CN101312302A - 一种不间断电源并机信号的传输方法 - Google Patents

一种不间断电源并机信号的传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不间断电源并机信号传输方法,首先利用逻辑处理单元将并机信号串行化处理;然后进行使得各节点机器并机信号得以同步传输的总线式传输。采用本发明技术方案的不间断电源并机信号的串行传输方法,布线简单,在满足基本传输需求的同时,抗干扰能力强,能够保证信号传输的实时性和传输距离,且能够方便的识别并机线路故障。

Description

一种不间断电源并机信号的传输方法
技术领域
本发明涉及不间断电源领域,特别涉及一种不间断电源并机信号的传输方法。
背景技术
不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)是一种恒频、稳压、纯净、不间断的高品质电源,随着信息技术的高速发展和计算机的广泛应用,它已成为许多重要场合不可缺少的电源装置。为提高可靠性或者增加容量,多台UPS经常需要并联工作。并机信号的作用是使并机系统里的各UPS能够知道其它机器的工作状态,并根据这些状态,为自身的操作提供依据。为了确保快速且可靠的并联,需要保证大量信息在各UPS之间及时可靠的传输,且还需要有较长的传输距离,因此目前的并机通讯,一般都是把并机信号通过并行传输的方式来进行传输。尽管该传输方法具有简单、速度快的优点,但在传输距离、容错和布线等重要的方面都有较大的限制。
在以往的并机通讯方法里面,信号都是采用并行的方式进行传输。如图1所示,两台UPS并机,需要传输n(n>1)个并机信号,每一个信号通过二极管或者类似功能的电路在传输的同时实现信号的逻辑与,也就是“线与”,从而使得每一台机器能够得到其它机器的状态信息。图1中Sig_1_Tx和Sig_n_Tx表示UPS发送的并机信号1和并机信号n,Sig_1_Rx和Sig_n_Rx表示UPS接收的并机信号1和并机信号n。采用图1所示的方法进行并机通讯,能够快速的进行各UPS之间信号的交互,但所需要信号线的数量随着并机信号数量的增加而增加,在并机信号线数量大的情况下,布线就会变得很复杂,由此带来布线的不方便;而且一旦并机信号增加,将不得不重新设计硬件电路,缺少灵活性。另外,并行传输过程中易受干扰,无法满足长距离传输的要求;更重要的一点是,一旦某一个信号线与其它信号线短路,或者与电源/地短路,由于电路的局限性,系统将无法识别出来。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述问题,提出一种不间断电源并机信号传输方法,解决现有技术中布线不便、易受干扰、传输距离短且无法可靠的识别并机线路故障的问题。
为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种不间断电源并机信号传输方法,首先利用逻辑处理单元将并机信号串行化处理;然后进行使得各节点机器相同性质的并机信号得以同步传输的总线式传输。
进一步的,逻辑处理单元为CPLD或者FPGA或者微控制器。
进一步的,各节点机器包括主节点机器和从节点机器,主节点机器和从节点机器的区别可以通过上电竞争获得,也可以通过硬件配置获得。
更进一步的,主节点机器定时发送同步信息,而从节点机器实时接收同步信息;主节点发送完同步信息而从节点接收到正确的同步信息以后同步成功,然后各节点机器将按照相同的位顺序串行发送并机数据。
再进一步的,同步信息为一串与有效数据不会相同的字符串。
更进一步的,总线式传输是由“线与”电路单元实现的。
再进一步的,“线与”电路单元为CAN收发器。
更进一步的,总线式传输是由“线或”电路单元实现的。
再进一步的,“线或”电路单元为CAN收发器。
采用本发明技术方案的不间断电源并机信号的串行传输方法,布线简单,在满足基本传输需求的同时,抗干扰能力强,能够保证信号传输的实时性和传输距离,且能够方便的识别并机线路故障。
采用CPLD或者FPGA或者微控制器,可以方便的将并行信号转换成为串行信号,并保证实时性,同时上述逻辑控制器的选用也能够实现多并机单元所传输有效信号的同步,比采用离散逻辑器件来实现该功能有更高的效率和经济性。
在信号同步方面,出于成本的考虑,信号的同步没有采用额外的同步线进行同步,而是采用一串特殊的字符串作为同步信息,该特殊字符串与有效数据共用总线,但其码流不会与有效数据的相同,这也就能够保证各节点能够在连续不断的数据流中提取出同步信息,从而各节点在相同的时刻发送相同性质的有效数据到总线上,并接收总线上的有效信息。同步信息将由主节点发送,从节点只是接收同步信息。主从节点的划分可以有效的规划同步机制,减少总线竞争的开销。节点是主节点还是从节点既可以通过硬件配置获得,也可以通过上电竞争获得。
根据并机原理,各节点的状态信息需要进行实时的综合。如果在某一周期时间T内,总线上只能发送某一节点的状态信息,那对于N(N>=2)台并机的系统完成一次信息的综合就需要N*T个周期时间。但是如果采用“线与”或者“线或”电路单元,在一个周期时间T内,所有的节点都能够发送自己的状态信息,并且利用“线与”或者“线或”电路单元能够在同一个周期时间内获得最终的综合信息,这样的做法就大大节省了时间开销,提高了并机系统的实时性。同时,采用CAN收发器能够将并机信号转换成差分信号,信号的差分传输能极大的增加传输距离以及线路抗干扰能力。当然,对于传输距离较短,工作环境比较好的并机系统设计也可以采用普通的“线与”或者“线或”电路单元来替代CAN收发器,从而能够降低设备的成本。
附图说明
图1是现有技术中并机信号并行传输原理示意图;
图2是本发明具体实施方式并机信号串行化示意图;
图3是本发明具体实施方式并机信号串行传输示意框图;
图4是本发明具体实施方式信号同步传输示意图;
图5是本发明具体实施方式CAN物理总线电平示意图。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图详细介绍该方法的实现。
针对UPS并机需求,对并行离散信号的串行传输需要满足以下条件:
1、满足并机通信的实时性,确保并机系统的正常工作;
2、需要有合适的传输规范,以便能够从数据流里面提取有效信息;
3、所实现的总线具有逻辑“线或”或者“线与”功能,本实施例以“线与”为例;
4、确保组网的方便性、容错性,构成的总线具有良好的故障判断能力。
针对这些要求,本实施例采用一种CPLD(复杂可编程逻辑器件,Complex Programmable Logic Device)和CAN(Controller Area Network,控制器局部网)收发器来实现串行信号总线式高速传输的方法。
本实施例采用的技术方案如图2所示,在并机系统中,把每一台UPS机器的并机信号转换成串行信号以后再进行总线式传输。经过上述的处理,并机系统的连线框图如图3所示。
由图3可以看出,上述的做法可以将原本需要的n根信号线转换成1根或者2根信号线(差分传输时需要2根信号线),大大减少了传输线的数量。
采用上述的并机信号串行传输方法需要确保满足上面提到的四个条件。
对于传输的实时性,尽管串行传输比并行传输会有更多的时间开销,但通过合理的协议安排和传输速度的选择,串行传输完全能够满足并机系统的实时性要求,实现在规定的时间内完成对所有并机信号的交互。
对于提取有效信息,如图4所示,其意思为:在同一个时钟周期里面,UPS A和UPS B都发送的是Sig_1或者Sig_n,要实现上述的目的就需要做到UPS A与UPS B的时钟同步。为此,本发明实施例首先利用CPLD实现各UPS的主从机竞争,获得主机权利的机器将发送一串与并机信号数据不会相同的字符串作为同步信息,而获得从机权利的UPS将接收主机发送的同步信息。主机UPS发送完同步信息,并且从机UPS接收到正确的同步信息以后,表示同步成功,各UPS将按照相同顺序(Sig_1,Sig_2,......,Sig_n)串行发送并机数据。
而具有逻辑“线或”或者“线与”功能的总线传输功能则由CAN收发器来实现。对于通用的CAN总线来说,物理上采用差分方式来传输信号,其典型的时序图如图5所示,当总线电压差大于0.9V表示通讯信号的逻辑零电平(显性电平),而总线电压差小于0.5V时表示通讯信号的逻辑高电平(隐性电平)。CAN收发器是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。当收发器的发送端TXD输出是高电平时,如果总线上有其他节点的发送端TXD输出是低电平,则总线将呈现逻辑低电平,即节点在总线上的隐性特性被其它节点的显形特性所覆盖。也就是说,CAN收发器从逻辑上看,具有“线与”的能力。
在通用CAN总线通讯中,各个总线上的CAN节点将会利用总线的显性特性来避免冲突。当一个CAN节点发送隐形电平的时候,如果CAN控制器检测到总线上呈现为显性电平,将停止自身的发送行为,以免引起总线上数据的混淆。而本实施例则恰恰相反,由于电路中只存在CAN收发器而没有CAN控制器,各节点能够同时发送自身的并机信息,而不会因为冲突导致某些节点不发送,同时利用CAN收发器的“线与”能力,实现各并机信号在总线上的实时逻辑线与,从而达到各UPS的并机信号实时综合的目的。
从上面的分析可知,并机信号由并行传输转换成串行传输以后,在实际并机线路上传输的是脉冲信号,传输信号存在高低电平的变化,因此一旦CPLD检测到接收到的数据是持续恒定的电平,则可以判定该并机线路已经存在故障;而且由于采用CAN收发器,并机线路传输的是差分信号,在线路的传输距离以及抗干扰性能上都大大优于并行传输。
综上所述,该传输方法在满足并机信号基本传输需求的同时,能够保证信号传输的实时性和传输距离,且能够方便的识别并机线路故障。
实施例二
针对UPS并机需求,对并行离散信号的串行传输需要满足以下条件:
1、满足并机通信的实时性,确保并机系统的正常工作;
2、需要有合适的传输规范,以便能够从数据流里面提取有效信息;
3、所实现的总线具有逻辑“线或”或者“线与”功能,本实施例以“线与”为例;
4、确保组网的方便性、容错性,构成的总线具有良好的故障判断能力。
本实施例采用FPGA(Field Programmable Gate Array现场可编程逻辑阵列)和CAN(Controller Area Network,控制器局部网)收发器来实现串行信号总线式高速传输的方法。下面将详细介绍该方法的实现。
本实施例采用的技术方案如图2所示,在并机系统中,FPGA把每一台UPS机器的并行信号转换成串行信号以后再进行总线式传输。经过上述的处理,并机系统的连线框图如图3所示。
由图3可以看出,上述的做法可以将原本需要的n根信号线转换成1根或者2根信号线(差分传输时需要2根信号线),大大减少了传输线的数量。
采用上述的并机信号串行传输方法需要确保满足上面提到的四个条件。
对于传输的实时性,尽管串行传输比并行传输会有更多的时间开销,但通过合理的协议安排和传输速度的选择,串行传输完全能够满足并机系统的实时性要求,实现在规定的时间内完成对所有并机信号的交互。
对于提取有效信息,如图4所示,其意思为:在同一个时钟周期里面,UPS A和UPS B都发送的是Sig_1或者Sig_n,要实现上述的目的就需要做到UPS A与UPS B的时钟同步。为此,本发明实施例首先利用FPGA实现各UPS的主从机竞争,获得主机权利的机器将发送一串与并机信号数据不会相同的字符串作为同步信息,而获得从机权利的UPS将接收主机发送的同步信息。主机UPS发送完同步信息,并且从机UPS接收到正确的同步信息以后,表示同步成功,各UPS将按照相同顺序(Sig_1,Sig_2,......,Sig_n)串行发送并机数据。
而具有逻辑“线或”或者“线与”功能的总线传输功能则由CAN收发器来实现。对于通用的CAN总线来说,物理上采用差分方式来传输信号,其典型的时序图如图2所示,当总线电压差大于0.9V表示通讯信号的逻辑零电平(显性电平),而总线电压差小于0.5V时表示通讯信号的逻辑高电平(隐性电平)。CAN收发器是CAN协议控制器和物理总线之间的接口。当自身的TXD输入是高电平时,如果总线上有其他节点的发送端TXD输出是低电平,则总线将呈现逻辑低电平,即自身在总线上的隐性特性被其它节点的显形特性所覆盖。也就是说,CAN收发器从逻辑上看,具有“线与”的能力。
在通用CAN总线通讯中,各个总线上的CAN节点将会利用总线的显性特性来避免冲突,也就是说,当一个CAN节点自身发送隐形电平的时候,如果CAN控制器检测到总线上呈现为显性电平,将停止自身的发送行为,以免引起总线上数据的混淆。而本实施例则恰恰相反,由于电路中只存在CAN收发器而没有CAN控制器,各节点能够同时发送自身的并机信息,而不会因为冲突导致某些节点不发送,同时利用CAN收发器的“线与”能力,实现各并机信号在总线上的实时的逻辑线与,从而达到各UPS的并机信号实时综合的目的。
由上面的分析可知,并机信号由并行传输转换成串行传输以后,在实际并机线路上传输的是脉冲信号,传输信号存在高低电平的变化,因此一旦FPGA检测到接收到的数据是持续恒定的电平,则可以判定该并机线路已经存在故障;而且由于采用CAN收发器,并机线路传输的是差分信号,在线路的传输距离以及抗干扰性能上都大大优于并行传输。
综上所述,该传输方法在满足并机信号基本传输需求的同时,能够保证信号传输的实时性和传输距离,且也能够方便的识别并机线路故障。
此外可以用微控制器或者其它具有逻辑处理能力的IC来替换CPLD或者FPGA。也可以用其它具有“线或”或者“线与”功能的电路或者IC来替代CAN收发器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,首先利用逻辑处理单元将并机信号串行化处理;然后进行使得各节点机器并机信号得以同步传输的总线式传输。
2、根据权利要求1所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的逻辑处理单元为CPLD或者FPGA或者微控制器。
3、根据权利要求1所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的各节点机器包括主节点机器和从节点机器,所述的主节点机器是通过上电竞争或者硬件配置获得。
4、根据权利要求3所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的主节点机器定时发送同步信息,而所述的从节点机器实时接收同步信息;主节点发送完同步信息而从节点接收到正确的同步信息以后同步成功,然后各节点机器按照相同的位顺序串行发送并机数据。
5、根据权利要求4所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的同步信息为一串有别于有效数据的字符串。
6、根据权利要求1至5中任一所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的总线式传输是由“线与”电路单元实现的。
7、根据权利要求6所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的“线与”电路单元为CAN收发器。
8、根据权利要求1至5中任一所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的总线式传输是由“线或”电路单元实现的。
9、根据权利要求8所述的一种不间断电源并机信号传输方法,其特征在于,所述的“线或”电路单元为CAN收发器。
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