CN100449574C - 控制和监控信号传输系统 - Google Patents

Abstract

中间站发送一个从给定的受控设备发送的作为控制信号的监控信号给与该给定的设备有关的受控设备。中间站输入单元在每个时钟周期中提取一个监控信号，其是一个附加在经由数据信号线路发送的信号上的电流信号。中间站输出单元在每个时钟周期中获得该监控信号，并且在与监控信号已经被提取相同的时钟周期中输出一个控制信号到该数据信号线路上，该控制信号是一个脉冲宽度调制电压信号。

Description

控制和监控信号传输系统

技术领域

本发明涉及一种控制和监控信号传输系统，更具体而言，涉及一种具有简单结构的控制和监控信号传输系统，在其中提供了一个中间站代替控制器和主站，其中来自该中间站的并行控制信号被转换为串行信号，并且该串行信号被传送给在远程设备中的受控单元，其中该串行信号被转换为并行信号，以驱动该设备，并且检测该设备的状态的传感器单元的并行监控信号被转换为串行信号，以及该串行信号被传送给该中间站，以及其中该串行信号被转换为并行信号并且提供给该中间站，这里该监控和控制信号被附加在时钟信号上，该时钟信号具有在其上附加的电源信号。

背景技术

在自动控制领域中，各种技术被广泛地使用，其中诸如顺序控制器、可编程序控制器或者计算机的控制器发送控制信号以驱动和控制大量的在远程位置上的受控设备(例如，马达、电磁线圈、电磁阀、继电器、半导体开关元件和电灯)，并且来自传感器单元的监控信号被传送和提供给该控制器，用于检测每个设备的状态(例如，读取开关、微动开关、按钮开关的开/关状态)。

在这些技术中，诸如电源线路、控制信号线路和接地线的许多线路通常被用于将该控制器与受控单元和传感器单元连接。随着近年来受控设备规模的缩减，在设备部件的高密度布局中的布线已经变得艰难，并且用于布线的空间已经减少和变得昂贵。

为了解决这些问题，已经提出了各种各样的技术(例如，在日本专利特许公开No01-072623，No01-089839和No.03-006997中)。按照在日本专利特许公开No.03-006997中所描述的发明，一个输入单元和输出单元被连接到主站，并且该主站提供附加在电源上的时钟信号到公用数据信号线路上。因此，可以借助于简单的结构实现在控制器和受控单元之间以及在控制器和传感器单元之间快速、双向的信号传输。也就是说，该系统可以以降低线路数量来进行配置，布线的成本可以被降低，在子站中的连接可以被简化，并且地址可以被灵活地分配给子站，因此子站可以在需要添加或者删除这样的子站的任何位置上被灵活地添加或者删除。

一种控制和监控信号传输系统(日本专利特许公开No.2003-199178)已经作为这个技术的改进型被提出。按照该发明，从控制器到受控单元(在下文中称作控制信号)的信号以及从传感器单元到控制器(在下文中称作监控信号)的信号可以被附加在时钟信号上。尤其是，该控制和监控信号可以被提供到数据信号线路上并且被同时双向地传送。因此，可以除去对于提供用于在数据信号线路上传送控制信号和监控信号单独的时间的需要，信号传输速率可以加快两倍，并且控制信号可以被传送给在受控单元中很小的布线空间以获得监控信号。

按照在日本专利特许公开No.2003-199178中描述的该控制和监控信号传输系统，控制和监控信号可以在各种型式的站点上的主站和子站之间传送，以适应非常宽范围的需求。但是，在人们想要通过在两个数据信号线路上附加电源而除去两个供电线路的站点，通常需要一个小型的系统。

我们已经调查这样的需要并且发现，在大多数需要小型的系统的站点中，需要以简单的一一对应的关系发送输入信号(监控信号)给远程输出设备(受控单元)的系统，也就是说，需要该系统具有简单结构，容易维护并且是廉价的。

我们更进一步研究和发现，当输入和输出在相同的时钟周期(或者周期)中以如上所述的简单的一一对应的关系被传送的时候，控制器和主站可以以简单结构来代替，因此可以实现小型的、容易维护和廉价的系统。此外，本发明人已经发现，相同的时钟周期可以被分成两个周期，一个输入周期继之以一个输出周期，并且要传送的输入和输出分别在输入周期和输出周期中被附加在信号上，以实现可以采用代替该控制器和主站简单的结构，并由此获得小型的、容易维护和廉价的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种使用简单结构的控制和监控信号传输系统，其中提供一个代替控制器和主单元的中间站，以附加监控和控制信号到具有在其上附加电源的时钟信号上。

本发明的另一个目的是提供一种使用简单结构的控制和监控信号传输系统，其中提供一个代替控制器和主单元的中间站，以分别在输入周期和输出周期中，在具有在其上附加电源的时钟信号上附加监控信号和控制信号。

按照本发明的控制和监控信号传输系统，包括：多个受控设备，每个具有一个受控单元和一个监控该受控单元的传感器单元，并且发送一个控制信号给该受控单元，以及经由为多个受控设备所共有的数据信号线路发送一个来自传感器单元的监控信号。该系统进一步包括：一个被连接到数据信号线路的中间站，并且其发送一个作为控制信号的来自给定的受控设备的监控信号到与给定的受控设备有关的受控设备，以及多个子站，这些子站与多个受控设备有关并且被连接到与受控设备有关的数据信号线路和受控设备上。

在按照本发明的控制和监控信号传输系统中的该中间站进一步包括：用于产生一个预先确定的定时信号的定时产生装置，其中该定时信号与具有预先确定的周期的时钟同步；一个中间站输入单元和一个中间站输出单元。该中间站输入单元在该定时信号的控制下，在该时钟的每个周期中提取附加在经由数据信号线路传送的串行脉冲电压信号上的监控信号。该中间站输出单元获得作为控制信号的监控信号，在该定时信号的控制下，按照在该时钟的每个周期中该控制信号的每个数据值，在串行脉冲电压信号上附加该控制信号，并且在与监控信号被提取相同的周期中输出该结果信号到数据信号线路上。多个子站的每一个包括子站输入单元和子站输出单元。该子站输入单元在该定时信号的控制下，按照来自与该子站有关的传感器的值产生监控数据信号，并且在该串行脉冲电压信号的预先确定的位置上附加作为该监控信号数据值的监控数据信号。该子站输出单元在该定时信号的控制下，从串行脉冲电压信号中提取该控制数据信号的数据值，并且在该时钟的每个周期中，从该数据值之中提供对应于该子站的数据给与该子站输出单元有关的受控单元。

此外，在按照本发明的控制和监控信号传输系统中的该中间站进一步包括：用于产生一个预先确定的定时信号的定时产生装置，其与具有预先确定的周期的时钟同步；一个中间站输入单元和一个中间站输出单元。该中间站输入单元在该定时信号的控制下，在该时钟的每个周期中，提取在一个输入周期中附加在经由数据信号线路传送的脉冲电压信号上的监控信号。该周期被分成至少输入周期和一个跟随输入周期的输出周期。该中间站输出单元在该时钟的每个周期的输出周期中，获得作为控制数据信号的监控信号，在串行脉冲电压信号上附加该控制数据信号，并且在该定时信号的控制下，输出该结果信号到数据信号线路上。多个子站的每一个包括子站输入单元和子站输出单元。该子站输入单元在该定时信号的控制下，按照来自与该子站有关的传感器单元的值产生监控数据信号，并且在该时钟的输入周期中，在预先确定的位置上，在串行脉冲电压信号上附加作为该监控信号数据值的监控数据信号。该子站输出单元在该周期的输出周期中，在该定时信号的控制下，提取附加在串行脉冲电压信号上的该控制数据信号的数据值，并且在该时钟的每个周期中，从数据值之中提供对应于该子站的数据给与子站输出单元有关的受控单元。

按照本发明的控制和监控信号传输系统，一个中间站被提供以代替该控制器和主站。该中间站在相同的时钟周期中，以简单的一一对应的关系，从传感器单元传送一个作为控制信号的输入信号(监控信号)给远程受控单元(输出设备)，并且还给该时钟附加一个电源，从而消除对电源线的需要。

按照本发明的控制和监控信号传输系统，一个中间站被提供以代替控制器和主站。该中间站划分时钟周期为一个输入周期和一个跟随输入周期的输出周期，并且分别地在输入周期和输出周期上附加一个来自传感器单元的输入信号(监控信号)和一个要传送给远程受控单元(输出设备)的控制信号，并且还在用于传送的时钟上附加一个电源，从而消除对电源线的需要。

因此，按照本发明，提供了一种简单、小规模的、容易维护和廉价的控制和监控信号传输系统，其代替控制器和主站。在该系统中，在受控单元和传感器单元之间可以实现快速、(实际上)双向的信号传输，并且监控信号和控制信号可以输出到公用数据信号线路上并且双向传送。换句话说，在简单、小规模的、容易维护和廉价的控制和监控信号传输系统中，可以消除对提供单独的周期以便经由公用数据信号线路发送监控信号或者控制信号的需要，因此，在受控设备中，该监控和控制信号可以被传送到很小的布线空间中。

附图说明

图1是一个示出按照本发明的一个实施例的基本结构的方框图。

图2是一个举例说明按照本发明的一个实施例的信号传输的示意图。

图3是一个举例说明按照本发明的信号传输的示意图。

图4是一个示出按照本发明的基本结构的方框图。

图5是一个示出按照本发明的基本结构的方框图。

图6是一个子站输入单元例子的方框图。

图7是一个在图6中示出的子站输入单元中信号的波形图。

图8一个中间站例子的方框图；

图9是一个在图8中示出的中间站中信号的波形图。

图10是一个子站输出单元例子的方框图。

图11是一个在图10中示出的子站输出单元中信号的波形示意图。

图12A、12B和12C是举例说明按照本发明另一个实施例的信号传输的示意图。

图13A、13B和13C是举例说明按照本发明另一个实施例的信号传输的示意图。

图14A、14B和14C是举例说明按照本发明另一个实施例的信号传输的示意图。

图15A、15B、15C和15D是举例说明按照本发明另一个实施例的信号传输的示意图。

图16是示出按照本发明的另一个实施例的结构的方框图。

具体实施方式

图1、4和5是示出按照本发明的基本结构的方框图。图2和3是举例说明按照本发明的一个实施例的信号传输的示意图。尤其是，图1示出本发明的控制和监控信号传输系统的结构，图4示出其中间站的结构，以及图5示出其子站的结构。

如图1所示，该控制和监控信号传输系统包括多个受控设备12，其中每一个包括受控单元16和用于监控受控单元16的传感器单元17。该控制和监控信号传输系统不包括控制器，诸如顺序控制器、可编程序控制器和计算机。受控单元16和传感器单元17共同地被称为受控设备12。该受控单元16可以是各种各样部件的任何一种，诸如激励器、(步进)马达、电磁线圈、电磁阀、继电器、半导体开关元件和电灯，其构成该受控设备12。该传感器17可以包括簧片开关、微动开关，或者按钮开关，例如，其被按照受控单元16选择，并且输出开/关状态(二进制信号)。

该控制和监控信号传输系统经由为多个受控设备12所共有的数据信号线路发送控制信号给受控单元16，并且也发送来自传感器单元17的监控信号(传感器信号)。经由数据信号线路发送的该监控和控制信号是串行信号。该数据信号线路具有第一和第二数据信号线路D+和D-。在第一数据信号线路D+和第二数据信号线路D-之间的线路被用于提供电源电压Vx和时钟信号CK，并且双向地(实际上)发送监控和控制信号。

这个例子不包括用于提供电源电压Vx给每个子站11或局部电源的电源线P(24-V和0-V电源线)。附加在时钟信号上的电源信号给子站11提供电源，如稍后将要描述的。该电源信号的功率容量是足够大的，以使多个子站11的每一个运转。

为了实现上述的信号传输，该控制和监控信号传输系统具有如图1所示的中间站13和多个子站11。该中间站13被连接到数据信号线路。与在公知的控制和监控信号传输系统中的主站不同，该中间站13不从控制器接收控制信号或者发送监控信号给控制器。该中间站13而是仅传送从给定受控设备12(的传感器单元17)接收的监控信号给与前面受控设备12有关的受控设备11(的受控单元16)。因此，该中间站13具有不同于公知的主站的结构(参见图4)。多个子站11与多个受控设备12有关，并且在给定点上连接到该数据信号线路，以及连接到与其相关的受控设备12。每个子站11包括子站输出单元14和子站输入单元15。子站输出单元14和输入单元15共同地被称为子站11。子站输出单元14和输入单元15分别地与受控单元16和传感器单元17有关。如图1所示，从子站输入单元15和子站输出单元14输入和输出的监控信号和控制信号是多位并行信号。子站输出单元14对该控制信号施行串并行转换，以及子站输入单元15对该监控信号施行并串行转换。

该中间站13包括一个中间站输出单元135和一个中间站输入单元139，如图4所示。该中间站13还包括一个振荡器(OSC)131、定时产生装置132和中间站地址设置装置133。该定时产生装置132产生一个预先确定的定时信号，其按照从振荡器131提供的振荡输出同步到具有预先确定的周期的时钟CK。该定时产生装置132在产生的时钟CK上附加一个电源电压Vx。为此目的，该定时产生装置132具有用于以预先确定的电平产生电源电压Vx的电源提供装置1313。例如，对于50％的占空比，该时钟CK的上半周期(或者周期)被设置为“高电位低电平(例如，19V)”，并且下半周期被设置为电源电压Vx的电平(例如，24V)。包括电源电压的时钟CK经历电平转换，然后提供给端子13a和13b，以及提供给第一数据信号线路D+和第二数据信号线路D-，如稍后将描述的。换句话说，其被作为在两条线路之间相对的电位差输出。电源提供装置1313实际上被连接到线路驱动器137。具有从定时产生装置132输出的电源电压的时钟CK实际上被输入到该中间站输出单元135和该中间站输入单元139中。

在第一和第二数据信号线路D+和D-上的信号被引入该中间站输入单元139中。该中间站输入单元139包括监控信号检测装置1311和监控数据提取装置1310。该监控信号检测装置1311捕获在第一和第二数据信号线路D+和D-上的电流信号，并且检测和输出一个附加在它们之上的监控数据信号(电流信号)。该监控数据提取装置1310(在执行波形整形之后)以与该时钟CK同步的形式输出该检测输出，该时钟CK包括来自该定时产生装置132的供电电压。也就是说，该监控数据提取装置1310输出由监控数据信号构成的串行数据流给控制数据信号产生装置136。

如图2所示，在该定时信号的控制下，该中间站输入单元139当电流信号Iis的存在或者不存在时，在每个时钟CK周期检测附加在串行脉冲电压信号上的监控数据信号，该串行脉冲电压信号是经由数据信号线路发送的。为此目的，起动检测的信号Dick是由该定时产生装置132产生的，其将稍后详述。信号Dick是一个脉冲，其上升沿被从时钟CK延迟1/4周期(1/4t0，这里t0是该时钟CK的一个周期)。因此，在串行监控信号中的每个数据值被提取、转换为监控信号，然后提供给该控制数据信号产生装置136。当在监控数据信号中的该数据值是“0011”的时候，来自监控信号检测装置1311的输出(检测的电流)将如图2所示。如稍后将描述的，Ith表示用于图8的监控信号检测装置1311的阈值电流，以及Iis表示监控数据信号。Ith的值小于Iis的值。

在该信号Dick的每个上升沿，换言之，在该时钟CK的每个周期中经过1/4t0之后，该监控信号的存在或者不存在(开/关)被检测。当作为监控信号的电流Iis小于在那个定时上的Ith的时候，该监控信号处于关闭状态或者(二进制信号的)“0”。否则，该监控信号处于开状态或者(二进制信号的)“1”。

如上所述，因为要分配给多个子站11的控制信号是作为串行信号(串行脉冲电压信号)从单个中间站13经由数据信号线路传送的，地址计数方法被用于分配该控制信号。这意味着可以预先知道要发送(分配)给子站11控制数据信号的数据值的总数。因此，一个地址被分配给该控制数据信号的所有数据值的每一个。子站11从串行脉冲电压信号中提取时钟CK并且对它们计数。当子站11遇到一个或多个该子站11应该接收的被分配给控制数据信号数据地址的时候，它在那时获得作为控制信号的在串行脉冲电压信号中的该数据值。为了产生结束信号，最后一个地址被分配给该中间站13。

为了确定地址计数的开始和结束的时间，产生起始信号和结束信号。在输出串行脉冲电压信号之前，在中间站13中的该定时产生装置132产生起始信号，并且将其提供到第一数据信号线路D+上。该起始信号比时钟CK的一个周期长，使得其可以与该控制信号区别。该中间站地址设置装置133保持分配给该中间站13的地址。该中间站13计数从串行脉冲电压信号提取的时钟CK，并且提取分配给其的地址，在那时输出该结束信号到第一数据信号线路D+上。该结束信号比时钟CK的一个周期长，并且比该起始信号短。

该中间站输出单元135包括控制数据信号产生装置136和线路驱动器137。该控制数据信号产生装置136在包括电源电压的该时钟CK上附加来自数据监控数据提取装置1310中的串行数据串中的每个数据值，而不是来自控制器(在本发明中未提供)的数据。来自该控制数据信号产生装置136的输出被经由该线路驱动器137提供到第一和第二数据信号线路D+和D-上，该线路驱动器137是一个输出电路。

如图2所示，该中间站输出单元135在时钟CK的每个周期t0上按照在该控制数据信号中的每个数据值，在定时信号的控制下改变在一个周期和随后的周期之间的占空比，在该周期期间提供不同于预先确定的电源电压Vx的电压电平，在该随后的周期期间提供该电源电压Vx，从而转换该控制数据信号为串行脉冲电压信号，并且将其提供到该数据信号线路上。

不同于该电源电压Vx电平的电压电平是“高电位低电平”，例如，其低于(在绝对值方面)该电源电压，但是高于(在绝对值方面)在其他的电路组件中的高电平信号。当Vx＝24V的时候，该“高电位低电平”例如可以是19V。也就是说，它远远高于在其他的电路组件(例如，CMOS逻辑电路)中的CMOS高电平信号5V。因为在该时钟的高电平和低电平之间的电位差Vs是5V，其是一个脉冲电压，通过将在它们(当D-是基准电平的时候，21.5V)之间的一个中间值设置为阈值，可以较好地相互辨别得出它们。换句话说，该电位差Vs等于在其他电路组件(例如，CMOS逻辑电路)中的CMOS逻辑幅度。因此，该串行脉冲电压信号可以被认为是一个通过具有50％占空比和电位差Vs的时钟的电平漂移并且按照该控制数据信号对该结果信号施行脉冲宽度调制而获得的信号。使用脉冲宽度调制并且其幅度在高电位上受限制的时钟，通过平均功率传送获得的平均电源电压变得高达+21.5V，其大约是如由在图2中交替的长的和短的点划线表示的该幅度的中间值。因此，如上所述，即使该电源线P被省略，使多个子站11中的每个运行的足够大的功率容量可以被传送给它们。

为了改变在数据信号线路上的串行脉冲电压信号，如上所述，可以使用两种方法之一。按照第一种方法，在第一个数据信号线路D+上的电位在最高电位的电源电压Vx＝24V和高电位低电平19V之间振荡，并且按照该控制数据信号的值，在第二个数据信号线路D-上的电位被保持在地电平。作为选择，在第一个数据信号线路D+上的电位可以在0V和-5V之间振荡，并且在第二个数据信号线路D-上的电位保持在最低-24V的电位上。按照第二种方法，在第一个数据信号线路D+上的电位被强制到作为最高电位的地电平，并且按照该控制数据信号的值，在第二个数据线路D-上的电位在最低电位的电源电压Vx＝-24V和-19V的“高电位(绝对值为高)低电平”之间振荡。作为选择，在第一个数据信号线路D+上的电位可以是最高的电位+24V，并且在第二个数据线路D-上的电位可以是在+5V和0V之间振荡。在图9中的波形示意图表示这个例子。在任一情况下，可以获得前述的在第一个和第二个数据信号线路D+和D-之间的相对电位差。

通常，电源电压Vx是24V，但是通过控制信号的幅度调制获得的幅度是二进制值12V和0V。因此，由常规的时钟传送的平均功率提供的平均电源电压最多低到12V。因此，通常当电源线P被省略的时候，不是所有的子站11能够工作，除非限制子站11的数目。这是不现实的，实际上必须提供该电源线P，而不是限制子站11的数目。

当该控制数据信号的数据值是“0”的时候，在图2中的中间站输出单元135在其最初的3/4周期中强迫该时钟的信号电平为高电位低电平，并且在该时钟的剩余1/4周期中为该电源电压Vx电平。另一方面，当该控制数据信号的数据值是“1”的时候，该中间站输出单元135在其最初的1/4周期中强迫该时钟的电平为高电位低电平，并且在该时钟的剩余的3/4周期中为该电源电压Vx电平。换句话说，该时钟的占空比按照该控制数据信号的数据值改变。因此，该并行控制数据信号被转换为串行脉冲电压信号，然后其被提供到该数据信号线路上。因此，当该控制数据信号的数据值是“0011”的时候，来自该控制数据信号产生装置136的输出将如图2所示(监控数据信号是从该输出中除去的，该监控数据信号将稍后描述)。一个地址(输入/输出地址)被分配给该时钟CK的每个周期。

在该信号Dick的上升边沿，即在时钟CK的每个周期的1/4t0经过之后，该控制信号按照该监控信号的打开或者断路状态来接通或者关闭。也就是说，脉冲宽度调制被施加于该控制信号。当在这个时间上该监控信号处于断路状态的时候，信号Pck(到数据信号线路D+和D-的输出信号)的脉冲宽度(其中该信号是高电位低电平、19V的周期)被扩展。也就是说，在该周期的剩余的周期中该控制信号也被保持在“高电位低电平”上，使得该脉冲宽度变为3/4t0。另一方面，当该监控信号在那个时间上处于接通状态(Iis是25mA或者更高)的时候，该脉冲宽度被减少。也就是说，该控制信号的电平在该周期中被强迫上升到该电源电压Vx，使得该脉冲宽度变为1/4t0。

其他的脉冲宽度可以被选择用于该控制信号的脉冲宽度调制。例如，与上述的例子相反，当该监控信号处于断路状态的时候，该脉冲宽度可以被减少(到1/4t0)，以及当该监控信号处于接通状态的时候，可以被扩展(到3/4t0)。

如已经描述的，在该控制和监控信号传输系统中，该时钟CK的每个周期(t0)划分为至少二个，一个输入周期(i)，继之以一个输出周期(o)，如图2所示。该中间站输入单元139在一个输入周期中提取附加在经由数据信号线路D+和D-传送的信号上的监控数据信号。该中间站输出单元135获得作为控制信号的监控信号。在一个输出周期中，它附加该控制数据信号在串行脉冲电压信号上，并且输出其到该数据信号线路D+和D-上。在这个例子中，该监控信号被在输入周期(i)中附加在包括电源电压Vx的时钟上，该监控信号是一个电流信号(I)，输入周期(i)是该时钟的每个周期的最初1/4t0，以及该脉冲宽度调制的控制信号在输出周期(o)中被附加在该时钟上，输出周期(o)是该周期的接下来的1/2t0，这将稍后在图12A中进一步详细描述。

如图5所示，子站输入单元15包括电源电压产生装置(CV)150、线路接收机151、控制数据信号提取装置152、子站地址设置装置153、地址提取装置154、输入数据单元155、监控数据信号产生装置156和线路驱动器157。

如可以从图5看到的，该电源电压产生装置150、线路接收机151、控制数据信号提取装置152、子站地址设置装置153和地址提取装置154具有与该电源电压产生装置140、线路接收机141、控制数据信号提取装置142、子站地址设置装置143和地址提取装置144相同的结构，并且以大体上与其结构相同的方式工作。类似于该电源电压产生装置140，该电源电压产生装置150电驱动构成子站输入单元15的电路，并且在预先确定的电平上产生电源电压，也就是来自第一和第二数据信号线路D+和D-的一个输出Vcg(19V)和一个输出Vcp(24V)，以电驱动在相关的受控设备12中的传感器单元17。

该输入数据单元155保留一个由一个或多个从相关的传感器单元17提供的(比特)数据值构成的监控信号。当一个地址从该地址提取装置154被输入的时候，该输入数据单元155以一个预先确定的顺序提供作为串行信号的一个或多个其保留的数据值给该监控数据信号产生装置156。换句话说，该输入数据单元155执行该监控信号的并串行转换。该监控信号产生装置156按照该监控信号的数据值输出一个监控数据信号。来自该监控数据信号产生装置156的该监控数据信号经由该线路驱动器157被提供到第一和第二数据信号线路D+和D-上，该线路驱动器157是一个输出电路。因此，该监控数据信号在那个时间点上被附加在第一和第二数据信号线路D+和D-上输出的该控制信号的数据值上。也就是说，该监控数据信号被附加在与子站11有关的串行脉冲电压信号中该数据的位置上。换句话说，与相同地址有关的该监控信号的数据值被附加在与相同地址有关的该控制信号的数据值上。

如图2所示，在定时信号的控制下，该子站输入单元15按照来自相关的传感器单元17的值，产生一个不同于该电源电压的二进制电平的监控数据信号，并且作为该监控信号的数据值附加其在该串行脉冲电压信号的预先确定的位置上。例如，当该监控数据信号的数据值是“1”的时候，在该时钟CK的一个周期中监控数据信号被产生并附加在预先确定的位置上。当该数据值是“0”的时候，不产生监控数据信号也不附加。因此，当该监控数据信号的数据值是“0011”的时候，在该监控数据信号被该线路驱动器157附加之后，该监控信号检测装置1311的输出(检测电流)将如图2所示。

如图5所示，该子站输出单元14包括电源电压产生装置(CV)140、线路接收机141、控制数据信号提取装置142、子站地址设置装置143、地址提取装置144和输出数据单元145。

该电源电压产生装置(CV)140在预先确定的电平上从该数据信号线路产生电源电压。尤其是，在第一和第二数据信号线路D+和D-上的电压通过公知的方法被平滑和稳定，以获得输出Vcg(19V)和Vcp(24V)。该输出Vcg(19V)相对于基准电压、输出Vcp(24V)提供一个5V的电源电压(对应于Vcc)。这个电源电压被用于电驱动与子站输出单元14有关的低功耗电路(例如LED指示器电路)，以及电驱动该受控设备12的受控单元16。换句话说，虽然没有在图5中示出，但是该电源电压产生装置140给相应的受控单元16供给电源。

该线路接收机141是一个输入电路，其获得经由第一和第二数据信号线路D+和D-传送的信号，并且提供其给该控制数据信号提取装置142。该控制数据信号提取装置142从该信号中提取一个控制数据信号，并且提供其给该地址提取装置144和该输出数据单元145。该站的地址设置装置143保留分配给该子站输出单元14的该子站的地址。该地址提取装置144提取一个匹配保留在子站地址设置装置143中的该站的地址的地址，并且提供其给该输出数据单元145。当该地址从地址提取装置144被提供的时候，该输出数据单元145输出作为并行信号的一个或多个在那个时间点在(串行)信号中保留的数据值给相关的受控单元16，该(串行)信号经由第一和第二数据信号线路D+和D-传送。换句话说，该输出数据单元145执行该控制信号的串并行转换。

如图2所示，在时钟CK的每个周期中，该子站输出单元14在定时信号的控制下识别在一个周期和随后的周期之间的占空比，在一个周期中串行脉冲电压信号在不同于电源电压的电平上(“高电位低电平”)，在随后的周期中其在电源电压Vx上。该子站输出单元14提取在控制数据信号中的每个数据值，并且提供一个数据值中与该子站有关的数据值给相关的受控单元16。例如，当该时钟CK最初的3/4周期处于高电位低电平的时候，“0”作为原始控制数据信号的数据值被提取。当剩余的的1/4周期处于高电位低电平的时候，“1”作为原始控制数据信号的数据值被提取。因此，当串行脉冲电压信号是如图2所示的时候，在该控制数据信号中的数据值“0011”被提取。然后，该子站输出单元14提供在与子站11有关的数据值之中的数据给相应的受控单元16。

概括地说，如图3所示，在控制和监控信号传输系统中，来自传感器单元17的输入信号(监控信号)和提供给受控单元16的输出信号(控制信号)被纳入一一对应的关系。

例如，监控信号“0011”(例如4比特)从受控设备12中的传感器单元17在位置A被提供给在与该受控设备12有关的子站11中的子站输入单元15。例如，四个地址0至3被分配给在位置A的该传感器单元17(实际上该相关的子站输入单元15)。该子站输入单元15在与地址0至3有关的该时钟CK中的位置上附加该监控信号“0011”，并且提供其到数据信号线路D+和D-上，如由图1中的虚线表示的。在该中间站13中的该中间站输入单元139提取监控信号“0011”，并且作为控制信号“0011”输入其进入该中间站输出单元135。该中间站输出单元135在与该信号“0011”被从其中提取相同的地址0至3有关的位置上附加该控制信号，并且提供其到该数据信号线路D+和D-上。例如，四个地址0至3被分配给在远离位置A的位置B上的受控设备12(实际上相关的子站输出单元14)中受控单元16。在位置B上的该子站输出单元14提取附加在地址0至3的位置上的控制信号“0011”，如由在图1中的虚线表示的，并且提供其到在位置B上的相关受控单元16。因此，该信号在子站11中的子站输入单元15和另一个子站11中的子站输出单元14之间被输入和输出，其彼此具有相同的地址。

然后，监控信号(例如“0101”)从在位置B(不局限于此，而是其例如可以是位置C)的该受控设备12的传感器单元17被提供给其相关的子站输入单元15(例如，具有地址4至7)。该子站输入单元15在该时钟CK中的地址4-7位置上附加该监控信号，并且输出其到该数据信号线路D+和D-上，如图1中由虚线表示的。在该中间站13中的该中间站输入单元139提取该监控信号，并且作为控制信号输入其给该中间站输出单元135。该中间站输出单元135在该地址4-7位置上附加该控制信号，并且提供其到该数据信号线路D+和D-上。该子站输出单元14在地址4至7被分配的位置A上提取附加在地址4至7位置上的该控制信号，并且提供其给在位置A上的其相关的受控单元16，如在图1中由虚线表示的。

以这种方式，控制和监控信号传输的一个周期(地址0至31，即从起始信号ST到结束信号END)被执行。该信号传输周期被作为一个单位重复。在该传输期间，来自具有给定地址的子站输入单元15的信号被传送给在该时钟CK相同的周期中具有相同的地址的该子站输出单元14。这意味着传输周期中在监控信号中的该地址(输入地址)与在控制信号中的该地址(输出地址)是相同的(因此称作输入/输出地址)。因此，只是通过给该子站11提供一个输入信号，输出信号可以被传送(提供)给相应的子站11(具有相同的地址)。

如可以从上文的描述中看到的，输入信号(来自该传感器单元17的监控信号)和输出信号(到该受控单元16的控制信号)被简单地纳入一一对应的关系并在该控制和监控信号传输系统中传送。从而，可以实现简单和为此容易维护和低成本的结构，其中不使用控制器和主站，而过去通常使用控制器和主站。此外，对于在传输周期中的每个输入/输出地址，输出信号是由输入信号控制的，该输出信号是脉冲宽度调制信号，输入信号是电流信号。因此，实际上可以执行(实际上，如将稍后描述的，在传输时其不是双向的)输入和输出信号的双向传输，并且可以省略电源线。

此外，如在上述例子中那样，使用电流信号作为监控信号和脉冲宽度调制电压信号作为控制信号(电流调制监控信号和脉冲宽度调制控制信号的组合)允许在不利的环境、诸如具有高电压噪声电平的制造厂中提供可靠的传输控制系统。

在输入信号和输出信号之间的对应不局限于以上描述的一对一。而是可以使用各种各样的对应。例如，除将一个来自在位置B上的子站输入单元15的输入信号作为输出信号提供给在位置A上的子站输出单元14之外，在a处，这里一个来自在位置A上的子站输入单元15的输入信号作为输出信号被提供给在位置B上的子站输出单元14，一个来自在位置B上的子站输入单元15的输入信号可以作为输出信号被提供给在位置C上的子站输出单元14上。同样，一个来自在位置A上的子站输入单元15的输入信号可以被提供给在位置B和C上的子站输出单元14。

下面将参考图6至11描述从监控信号的输入到控制信号的输出这个例子的具体结构和操作。图6是一个示出示范的子站输入单元15的方框图。图7是一个在图6中示出的子站输入单元15中的信号的波形示意图。图8是一个示出示范的中间站13的方框图。图9是一个在图8示出的中间站13中信号的波形示意图。图10是一个示范的子站输出单元14的方框图。图11是一个在图10中示出的子站输出单元14中的信号的波形示意图。在这个例子中双向发送的信号的波形与那些在图2中的是相同的。

首先，将描述该子站输入单元15。在图6和7中，在第一数据信号线路D+上的信号被主要输入到线路接收机151中。电源电压产生装置150是一个DC-DC变换器，其以公知的方法平滑和稳定该第一和第二数据信号线路D+和D-的电压产生一个输出Vcg(19V)，并且借助于二极管D0和电容器C0也产生一个输出Vcp(24V)。在第一和第二数据信号线路D+和D-上脉冲调制的时钟的周期被选择，使得该稳定的输出Vcp可以很好地保持在24V。该子站输入单元15(和该子站输出单元14)在输出Vcg(19V)和输出Vcp之间工作。

该线路接收机151具有分压电阻器R1和R2和缓冲电路B，该分压电阻器R1和R2具有相同的电阻值。该线路接收机151检测在第一和第二数据信号线路D+和D-之间的电位差，更确切地说，如以前描述的，在脉冲电压的高和低电平之间的电位差Vs，经由分压电阻器R1和R2分压为两个，以及经由该缓冲电路B输出该结果信号。尤其是，当在第一和第二数据信号线路D+和D-之间的电位差是24V的时候，该二极管D0被在第一数据信号线路D+上的24V的电位导通。因此，该电容器C0被充电至该电位差，输出Vcp＝24V被提供给电阻器R1的一端，以及在第一数据信号线路D+上的24V的电位也被提供给电阻器R2的一端。因此，在该电阻器R1和R2上不存在电位差。另一方面，当该电位差变为19V的时候，二极管D0被关闭，并且相对于在第二数据信号线路D-上的电位的该电位Vcp被该电容器C0保持在24V。并且，在该第一数据信号线路D+上被提供了19V，其在该电阻器R2的一端上。因此，在电阻器R1和R2上提供了5V的电位差，而且该电位差被分成两个输入缓冲电路B中。这是由整个电位偏移所引起的，并因此在输出Vcp(24V)和输出Vcg(19V)之间的关系没有变化，该输出Vcp(24V)是参考电位。

因此，子站11等于该电路，在该电路中电容器C0实际上连接在并行的第一和第二数据信号线路D+和D-之间，以及该二极管D0实际上连接在电容器C0的D+侧端子和信号线路D+之间。因此，在一个周期期间，其中在信号线路D+和D-之间的电位差是电源电位Vx＝24V，充电电流经由二极管D0从信号线路D+流到信号线路D-，以对电容器C0充电，并驱动该子站11和受控设备12和电路。在一个其中电位差是(Vx-Vs)＝19V的周期期间，该二极管D0被关闭，因此，用于电容器C0的充电电流不从信号线路D+流动到信号线路D-(其被关闭)。在其中电位差是(Vx-Vs)的周期期间，该电容器C0放电以驱动子站11和受控设备12的电路，例如当监控数据信号是“1”的时候，电流信号被附加，如稍后将描述的。也就是说，电流Iis被输出到该信号线路D-上，电流Iis是监控数据信号“1”。

考虑在控制信号(地址0至31)上附加(串行脉冲电压信号)一个时钟CK。当该电位差是24V的时候，缓冲电路B输出一个高电平信号，否则其输出一个低电平信号。这是一个信号“do”，其是该解调的控制信号的数据值。可以假定，该信号包括调相的时钟CK。按照一个从该线路接收机151的输出产生的该信号do被输入进入预置的正向计数器1532之内，并且其反相信号被输入进移位电阻器154之内。该信号do的波形代表时钟CK的波形，其是按照该控制信号(地址0至31)的脉冲宽度调制(PWM)，如图11所示。该信号do的高电平值是5V。

在此之前，起始信号ST作为信号do的高电平被检测，并且输入到一个接通延迟定时器Ton之内。该定时器Ton的延时是3t0。尤其是，输出“st”的上升沿被延迟3t0，并且输出st的下降沿通过该定时器Ton被纳入与原始信号ST同步。因此，对于结束信号END或者时钟信号CK是高的一段时间是简短的，因此不出现输出st。该输出st被输入进微分电路之内，并且微分信号在该输出st的上升沿上被输入进预置的正向计数器1532和移位电阻器(SR)154之内，并且用作其复位信号R。同样地输入它们的是该信号do(因此，时钟CK被提取)。

当该子站11被设置在位置A上的时候，如上所述(在图3)中，分配给子站输入单元15的地址，例如地址0至3(为了方便起见，在图6和10中示出的仅是地址0)在该子站设置装置153的设置单元1531中被设置。如上所述地址4至7被分配给在位置B上的该子站输入单元15。该子站地址设置装置153的预置的正向计数器1532是在该输出st的上升沿上由该微分信号复位的。在复位之后，该预置的正向计数器1532在其上升沿上开始计数提取的时钟CK，并且连续提供一个输出“dc”，同时该计数值与在该设置单元1531中的一个地址相匹配。换句话说，在该地址周期中，在当前地址之前的一个地址周期中，在与该时钟CK的上升沿同步时，该输出dc被强制为高，并且在当前地址上，在与该时钟CK的上升沿同步时，强制为低。对于地址0，如图7所示，在与该输出st的上升沿同步时，其被强制为高。为了参考，用于地址4的该高电平期间被显示为阴影区。可以看出，该时间被延迟一个时钟。该输出dc被输入进移位电阻器154中。

在其中输出dc是高的时期，在与提取的时钟CK的上升沿同步时，该移位电阻器154移位“1(或者高电平)”。换句话说，在该移位电阻器154的单元电路Sr1至Sr4中“1”被以那个顺序移动。因此，在与该时钟CK周期值到下一个周期的上升沿为止)的上升沿同步时，来自该移位电阻器154的输出dr1至dr4被以那个顺序强制为高电平。该输出dr1至dr4被输入四个两输入与门中。

该输入数据单元155有四个(或者多个)，其与分配的地址0至3是相同的数目，两个输入与门和接收来自这些与门输出的或门。如图6所示，来自该移位电阻器154的输出dr1至dr4被输入四个与门中，该移位电阻器154是该地址提取装置154。在与被保持为高的该时钟周期的上升沿同步时，该输出dr1至dr4被依次强制为高(直到下一个周期的上升沿为止)。因此，在其中输出dr1至dr4的每个是高的时期内，四个与门的每个开启，并且附加在地址0至3上的监控信号(按照“0”或者“1”的输入的信号，其取决于传感器单元17的状态，诸如开关SW0)经由该与门以那个顺序从或门输出。在地址0至3上的该监控信号对应于在地址0至3上的控制信号。

来自或门的输出被输入两个输入端的与非门1562中。同样输入与非门1562中的是来自反相器INV的输出，即该信号do的反相信号。该与非门1562构成该监控数据信号产生装置156。在其中该输出dr1至dr4是高的时期内，该监控信号(地址0至3)例如可以采用值“0011”，如图7所示。因此，在其中该监控信号(地址0至3)被输出的时期内，在与该信号d0的上升沿同步时，该与非门1562开启，然后获得值“0011”的该监控信号(地址0至3)被作为一个输出“dip”而输出。

该输出dip被电平转换，然后经由线路驱动器157输出到第一和第二数据信号线路D+和D-上。该线路驱动器157具有晶体管T1和T2、二极管D和电阻器R3、R4和Ris。该输出dip经由晶体管T1被输入较大的晶体管T2中。尤其是，例如当该监控数据信号是“1”的时候，晶体管T2被通过低电平输出dip接通，从而该电流Iis流向第一和第二数据信号线路D+和D-，该电流Iis是该监控数据信号。因此，该电流信号Iis被附加在该信号线路D-上，该电流信号Iis是监控数据信号“1”。例如，通过恰当地选择电阻器R3、R4和Ris的其中一个，流过晶体管T2的电流被限制在30mA。

如可以从上文的描述看到的，在(提取的)时钟“do”的一个周期期间，该子站输入单元15输出(附加)监控信号到第一和第二数据信号线路D+和D-上。如以前描述的，在一个其中在第一和第二数据信号线路D+和D-之间的电位差是(Vx-Vs)＝19V的时期内，没有用于该电容器C0的充电电流从信号线路D+流到D-，因为该二极管D0被关闭。因此，该监控数据信号不和来自中间站13的充电电流相碰撞。

在下面将描述该中间站输入单元139。在图8和9中，输出到第一和第二数据信号线路D+和D-上的监控信号被输入该监控信号检测装置1311中，并且在其中检测。该检测的信号被反相，并且作为信号Diip输出。该信号Diip的波形仅包括该监控数据信号。在该信号Diip上，与该监控信号数据的地址位置有关的监控信号数据出现在一个地址位置上，该地址在有关的控制信号上相应的地址位置被延迟。

该中间站输入单元139包括作为该监控信号检测装置1311的电流检测电路，用于检测在第一和第二数据信号线路D+和D-上的电流变化，并且输出该结果。该电流检测电路包括晶体管Ti、齐纳二极管ZD1和ZD2及电阻器R1、R2和Ri。由于具有4.5V击穿电压的该齐纳二极管ZD1与电阻器R1在一起，所以该幅度被限制在5V＝Vs。在图8中示出该晶体管Ti检测电流Is。尤其是，如以前描述的，在一个其中在数据信号线路D+和D-之间的电位差是(Vx-Vx)＝19V的时期内，用于该电容器C0的充电电流不从信号线路D+流到信号线路D-，并且该检测电流Is流向该监控信号检测装置1311。此时，当该监控数据信号是“1”的时候，该Iis电流被附加在其上。因此，该电流Iis＝30mA作为监控数据信号的检测电流Is流动。当流动的电流大于15mA的时候，该齐纳二极管ZD2被击穿。这是检测电流Is的阈值Ith。因此，该晶体管Ti被流动的检测电流Is＝30mA接通，因为监控数据信号是“1”。当该监控数据信号是“0”的时候，该电流Iis不流动，因此该监控数据信号的检测信号Is不流动。因此，该齐纳二极管ZD2不被击穿并且该晶体管Ti被监控数据信号“0”关闭。

其是监控数据信号“1”的该检测电流Is(＝30mA)经由在校正器电阻Ri中的电压降被转换为电压信号，并且该电压信号被提供给监控数据提取装置1310。信号Diip按照检测电流Is经由该反相器INV产生，并且输入监控数据提取装置1310中的RS触发器FF中。定时产生装置132提供信号Dick到该RS触发器FF作为其时钟，该信号Dick是一个从时钟CK中其上升沿被延迟1/4周期(1/4t0)的脉冲。因此，从触发器FF输出的该信号Diis单独在从原始时钟CK延迟1/4周期的时间上开始提供监控信号数据，并且在一个等于该时钟CK的3/4周期的时期继续提供它。

该信号Diis没有提供给控制器等等。代之以，该信号Diis被输入中间站输出单元135中的该控制数据信号产生装置136中。因此，该控制数据信号产生装置136在与原始时钟CK相同的周期中接收该信号Diis。因此，最终，例如一个32位监控信号(地址0至31)被作为“0011”提供。

在下面将描述该中间站输出单元135。在图8和9中，该定时产生装置132产生一个起始信号ST、一个预定数量的时钟CK和一个结束信号END。该起始信号ST被输出(强制为高)一段预定的时间(3t0或者更长)。该起始信号ST的输出周期被设置为5t0，以便将其区别于时钟CK。在这里，t0是该时钟CK的一个周期。通过将该振荡器131的振荡输出分频，该时钟CK被产生，以便具有一个预定的周期。如在该输出Dck上所示，在该起始信号ST之后，也就是说，在与该起始信号ST的下降沿同步时，开始输出该时钟CK，并且输出预定数目的时钟CK(该地址的数目)。为此目的，该定时产生装置132具有计数装置(未示出)。该计数装置在该起始信号ST的上升沿上开始计数。当从计数装置输出的计数达到一个预先确定的值的时候，该时钟CK的输出被停止。在检测到预定数目的该时钟CK(该地址的数目)之后立即输出该结束信号END。为此目的，该定时产生装置132具有比较器装置(未示出)。该比较器装置比较从计数装置输出的计数与在中间站地址设置装置133中设置的地址。当该输出和地址匹配的时候，该结束信号END被输出一段预定的时间。该结束信号END的输出周期被设置为1.5t0，以便将其区别于时钟CK。该结束信号END复位该计数装置。在与该结束信号END的末端同步时该起始信号ST被再次输出，并且如上所述的操作被重复。地址的最大数目是对应于在一个传输周期(从一个起始信号ST到跟随其的结束信号END)期间发送的数据值的值，其是分配给该中间站13的地址(在该中间站地址设置装置133中的地址)。一个数据值对应于一个时钟。

例如，当该地址(如上所述的该控制信号的数据值的数目)是地址0至31的时候，一个32位控制信号被输出到该信号线路“Pck”上。作为选择，该地址可以是0至63、127、255、...。

根据该监控信号的数据值，每个时钟的该输出Diis被强制为高(或者“1”)或者低(或者“0”)。因此，例如，其被作为“0011...”输出。该输出Diis被提供给控制数据信号产生装置136。起始信号ST和结束信号END也被提供给该控制数据信号产生装置136。

例如，该32位控制信号的输入被转换(更新)为与该起始信号ST同步。最大地址(地址31)在该中间站地址设置装置133中被设置。在该控制信号的地址31上完成数据处理时，这允许该结束信号END被提供到该信号线路Pck上。该中间站地址设置装置133关闭用于五个数字的五个加权的开关，如图8所示，从左侧开始以产生高电平信号“111110”来设置地址31(上述情况也适用于其他的地址)。

该定时产生装置132分频来自该振荡器131的振荡输出，以产生具有频率(4f0)的时钟4CK，其频率是该时钟CK的频率f0四倍。该控制数据信号产生装置136使用计数器(未示出)来计数时钟4CK，并且当该控制信号(地址0至31)的值(信号Diis)是“1”的时候，仅在第一个时钟4CK周期中输出一个“高电位低电平”信号到第一数据信号线路D+上，并且在剩余的三个时钟4CK周期中输出一个高电平Vx信号。另一方面，当它是“0”的时候，该控制数据信号产生装置136在最初的三个时钟4CK周期中输出一个“高电位低电平”信号，并且在剩余的一个时钟4CK周期中仅输出一个高电平Vx信号。因此，该控制数据信号产生装置136按照该控制信号(地址0至31)脉冲宽度调制(PWM)该时钟CK。

来自该控制数据信号产生装置136的输出是一个二进制(5V高电平和0V低电平)信号，其被提供到一个信号线路Pck上。提供到该信号线路Pck上的信号被输入该线路驱动器137中，然后到该第一和第二数据信号线路D+和D-上。该线路驱动器137是由用于提供充电电流的大的晶体管Td形成的，其将在稍后描述，并且允许低阻抗的驱动。该线路驱动器137的输出幅度被该齐纳二极管ZD1(具有4.5V的击穿电压)限制在介于0V和5V之间的范围。该线路驱动器137输出该信号线路Pck的反相信号到第二数据信号线路D-。提供到第一数据信号线路D+上的是电源电位Vx＝24V。因此，在第一和第二数据信号线路D+和D-之间的信号是二进制(电平Vx和“高电位低电平”)信号。在第一和第二数据信号线路D+和D-之间，该起始信号ST作为电源电压Vx信号被提供，该结束信号END作为“高电位低电平”信号被提供。

如可以从与图5和6的比较中看到的，在图10和11中从电源电压产生装置140到地址提取装置144的组件基本上与从电源电压产生装置150到地址提取装置154的组件是相同的。当这是以前描述的在位置B上的该子站输出单元14的时候，在位置A上(在这个例子中，地址0至3)与那些分配给子站输入单元15相同的地址被分配给该子站输出单元14。与提取的控制信号数据值的数目(四个)数量相同的监控信号的数据值被输入。

信号do被输入关闭延时器Toff中，其再输出一个信号d1。该关闭延时器Toff仅在具有预定的延迟的关闭(低电平)阶段输出该信号。尤其是，该输入do的下降沿被延迟，并且其上升沿被纳入与原始输入do同步。该延时被设置为1/2t0。因此，当该控制数据信号的数据值是“1”的时候，在该时钟的最初的1/4周期中，该信号d1的高电位低电平不出现(该信号保持高)，因为该关闭阶段很短。当该值是“0”的时候，在该时钟最初的3/4周期中保持该“高电位低电平”，因为该关闭阶段是很长的。也就是说，在(3/4-1/2)＝1/4周期中，在该信号d1上出现该“高电位低电平”。

以类似于以前描述的那个的方式，在与该时钟CK周期的上升沿同步时，来自该移位寄存器144的输出dr1至dr4被依次强制为高，并且保持为高(直到下一个周期的上升沿为止)。该输出dr1至dr4被作为时钟分别地输入D型触发器电路FF1至FF4中。该信号d1(或者该解调的控制信号的数据值)被输入该触发电路FF1至FF4中，其形成一个输出数据单元145。例如，触发电路FF1在与该输出dr1的上升沿同步的时间点上接收信号d1的值，并且保持和输出它。在这个例子中，它输出一个低电平信号。类似地，其它触发电路FF2至FF4在那个时间点上接收该信号d1的值，并且保持和输出它。因此，在地址0至3上该控制信号的数据值“0011”被解调为信号out0至out3。

该信号out0至out3被反相，然后作为输出O0至O3经由大的驱动晶体管T0-T3提供给在受控设备12中的受控单元16，晶体管T0-T3的发射极被连接到电容器C0，以控制负载L0。如以前描述的，电源从子站输出单元14被提供给该负载L0。

已经相对于其实施例描述了本发明，但是不背离本发明的精神可以有各种各样的变化。

例如概念上分解每个时钟CK周期(在相同的周期中)为两个的想法的变化，上半个(输入周期i)和下半个(输出周期o)，并且可以使用该输入周期用于输入一个监控信号以及使用该输出周期用于输出一个控制信号。在按照本发明的控制和监控信号传输系统中，根据在输入周期中来自子站输入单元15的监控信号的开或者关状态，在输出周期中到子站输出单元14的控制信号可以被接通或者关闭。因此，该输入周期与其后面的输出周期没有任何重叠。并且，该监控信号和控制信号表面上在一个时钟CK周期中在两个方向上被发送，但事实上，它们在输入周期和输出周期中被分别地发送。输入和输出周期的长度不局限于1/2t0。它们不必要求是相同的长度。

每个时钟周期可以被分成至少两个周期，一个输入周期，继之以一个输出周期，并且中间站输入单元139在每个时钟CK周期中的输入周期(i)中提取附加在经由数据信号线路D+和D-发送的信号上的监控数据信号。中间站输出单元135获得作为一个控制信号的该监控信号，并且在串行脉冲电压信号上附加控制数据信号，以及在每个时钟CK周期中的输出周期(o)中提供其到数据信号线路D+和D1上。

在这点上，如上所述的实施例是一个例子，其中监控信号是一个电流信号(I)，其被在输入周期(i)中附加在包含电源电压Vx的时钟上，该输入周期(i)是该时钟周期最初的1/4t0，并且在输出周期(o)中脉冲宽度调制的(表示为PM)控制信号被附加在时钟上，该输出周期(o)是该时钟周期后续的1/2t0，如图12A所示。做为选择，可以使用在图12B和12C中示出的例子。图12A示出一个典型的例子，其中监控信号处于“关闭状态或者0”和该监控信号处于“接通状态或者1”之中(上述情况也适用于在图12B至15中示出的例子)。在其中电流信号被附加的该周期中，电流信号的电压电平被设置为高电位低电平(19V)(上述情况也适用于在图12B至15中示出的例子)。

如图12B所示，监控信号可以在输入周期(i)被输入，其是一个电压信号(V)，以及控制信号可以在输出周期(o)中经由脉冲宽度调制(PM)输出。在这种情况下，由于在输入周期中该“高电位低电平”(19V)，该监控信号被关闭，并且该脉冲宽度(高电位低电平(19V)周期)被设置为3/4t0，因此在一个输出周期中该控制信号被关闭。在输入周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该监控信号被接通，该脉冲宽度被设置为1/4t0，因此在一个输出周期中该控制信号被接通。

如图12C所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为频率信号(f)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中经由脉冲宽度调制(PM)输出。在这种情况下，在输入周期中通过频率为“0”的频率信号，该监控信号被关闭，该脉冲宽度被设置为3/4t0，因此在输出周期中该控制信号被关闭。在输入周期中通过频率为“f(例如几千赫)”的频率信号，该监控信号被接通，该脉冲宽度被设置为1/4t0，因此该控制信号在输出周期中被接通。该时钟CK最后的1/4t0被用于发送电源电压Vx(上述情况也适用于在图12A中的例子)。

如图13和14所示，例如，该时钟CK的上半低电平周期可以进一步被分成两个：一个输入周期和一个输出周期，两者都是1/4t0。该时钟CK的后半被用于发送电源电压Vx，其是高电平周期。

如图13A所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电压信号(V)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为该电压信号(V)输出。在这种情况下，在一个输入周期中通过“高电位低电平”(19V)，该监控信号被关闭，并且在一个输出周期中通过该“高电位低电平”(19V)，该控制信号被关闭。在一个输入周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该监控信号被接通，以及在一个输出周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该控制信号被接通。

如图13B所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电流信号(I)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电压信号(V)输出。在这种情况下，在输入周期中，在没有该电流信号(该电流信号以低于阈值的值流动)的情况下，该监控信号被关闭，以及在输出周期中，通过“高电位低电平”(19V)，该控制信号被关闭。在输入周期中，在有该电流信号(例如，该电流Iis以高于或者等于阈值的值流动)的情况下，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该控制信号被接通。

如图13C所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为频率信号(f)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电压信号(V)输出。在这种情况下，在输入周期中，通过频率为“0”的频率信号，该监控信号被关闭，以及在输出周期中，通过“高电位低电平”(19V)，该控制信号被关闭。在输入周期中，通过频率为“f(例如，几千赫)”的频率信号，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过1/2Vx(12v)的电压，该控制信号被接通。

如图14A所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电流信号(I)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电流信号(I)输出。在这种情况下，在输入周期中，在没有该电流信号(该电流信号以低于阈值的值流动)的情况下，该监控信号可以被关闭，以及在输出周期中，通过防止出现该电流信号(降低该电流信号大约到漏电流)，该控制信号可以被关闭。在输入周期中，在有该电流信号(例如，该电流Iis以高于或者等于阈值的值流动)的情况下，该监控信号被接通，以及在输出周期中，在有该电流信号(该电流Iis流动)的情况下，该控制信号被接通。

如图14B所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电压信号(V)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电流信号(I)输出。在这种情况下，在输入周期中，通过“高电位低电平”(19V)，该监控信号被关闭，以及在输出周期中，通过防止出现该电流信号(降低该电流大约到漏电流)，该控制信号被关闭。在输入周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过提供该电流信号(使该电流Iis流动)，该控制信号被接通。

如图14C所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为频率信号(f)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电流信号(I)输出。在这种情况下，在输入周期中，通过频率为“0”的频率信号，该监控信号被关闭，以及在输出周期中，在没有该电流信号(该电流信号被降低大约到漏电流)的情况下，该控制信号被关闭。在输入周期中，通过频率为“f(例如几千赫)”的频率信号，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过提供该电流信号(使该电流Iis流动)，该控制信号被接通。

此外，如图15A和15B所示，时钟CK的上半个、低电平周期可以用作具有长度为1/2t0的输入周期，以及该时钟CK的下半个、高电平周期可以用作具有长度为1/2t0的输出周期。频率信号被附加在该时钟CK的下半个、高电平周期上，并且这个周期也被用于发送电源电压Vx。

如图15A所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电压信号(V)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为频率信号(f)输出。在这种情况下，在输入周期中，通过“高电位低电平”(19V)，该监控信号被关闭，并且在输出周期中，通过频率为“0”的频率信号，该控制信号被关闭。在输入周期中，通过1/2Vx(12V)的电压，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过频率为“f(例如几千赫)”的频率信号，该控制信号被接通。

如图15B所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为电流信号(I)输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为频率信号(f)输出。在这种情况下，在输入周期中，在没有该电流信号(电流信号以低于阈值的值流动)的情况下，该监控信号被关闭，以及在输出周期中，通过频率为“0”的频率信号，该控制信号被关闭。在输入周期中，在有该电流信号(例如，该电流Iis以高于或者等于该阈值的值流动)的情况下，该监控信号被接通，以及在输出周期中，通过频率为“f(例如几千赫)”的频率信号，该控制信号被接通。

此外，如图15C所示，时钟CK最初的3/4t0可以被用作输入周期，以及该时钟CK最后的1/4t0可以被用作输出周期。频率信号被附加在最后的1/4t0上。这个最后的1/4t0周期也用于发送电源电压Vx。如图15C所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为脉冲宽度调制(PM)的信号输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为频率信号(f)输出。在这种情况下，在输入周期中，该脉冲宽度(“高电位低电平”(19V)周期)被设置为3/4t0，以及通过频率为“0”的频率信号，该控制信号被关闭。在输入周期中，该脉冲宽度被设置为1/4t0，以及通过频率为“f(例如几千赫)”的频率信号，该控制信号被接通。

如图15D所示，时钟CK最初的1/4t0可以用作输入周期，并且跟随该输入周期的该1/4t0可以被用作输出周期。最后的1/4t0周期被用于发送电源电压Vx。如图15D所示，监控信号可以在输入周期(i)中作为脉冲宽度调制(PM)的信号输入，以及控制信号可以在输出周期(o)中作为电流信号(I)输出。在这种情况下，在输入周期中(“高电位低电平”(19V)周期)，该脉冲宽度被设置为3/4t0，以防止出现该电流信号(降低该电流大约到漏电流)，以便在输出周期中关闭该控制信号。在输入周期中，该脉冲宽度被设置为1/4t0以允许出现(使电流Iis流动)该电流信号，以便在输出周期中接通该控制信号。在这个例子中，可以说最初的3/4t0是输入周期，因此似乎是该输入周期与输出周期重叠。但是，一个输入周期总是在一个输出周期之前开始的。

此外，如图16所示，可以对在中间站13中的线路驱动器137的结构进行改变。图16仅示出该中间站13的部分结构。在图16中，构成该线路驱动器137的npn晶体管Td被以pnp晶体管代替，并且在子站11(该子站输出单元14和子站输入单元15)中的连接的极性被反相。这个结构提供了与如上所述相同的效果。

可以在该中间站13中提供一个差错检查电路。该差错检查电路监控第一数据信号线路D+，以检查该线路的状态(检查故障，诸如短路)。该差错检查电路的结构可以是在日本专利特许公开No.03-006997中描述的那个。

此外，通过执行程序可以实现在中间站13和子站11中的操作，该程序在中间站13和子站11中的每个提供的CPU(中央处理单元)中执行如上所述的操作。

按照本发明，在控制和监控信号传输系统中提供了一个中间站代替控制器和主站，并且该中间站在相同的时钟周期中以简单的一一对应的关系，从传感器单元传送一个作为控制信号的监控信号给受控单元，以及附加电源到该信号上，从而消除对电源线的需要。

此外，按照本发明，在控制和监控信号传输系统中提供了一个中间站代替控制器和主站，其中该中间站分解时钟周期为一个输入周期和跟随该输入周期的输出周期，并且分别在相同时钟周期的输入周期和输出周期上附加来自传感器单元的监控信号和传送给受控单元的控制信号，以及在用于传送的时钟上附加电源，从而消除对电源线的需要。

因此，提供了简单、小型、容易维护和廉价的控制和监控信号传输系统，其代替该控制器和主站。此外，可以实现在受控单元和传感器单元之间快速、实质上双向的信号传输，并且监控信号和控制信号可以被输出到共有的数据信号线路上以及在该系统中双向传送。换句话说，在简单、小型、容易维护和廉价的控制和监控信号传输系统中，无需提供用于经由数据信号线路发送监控信号或者控制信号单独的周期，从而获得两倍于在常规的系统中的传送速率。同样，该监控和控制信号可以被传送进在受控设备中很小的布线空间之内。

Claims (10)

1.一种包括多个受控设备的控制和监控信号传输系统，多个受控设备中的每个包括受控单元和监控所述受控单元的传感器单元，所述控制和监控信号传输系统经由为所述多个受控设备所共有的数据信号线路把控制信号传送给所述受控单元以及从所述传感器单元传送监控信号，所述控制和监控信号传输系统包括：

中间站，被连接到所述数据信号线路，并且把从给定的受控设备发送的监控信号作为控制信号传送给与所述给定的受控设备相关联的受控设备；以及

多个子站，与所述多个受控设备相关联，并且被连接到所述数据信号线路和相关联的受控设备，

其中所述中间站包括：

用于产生预先确定的定时信号的定时产生装置，其与具有预先确定周期的时钟同步；

中间站输入单元，在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，检测附加在经由所述数据信号线路传送的串行脉冲电压信号上的监控信号；以及

中间站输出单元，在所述定时信号的控制下，获得所述监控信号作为所述控制信号，以及在所述时钟的每个周期中，按照控制数据信号的每个数据值，在所述串行脉冲电压信号上附加所述控制信号，以及在其中所述监控信号已经被提取的相同的周期中输出结果信号到所述数据信号线路上，

其中所述多个子站中的每个包括：

子站输入单元，在所述定时信号的控制下，按照来自与子站相关联的所述传感器单元的值产生监控数据信号，并在所述串行脉冲电压信号的预先确定的位置上附加所述监控数据信号作为所述监控信号的数据值；以及

子站输出单元，在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，从所述串行脉冲电压信号中提取所述控制数据信号的数据值，以及从数据值之中把对应于子站的数据提供给与该子站输出单元相关联的所述受控单元。

2.一种包括多个受控设备的控制和监控信号传输系统，多个受控设备中的每个包括受控单元和监控所述受控单元的传感器单元，所述控制和监控信号传输系统经由为所述多个受控设备所共有的数据信号线路把控制信号传送给所述受控单元，以及从所述传感器单元传送监控信号，所述控制和监控信号传输系统包括：

中间站，被连接到所述数据信号线路，并且把从给定的受控设备发送的监控信号作为控制信号传送给与所述给定的受控设备相关联的受控设备；以及

多个子站，与所述多个受控设备相关联，并且被连接到所述数据信号线路和相关联的受控设备，

其中所述中间站包括：

用于产生预先确定的定时信号的定时产生装置，其与具有预先确定周期的时钟同步；

中间站输入单元，在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，检测在输入周期中附加在经由所述数据信号线路传送的串行脉冲电压信号上的监控信号，所述周期至少被分为所述输入周期和跟随所述输入周期的输出周期；以及

中间站输出单元，在所述定时信号的控制下，获得监控信号作为控制信号，在所述时钟的每个周期中的所述输出周期中，在所述串行脉冲电压信号上附加所述控制信号，并输出结果信号到所述数据信号线路上，

其中所述多个子站中的每个包括：

子站输入单元，在所述定时信号的控制下，按照来自与子站相关联的所述传感器单元的值产生监控数据信号，并在时钟的所述输入周期中，在预先确定的位置处将所述监控数据信号附加在所述串行脉冲电压信号上作为所述监控信号的数据值；以及

子站输出单元，在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，在该周期的输出周期中提取附加在所述串行脉冲电压信号上的控制数据信号的数据值，并从数据值之中把对应于子站的数据提供给与子站输出单元相关联的所述受控单元。

3.根据权利要求1或2的控制和监控信号传输系统，其中：

所述中间站输出单元在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，按照从所述中间站输入单元输入的控制数据信号的每个数据值，改变在其中所述时钟处于非电源电压电平的周期和随后的其中所述时钟处于所述电源电压电平的周期之间的占空比，其中所述非电源电压电平低于电源电压并且高于在电路剩余部分的高电平信号，将所述控制数据信号转换为串行脉冲电压信号，并输出所述串行脉冲电压信号到所述数据信号线路上；

所述中间站输入单元在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，检测附加在经由所述数据信号线路传送的所述串行脉冲电压信号上的所述监控信号，从所述监控信号中提取每个数据值，将数据值转换为所述监控数据信号，并输入所述监控信号到所述中间站输出单元；

所述子站输出单元在所述定时信号的控制下，在所述时钟的每个周期中，识别在其中所述串行脉冲电压信号处于非电源电压电平的周期和随后的其中所述串行脉冲电压信号处于电源电压电平的周期之间的占空比，提取所述控制数据信号的数据值，并从数据值之中把与子站相关联的数据提供给所述受控单元；以及

所述子站输入单元在所述定时信号的控制下，按照来自与所述子站输入单元相关联的所述传感器单元的值产生监控数据信号，并将所述监控数据附加在所述串行脉冲电压信号的预先确定的位置上作为所述监控信号的数据值。

4.根据权利要求1或2的控制和监控信号传输系统，其中所述监控信号具有两个不同的电流电平，并且所述中间站输入单元将所述监控信号作为电流信号来检测，以从所述监控信号中提取数据值。

5.根据权利要求1或2的控制和监控信号传输系统，其中所述中间站输出单元经由所述数据信号线路发送充电电流给所述子站输出单元和所述子站输入单元。

6.根据权利要求5的控制和监控信号传输系统，其中所述子站输出单元和所述子站输入单元在非电源电压电平周期中切断流过所述数据信号线路的所述充电电流。

7.根据权利要求6的控制和监控信号传输系统，其中在所述非电源电压电平周期中，所述子站输入单元在其中所述子站输入单元切断流过所述数据信号线路的所述充电电流的周期中输出所述监控数据信号。

8.根据权利要求5的控制和监控信号传输系统，其中所述子站输出单元和所述子站输入单元包括通过所述充电电流充电的充电装置，并且在非电源电压电平周期中，切断流过所述数据信号线路的所述充电电流并对所述充电装置放电。

9.根据权利要求1或2的控制和监控信号传输系统，其中所述数据信号线路包括第一和第二数据信号线路，所述第二数据信号线路被设置处于作为参考电位的最低电位，所述第一数据信号线路被设置处于非电源电压电平或者作为电源电压的最高电位。

10.根据权利要求1或2的控制和监控信号传输系统，其中所述数据信号线路包括第一和第二数据信号线路，所述第一数据信号线路被设置处于作为参考电位的最高电位，所述第二数据信号线路被设置处于非电源电压电平或者作为电源电压的最低电位。

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