5

[00138] Как показано на ФИГ. 6, данный вариант реализации обеспечивает гирляндный двухпроводной способ измерения температуры, включающий следующие этапы:[00138] As shown in FIG. 6, this embodiment provides a daisy-chained two-wire temperature measurement method including the following steps:

[00139] S1: Подчиненный модуль определения температуры активирует дискретизацию температуры и кодирует сигнал температуры.[00139] S1: The temperature detection slave module activates temperature sampling and encodes the temperature signal.

[00140] S2: Подчиненный модуль определения температуры модулирует сигнал температуры в соответствующий сигнал тока посредством модуля модуляции сигнала и отправляет сигнал тока в провод питания.[00140] S2: The temperature detection slave module modulates the temperature signal into the corresponding current signal by the signal modulation module and sends the current signal to the power wire.

[00141] S3: Схема демодуляции сигнала демодулирует сигнал тока для получения соответствующих данных температуры.[00141] S3: The signal demodulation circuit demodulates the current signal to obtain the corresponding temperature data.

[00142] S4: Главный контроллер на основе данных температуры определяет, имеет ли место неисправный подчиненный модуль определения температуры или ненормальная температура.[00142] S4: Based on the temperature data, the master controller determines whether there is a faulty slave temperature detection module or an abnormal temperature.

[00143] В этом варианте реализации главный модуль принимает команду от интерфейса связи верхнего компьютера и начинает процесс измерения температуры. Главный контроллер включает нижний переключатель шины и подготавливается к приему данных.[00143] In this embodiment, the main module receives a command from the communication interface of the upper computer and starts the temperature measurement process. The main controller turns on the lower bus switch and prepares to receive data.

[00144] В этом варианте реализации после включения питания подчиненный модуль определения температуры начинает работу, активирует дискретизацию температуры и кодирует сигнал температуры. Подчиненный модуль определения температуры отправляет сигнал температуры в провод питания посредством модуля модуляции сигнала. Сигнал температуры, проходящий через провод питания, преобразуется блоком демодуляции сигнала главного модуля в изменение активной составляющей напряжения, а затем преобразуется схемой демодуляции в последовательный сигнал, который будет принят главным контроллером главного модуля.[00144] In this embodiment, upon power-up, the temperature detection slave module starts operation, activates temperature sampling, and encodes the temperature signal. The slave temperature detection module sends the temperature signal to the power wire through the signal modulation module. The temperature signal passing through the power wire is converted by the signal demodulation block of the main unit into a change in the active component of the voltage, and then converted by the demodulation circuit into a serial signal, which will be received by the main controller of the main unit.

[00145] В этом варианте реализации подчиненный модуль определения температуры включает нижний переключатель шины и активирует режим сна после соединения шины с подчиненным модулем определения температуры нижней ступени, так что подчиненный модуль определения температуры текущей ступени находится в состоянии сна с пониженным потреблением энергии.[00145] In this embodiment, the temperature detecting slave turns on the lower bus switch and activates the sleep mode after connecting the bus with the lower stage temperature detecting slave, so that the current stage temperature detecting slave is in a low power sleep state.

[00146] Вышеуказанные этапы повторяются до тех пор, пока не будет завершена передача данных всех подчиненных модулей определения температуры. Главный контроллер выключает нижний переключатель шины и обрабатывает все данные температуры, затем определяет, имеет ли место неисправный подчиненный модуль определения температуры или ненормальная температура.[00146] The above steps are repeated until the data transmission of all slave temperature detection modules is completed. The master controller turns off the lower bus switch and processes all temperature data, then determines whether there is a faulty slave temperature detection module or an abnormal temperature.

[00147] В этом варианте реализации главный модуль передает собранные данные температуры и информацию о неисправностях верхнему компьютеру через интерфейс связи верхнего компьютера. На этом один процесс сбора данных температуры завершен. Во всем процессе измерения подчиненные модули включают питание последовательно и входят в режим сна после передачи данных, чтобы перейти в состояние пониженного потребления энергии. По завершении измерения главный контроллер выключает нижний переключатель шины, и все подчиненные модули определения температуры выключаются, чтобы уменьшить потребление энергии. Следовательно, система имеет низкое потребление энергии во всем процессе измерения.[00147] In this embodiment, the main module transmits the collected temperature data and fault information to the upper computer via the communication interface of the upper computer. This completes one temperature data collection process. During the entire measurement process, the slave modules turn on power in sequence and enter sleep mode after data transmission to enter a power-down state. When the measurement is completed, the master controller turns off the lower bus switch, and all slave temperature detection modules turn off to reduce power consumption. Consequently, the system has a low energy consumption throughout the measurement process.

[00148] Вариант реализации 6[00148] Embodiment 6

[00149] Данный вариант реализации обеспечивает способ определения местоположения неисправности. На ФИГ. 9 приведена временная диаграмма двухпроводной гирляндной датчиковой системы.[00149] This implementation option provides a method for locating a fault. FIG. 9 is a timing diagram of a two-wire daisy chain sensor system.

[00150] T0 представляет период времени, в котором шина выключена и управляется главным контроллером. В этот период времени главный контроллер выключает главный нижний переключатель, и все подчиненные модули находятся в состоянии с выключенным питанием.[00150] T0 represents a period of time in which the bus is off and controlled by the main controller. During this period of time, the master controller turns off the master lower switch, and all slave modules are in a power-off state.

[00151] T1 представляет период времени для синхронизации. В этот период времени главный контроллер уже включает главный нижний переключатель, и питание подчиненных модулей последовательно включается. Продолжительность T1 определяется подчиненными модулями. В течение T1 подчиненные модули при включении питания подготавливаются к передаче данных и выполнению дискретизации сигнала с датчика. Продолжительность T1 имеет верхний предел T1max.[00151] T1 represents a time period for synchronization. During this period of time, the main controller is already turning on the main lower switch, and the power of the slave modules is turned on in sequence. The duration T1 is determined by the slave modules. During T1, the slave modules prepare at power-up to transmit data and sample the signal from the encoder. The duration T1 has an upper limit T1max.

[00152] T2 представляет период времени для передачи данных. В этот период времени подчиненные модули выполняют сбор данных датчика, обрабатывают и передают эти данные. Верхним пределом продолжительности T2 является T2max.[00152] T2 represents a period of time for data transmission. During this period of time, slave modules collect sensor data, process and transmit this data. The upper limit of the T2 duration is T2max.

[00153] Данный вариант реализации обеспечивает способ передачи данных и определения местоположения неисправности двухпроводной гирляндной датчиковой системы с N подчиненными модулями, включающий следующие этапы:[00153] This embodiment provides a method for transmitting data and locating a fault in a two-wire daisy-chain sensor system with N slave modules, comprising the following steps:

[00154] S1: включение главного нижнего переключателя главным модулем, прекращение периода T0 и активация отсчета времени для T1, причем n устанавливают на 1.[00154] S1: turning on the main lower switch by the main unit, terminating the period T0, and activating the timing for T1, with n set to 1.

[00155] S2: если в течение T1max главный модуль не получает никаких данных, определение того, что n подчиненным модулям не удается выполнить считывание, и переход к этапу SE.[00155] S2: If no data is received by the master within T1max, determine that n slaves fail to read and proceed to step SE.

[00156] S3: активация отсчета времени для T2 после приема данных главным модулем, прекращение приема всех данных и ожидание завершения передачи.[00156] S3: activation of the timing for T2 after receiving data by the main module, stop receiving all data and wait for the transmission to complete.

[00157] S4: если T2>T2max, определение того, что ошибка данных имеет место в n-ом подчиненном модуле, и переход к этапу SE.[00157] S4: if T2>T2max, determining that a data error occurs in the nth slave module, and proceeding to step SE.

[00158] S5: если в данных ошибка проверки, переход к этапу SE; если в данных неисправность, указывающая на обрыв или короткое замыкание датчика, переход к этапу S6.[00158] S5: if there is a validation error in the data, go to step SE; if there is a fault in the data indicating an open or shorted sensor, go to step S6.

[00159] S6: установка n на n+1 и активация отсчета времени для T1.[00159] S6: Set n to n+1 and enable timing for T1.

[00160] S7: переход к этапу S2.[00160] S7: Go to step S2.

[00161] SE: если n=N+1, что указывает на то, что данные всех подчиненных модулей приняты и передача данных завершена, выключение главного нижнего переключателя главным модулем; если n<N+1, определение того, что имеет место неисправность связи в n-ом подчиненном модуле.[00161] SE: if n=N+1, indicating that the data of all slave modules has been received and data transmission is completed, turning off the main lower switch by the master module; if n<N+1, determining that there is a communication failure in the nth slave module.

[00162] В заключение необходимо отметить, что в настоящем изобретении главный модуль и множество подчиненных модулей обнаружения датчиков последовательно соединены один за другим посредством провода питания с образованием гирляндной датчиковой сети контроля, что упрощает расширение. Провод используется совместно для подачи питания и связи, другими словами, для подачи питания главному модулю и множеству подчиненных модулей обнаружения датчиков и передачи данных используется только провод питания, что упрощает прокладку кабеля в месте эксплуатации. Сигнал передают в режиме тока, поэтому усиливается защита от помех и не требуется кодирование адреса. Кроме того, преимуществами настоящего изобретения являются низкая стоимость и низкое потребление энергии.[00162] In conclusion, in the present invention, the master module and a plurality of sensor detection slave modules are connected in series one after the other by a power wire to form a daisy-chained sensor monitoring network, which simplifies expansion. The wire is shared for power supply and communication, in other words, only the power wire is used to supply power to the master module and a plurality of slave sensor detection and communication modules, which simplifies the wiring in the field. The signal is transmitted in current mode, so the protection against interference is enhanced and no address coding is required. In addition, the advantages of the present invention are low cost and low energy consumption.

[00163] В настоящем изобретении используется специальная гирляндная структура. Данные подчиненного модуля обнаружения датчика нижней ступени отправляются непосредственно в главный модуль без пересылки подчиненным модулем обнаружения верхней ступени. Каждый подчиненный модуль обнаружения датчика выполнен с возможностью только дискретизации, передачи данных и управления нижним переключателем шины, что налагает низкие требования на подчиненный контроллер и способствует реализации с низкими затратами.[00163] In the present invention, a special daisy chain structure is used. The data of the lower stage sensor detection slave module is sent directly to the master module without being forwarded by the upper stage detection slave module. Each slave sensor detection module is configured to only sample, transmit data, and control the bottom bus switch, which imposes low requirements on the slave controller and facilitates low cost implementation.

[00164] В настоящем изобретении используется двухпроводная шина, и прокладка кабеля удобна. Данное техническое решение также может быть использовано для других датчиковых систем контроля. Каждый подчиненный модуль обнаружения датчика также может быть соединен с множеством внешних датчиков с использованием одного общего канала передачи данных, что еще больше снижает стоимость системы и упрощает установку устройства.[00164] In the present invention, a two-wire bus is used, and cable routing is convenient. This technical solution can also be used for other sensor control systems. Each Slave Sensor Detection Module can also be connected to multiple external sensors using one common data link, further reducing system cost and simplifying device installation.

[00165] Вышеприведенные варианты реализации используются только для объяснения технических решений настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на вышеприведенные варианты реализации, специалистам в данной области следует понимать, что они, тем не менее, могут модифицировать технические решения, описанные в вышеприведенных вариантах реализации, или произвести эквивалентные замены некоторых их технических признаков без отклонения соответствующих технических решений от сущности и объема технических решений вариантов реализации настоящего изобретения.[00165] The above embodiments are only used to explain the technical solutions of the present invention and are not intended to limit the present invention. Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, those skilled in the art should understand that they may nevertheless modify the technical solutions described in the above embodiments or make equivalent substitutions for some of their technical features without deviating from the respective technical solutions. from the essence and scope of technical solutions of embodiments of the present invention.

Claims (34)

1. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система, содержащая: 1. A daisy-chained two-wire sensor measuring system, comprising: один или более подчиненных модулей, соединенных с одним или более датчиками и выполненных с возможностью обнаружения датчикового сигнала и модуляции обнаруженного датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока;one or more slave modules connected to one or more sensors and configured to detect a sensor signal and modulate the detected sensor signal into a corresponding current signal; главный модуль, последовательно каскадно соединенный с первым подчиненным модулем, подчиненным модулем верхней ступени и подчиненным модулем нижней ступени из указанных одного или более подчиненных модулей посредством провода гирляндного соединения с образованием гирляндной датчиковой сети, и соединенный с верхним компьютером посредством провода связи; иa master module cascading in series with the first slave module, the upper stage slave module, and the lower stage slave module of said one or more slave modules via a daisy chain wire to form a daisy chain sensor network, and connected to the upper computer via a communication wire; and при этом провод гирляндного соединения выполнен с возможностью подачи питания и передачи сигнала тока, полученного подчиненными модулями посредством модуляции, причем главный модуль получает и затем декодирует сигнал тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика;wherein the daisy chain wire is configured to supply power and transmit a current signal received by the slave modules through modulation, the master module receiving and then decoding the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data; при этом подчиненный верхний интерфейс подчиненного модуля нижней ступени соединен с подчиненным нижним интерфейсом подчиненного модуля верхней ступени или подчиненный верхний интерфейс первого подчиненного модуля соединен с главным нижним интерфейсом главного модуля;wherein the slave upper interface of the lower stage slave module is connected to the slave lower interface of the upper stage slave module, or the slave upper interface of the first slave module is connected to the main lower interface of the main module; между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным нижним интерфейсом подсоединен подчиненный нижний переключатель шины для управления проводимостью подчиненного модуля нижней ступени;between the slave upper interface and the slave lower interface, a slave lower bus switch is connected to control the conduction of the lower stage slave module; подчиненная схема стабилизации напряжения подсоединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации напряжения, вводимого шиной гирляндного соединения, и вывода стабилизированного напряжения на подчиненный контроллер и периферийную схему подчиненного контроллера для подачи питания, и также выполнена с возможностью экранирования помех подчиненному контроллеру, вызываемых передачей сигнала при передаче данных подчиненным модулем; иthe slave voltage stabilization circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller and is configured to stabilize the voltage input by the daisy chain bus and output the stabilized voltage to the slave controller and the peripheral circuit of the slave controller to supply power, and is also configured to shield interference to the slave controller, caused by signal transmission when data is transmitted by the slave module; and схема модуляции сигнала подсоединена между подчиненным верхним интерфейсом и подчиненным контроллером и выполнена с возможностью модуляции датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока и передачи сигнала тока главному модулю по проводу гирляндного соединения;a signal modulation circuit is connected between the slave upper interface and the slave controller, and is configured to modulate the sensor signal into a corresponding current signal and transmit the current signal to the master unit via a daisy chain wire; при этом схема модуляции сигнала использует светоизлучающий диод для выполнения модуляции сигнала и отображает рабочее состояние подчиненного модуля во время передачи данных; иwherein the signal modulation circuit uses a light emitting diode to perform signal modulation and displays the working state of the slave module during data transmission; and при этом подчиненный модуль содержит внутренний датчик и внешний датчик, с внутренним датчиком и внешним датчиком соединен подчиненный контроллер для обнаружения внутреннего датчика и внешнего датчика, внутренний датчик выполнен с возможностью получения внутреннего параметра подчиненного модуля; и внешний датчик содержит, без ограничений, одно или более из температурного датчика, ультразвукового датчика, датчика ускорения, газодымового датчика, датчика влажности, датчика вибрации, светочувствительного датчика или бесконтактного переключателя на датчике Холла.wherein the slave module contains an internal sensor and an external sensor, a slave controller is connected to the internal sensor and the external sensor to detect the internal sensor and the external sensor, the internal sensor is configured to obtain the internal parameter of the slave module; and the external sensor includes, without limitation, one or more of a temperature sensor, an ultrasonic sensor, an acceleration sensor, a smoke sensor, a humidity sensor, a vibration sensor, a photosensitive sensor, or a proximity switch on a Hall sensor. 2. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 1, в которой главный модуль содержит интерфейс питания, главный нижний переключатель, главный нижний интерфейс, схему демодуляции сигнала, главную схему стабилизации напряжения, главный контроллер и интерфейс связи.2. The daisy chain two-wire sensor measuring system according to claim 1, wherein the main module includes a power interface, a main bottom switch, a main bottom interface, a signal demodulation circuit, a main voltage stabilization circuit, a main controller, and a communication interface. 3. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 2, в которой интерфейс питания соединен с внешним источником питания и главной схемой стабилизации напряжения, а главная схема стабилизации напряжения соединена с главным контроллером и выполнена с возможностью стабилизации входного напряжения питания и вывода стабилизированного напряжения питания на главный контроллер и периферийную схему главного контроллера.3. The daisy chain two-wire sensor measuring system according to claim 2, in which the power interface is connected to an external power source and the main voltage stabilization circuit, and the main voltage stabilization circuit is connected to the main controller and is configured to stabilize the input supply voltage and output the stabilized supply voltage to the main controller and the peripheral circuit of the main controller. 4. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 2, в которой главный нижний переключатель соединен с главным контроллером и последовательно соединен с проводом гирляндного соединения и управляет проводимостью подчиненного верхнего интерфейса первого подчиненного модуля через главный нижний интерфейс.4. The daisy chain two-wire sensor measuring system according to claim 2, wherein the main bottom switch is connected to the main controller and is connected in series with the daisy chain wire, and controls the conductance of the slave top interface of the first slave module through the main bottom interface. 5. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 2, в которой схема демодуляции сигнала соединена с главным контроллером и выполнена с возможностью декодирования сигнала тока в проводе гирляндного соединения для получения соответствующих данных датчика.5. The daisy chained two-wire sensor measurement system of claim 2, wherein the signal demodulation circuit is connected to the main controller and configured to decode the current signal in the daisy chain wire to obtain the corresponding sensor data. 6. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 2, в которой интерфейс связи соединен с верхним компьютером и передает данные датчика верхнему компьютеру.6. The daisy-chained two-wire sensor measurement system of claim 2, wherein the communication interface is connected to the upper computer and transmits sensor data to the upper computer. 7. Гирляндная двухпроводная датчиковая измерительная система по п. 1, в которой подчиненный модуль содержит подчиненный верхний интерфейс, подчиненный нижний интерфейс, схему защиты от обратного соединения, подчиненную схему стабилизации напряжения, схему модуляции сигнала, подчиненный контроллер и подчиненный нижний переключатель.7. The daisy chain two-wire sensor measuring system of claim 1, wherein the slave module comprises a slave top interface, a slave bottom interface, a reverse connection protection circuit, a slave voltage regulation circuit, a signal modulation circuit, a slave controller, and a slave bottom switch. 8. Способ гирляндного двухпроводного датчикового измерения с использованием гирляндной двухпроводной датчиковой измерительной системы по любому из пп. 1–7 и включающий следующие этапы:8. The method of daisy-chained two-wire sensor measurement using a daisy-chained two-wire sensor measuring system according to any one of paragraphs. 1-7 and includes the following steps: S1: инициализация системы, активация дискретизации датчикового сигнала и кодирование собранного датчикового сигнала;S1: initialization of the system, activation of sampling of the sensor signal and encoding of the collected sensor signal; S2: модуляция датчикового сигнала в соответствующий сигнал тока и отправка сигнала тока в провод гирляндного соединения;S2: modulate the sensor signal into the corresponding current signal, and send the current signal to the daisy chain wire; S3: декодирование сигнала тока с этапа S2 для получения соответствующих данных датчика; и S3: decoding the current signal from step S2 to obtain the corresponding sensor data; and S4: определение на основе данных датчика наличия неисправного подчиненного модуля или ненормальных данных датчика; S4: determining, based on the sensor data, whether there is a faulty slave module or abnormal sensor data; причем передача данных и определение местоположения неисправности одного подчиненного модуля включают следующие периоды времени:moreover, the data transmission and fault location of one slave module includes the following time periods: T0 представляет период времени, в котором шина выключена, и управление им осуществляется главным модулем, причем в этот период времени главный модуль выключает главный нижний переключатель, а все подчиненные модули находятся в состоянии с выключенным питанием;T0 represents a period of time in which the bus is off and is controlled by the master unit, wherein in this period of time the master unit turns off the master lower switch and all slave units are in a power-off state; T1 представляет период времени для синхронизации, причем в этот период времени главный модуль уже включает главный нижний переключатель, и последовательно включается питание подчиненных модулей, а продолжительность периода T1 определяется подчиненными модулями; подчиненные модули подготавливаются к передаче данных после включения питания и выполнения дискретизации сигнала с датчика в течение T1, причем верхним пределом продолжительности T1 является T1max; иT1 represents a period of time for synchronization, and in this period of time, the master unit already turns on the main lower switch, and the power of the slave units is sequentially turned on, and the duration of the period T1 is determined by the slave units; slave modules prepare for data transmission after power-up and sampling of the signal from the sensor for T1, with the upper limit of the duration of T1 being T1max; and T2 представляет период времени для передачи данных, причем в этот период времени подчиненные модули завершают сбор данных датчика, обрабатывают и передают эти данные, при этом верхним пределом продолжительности T2 является T2max;T2 represents a period of time for data transmission, and in this period of time, the slave modules complete the acquisition of sensor data, process and transmit this data, while the upper limit of the duration of T2 is T2max; при этом передача данных и определение местоположения неисправности N подчиненных модулей включают следующие этапы:wherein the data transmission and fault location of the N slave modules include the following steps: S1: включение главного нижнего переключателя главным модулем, прекращение периода T0 и активация отсчета времени для T1, причем n устанавливают на 1;S1: turning on the main lower switch by the main unit, terminating the period T0, and activating the timing for T1, with n set to 1; S2: если в течение T1max главный модуль не получает никаких данных, определение того, что n подчиненным модулям не удается выполнить считывание, и переход к этапу SE;S2: if no data is received by the master within T1max, determining that n slaves fail to read and proceed to step SE; S3: активация отсчета времени для T2 после того, как главный модуль принимает данные, прекращение сбора всех данных и ожидание завершения передачи данных;S3: activation of the timing for T2 after the main unit receives data, stop collecting all data and wait for the completion of data transmission; S4: если T2 > T2max, определение того, что ошибка данных имеет место в n-м подчиненном модуле, и переход к этапу SE;S4: if T2 > T2max, determining that a data error occurs in the nth slave module, and proceeding to step SE; S5: если в данных есть ошибка проверки, переход к этапу SE; если в данных неисправность, указывающая на обрыв или короткое замыкание датчика, переход к этапу S6;S5: if there is a validation error in the data, go to step SE; if there is a fault in the data indicating an open or shorted sensor, go to step S6; S6: установка n на n + 1 и активация отсчета времени для T1;S6: set n to n + 1 and activate timing for T1; S7: переход к этапу S2 иS7: go to step S2 and SE: если n = N + 1, означающее, что все подчиненные модули принимают данные, и передача данных завершена, выключение главного нижнего переключателя главным модулем; если n < N + 1, определение того, что имеет место неисправность связи в n-м подчиненном модуле.SE: if n = N + 1, meaning that all slave modules receive data, and data transmission is completed, turn off the main lower switch by the master module; if n < N + 1, determining that there is a communication fault in the nth slave module.
RU2021136518A 2020-06-22 2021-06-21 Daisy chain two-wire sensor measuring system and method RU2783744C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010576139.6 2020-06-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783744C1 true RU2783744C1 (en) 2022-11-16

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2828730Y (en) * 2004-11-24 2006-10-18 北京铱钵隆芯科技有限责任公司 Direct-current carrier communication interface for electronic detonator
JP4499598B2 (en) * 2005-03-31 2010-07-07 矢崎総業株式会社 Power superimposed multiplex communication system
EA021702B1 (en) * 2008-11-07 2015-08-31 Бейджин Ибтек Текнолоджи Ко., Лтд. Communication system of master-slave mode
CN106302855A (en) * 2016-08-12 2017-01-04 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 A kind of automatic addressing method and apparatus of cell management system of electric automobile
RU2619134C1 (en) * 2015-12-03 2017-05-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of measurement synchronization in electric networks by frequency and voltage phase of power network

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2828730Y (en) * 2004-11-24 2006-10-18 北京铱钵隆芯科技有限责任公司 Direct-current carrier communication interface for electronic detonator
JP4499598B2 (en) * 2005-03-31 2010-07-07 矢崎総業株式会社 Power superimposed multiplex communication system
EA021702B1 (en) * 2008-11-07 2015-08-31 Бейджин Ибтек Текнолоджи Ко., Лтд. Communication system of master-slave mode
RU2619134C1 (en) * 2015-12-03 2017-05-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Method of measurement synchronization in electric networks by frequency and voltage phase of power network
CN106302855A (en) * 2016-08-12 2017-01-04 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 A kind of automatic addressing method and apparatus of cell management system of electric automobile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102579223B1 (en) Daisy chain two-wire sensor measurement system and method
US5347515A (en) Method and apparatus for global polling having contention-based address identification
US20190116480A1 (en) Method and apparatus for a network and device discovery
KR101165941B1 (en) Control/monitor signal transmission system
KR101977748B1 (en) Sensing chip, battery management system having the same, and operating method thereof
JPH03501557A (en) Address processing mechanism
CN112217702A (en) Automatic addressing method for cascade master-slave module, master control module and slave control module
CN103530969B (en) fire alarm controller loop unit and control method thereof
CN105807722A (en) Numerical control system including internal register self-reset function with serial communication signal monitoring
US11297401B2 (en) Method for testing a plurality of notification appliances connected to a bus system and notification appliance for conducting the test
CN105099506A (en) Electric energy meter RS485 communication failure detecting and self-healing device and method
RU2783744C1 (en) Daisy chain two-wire sensor measuring system and method
CN110488700A (en) A kind of power-supply management system and robot
WO2021057839A1 (en) Temperature detector, and temperature sensing fire hazard detection system and arrangement method and control method therefor
CN105049311A (en) Two-bus communication method and system
CN212133911U (en) Two-wire system temperature measurement system of daisy chain
CN112543130B (en) Intelligent communication detection system and communication method thereof
CN210667066U (en) Intelligent anti-theft monitoring system of numerical control machine tool based on wireless sensor network
CN219019088U (en) Power line-based power carrier communication system
CN114222413B (en) Fault self-checking method of lighting system and lighting system
CN214173663U (en) Testing arrangement of weeping response line
CN114167783A (en) Two-wire system sensor network system for analog signal transmission and measurement method thereof
Chen et al. Design of Wireless Monitoring Node for Power Transformers Based on BLE
KR0173181B1 (en) Signal transferring circuit
CN116859807A (en) Domestic analog input/output device and analog input/output method