CN101404521B - 主从式直流载波通信系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种主从式直流载波通信系统。其中，主机包含主机时钟电路、主机电源系统、主机通信接口和主机控制模块；从机包含从机通信接口、整流电桥电路、储能模块、从机电源系统、从机时钟电路和从机控制模块。上述主机可为电子雷管起爆装置，从机可为电子雷管。上述主机通信接口可取为由单极性数据调制模块和单极性数据解调模块构成的单极性通信接口、或者由双极性数据调制模块和双极性数据解调模块构成的双极性通信接口，上述从机通信接口可包含从机数据调制模块和从机数据解调模块。本发明还提供了该系统中主机和从机的控制方法。如此技术方案，在主机向从机提供工作电源的同时，实现主、从机之间的双向数据交互，从而提高了系统的可维护性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种主从式直流载波通信系统及其控制方法。
背景技术
在工业控制领域的集中——分布式控制系统中，常采用PROFIBUS、LONWOKS、CAN、FF等工业现场控制总线。其特点在于，各分布式节点需要具备独立于总线的电源系统，而且总线极性必须连接准确，才能正常进行数据交互。
在载波通信系统中，目前常采用的是电力线载波通信系统，即主机把需传送的数据信息以高频波的方式加载在基频电力线上，从而实现向各节点的从机供给电源的同时完成数据的传输。这种系统的特点是各节点的从机需要有专用的、比较复杂的数据调制和数据解调模块，而且为了同时接收电源和数据，从机采用变压器隔离的方式提供自身工作需要的交流电源，通过整流、滤波等方式把外部提供的交流信号转换为从机工作需要的直流信号。
在诸如电子雷管网路、智能传感网路等系统中，维持各节点从机工作需要的能量较小，便于从机直接提供工作电源，有利于对网路的维护，而且需要从机的体积越小越好。因此，采用上述电力线载波通信系统构建网路存在以下缺陷：
1.各节点从机需要有专门的模块来收发数据，成本较高。
2.交流载波极大增加了从机电源系统的复杂性。
3.节点从机采用的各模块之间性能差异极大，如隔离变压器等模块难以集成。
基于上述考虑，在诸如电子雷管网路、智能传感网路等系统中，需采用直流载波通信的方式实现主从机之间的通信。专利文件ZL200420115361.2、ZL200420115363.1和ZL200420115362.7中给出了电子雷管通信接口的构成方式，简化了电路结构，减小了数据接收时对从机所储能量的消耗，提高了从机工作的可靠性并能同时保持较高的通信速率。但其技术方案仍存在以下问题：
1.采用电阻分压或稳压管整流的方式构成数据接收电路，导致从机功耗较大，增加了主机的负荷。
2.通信接口置于整流电桥之后，对于采用双极性数据高速传输的系统，不再适用。
专利ZL200420084237.4提供的从机通信接口中，采用专用模块实现数据的接收和发送，但可集成性较差，同样无法满足小型从机的应用要求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种双线无极性区分的、能在主机向从机提供直流工作电源的同时进行单工双向数据传输的主从式直流载波通信系统及其控制方法，从而最大程度地简化了主机和从机的设计和连接，使之适用于诸如电子雷管网路、智能传感网路等类似小型从机系统。
本发明的具体技术方案如下：
一种主从式直流载波通信系统，由一台主机、一台或者多台从机、以及连接主机和从机的信号总线组成，从机并联在由主机引出的信号总线之间。尤其是：
作为本发明主从式直流载波通信系统的一方面，主机可包含主机时钟电路、主机电源系统、主机通信接口、和主机控制模块。主机电源系统的工作电压输出端同时连接主机时钟电路、主机控制模块、和主机通信接口，主机电源系统的通信电压输出端连接到主机通信接口，其余一端接地。主机时钟电路一端连接主机控制模块，一端连接主机电源系统的工作电压输出端，其余一端接地。主机通信接口一端连接主机控制模块，一端连接主机电源系统的工作电压输出端，一端连接主机电源系统的通信电压输出端，一端接地，其余两端通向主机外部，构成信号总线。主机控制模块其余一端接地。
上述主机设计方案的优点在于：
其一，主机电源系统通过其工作电压输出端向主机内部各模块提供工作电源，通过通信电压输出端向从机提供供电电源，这就使得对从机的供电电源与其自身工作所需工作电源独立工作，从而避免了主机工作产生的噪声对主、从机之间的通信可能产生的影响。
其二，主机向从机提供直流电，从而避免了采用交流供电时所需的较为复杂的交/直流转换环节，因此从机中只需设计简单的线性电源系统即可，这就提高了从机的可靠性和可集成性。
作为本发明主从式直流载波通信系统的另一方面，从机包含从机通信接口、整流电桥电路、储能模块、从机电源系统、从机时钟电路、和从机控制模块。从机通信接口一端连接从机控制模块，一端连接从机电源系统的电源输出端，一端接地，其余两端分别连接到信号总线。整流电桥电路一端连接储能模块，一端接地，其余两端分别连接到信号总线。储能模块一端连接整流电桥电路，一端连接从机电源系统的电源输入端，其余一端接地。从机电源系统的电源输入端连接储能模块，电源输出端同时连接从机通信接口、从机时钟电路、和从机控制模块，其余一端接地。从机时钟电路一端连接从机电源系统的电源输出端，一端连接从机控制模块，其余一端接地。从机控制模块其余一端接地。
上述从机设计方案的优点在于：
其一，整流电桥电路的引入实现了从机对输入电源的极性转换，从而消除了传统网路通信系统对于极性连接的要求，实现了主机和从机之间双线式无极性的连接方式，简化了这种主从式网路系统的连接过程，避免了由网路连接错误导致的、从机加电损坏的可能性。
其二，从机通信接口与整流电桥电路并联到两根信号总线之间，一方面避免了整流电桥电路对于主从机之间数据传输速度的影响，另一方面使得从机可以同时接收单极性调制数据和双极性调制数据。
其三，从机中引入的储能模块用于储存主机提供的能量，这就使得从机处于无源工作模式，对于整个通信系统的能量补给只要向主机补给即可，从而降低了系统的供电复杂度，提高了系统的可维护性。同时，储能模块的引入还使得从机在与主机交互数据时，最大可能地保持了从机电源系统的稳定性，进而提高了整个通信系统的稳定性。
上述主机可体现为电子雷管起爆装置，从机可体现为电子雷管。以下对主机和从机的诸项具体技术方案亦适用于电子雷管起爆装置与电子雷管。
本发明中主机通信接口的一种技术方案在于，主机通信接口可取为单极性通信接口，其包括单极性数据调制模块和单极性数据解调模块。其具体连接关系有以下三种方案：
1.如图4，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据调制模块101的通信电压输入端10连接主机电源系统130的通信电压输出端32。单极性数据调制模块101的调制信号输出端11经由单极性数据解调模块102通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根，地线通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
2.如图5，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据解调模块102的其余两端分别连接主机电源系统130的通信电压输出端32和单极性数据调制模块101的通信电压输入端10，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根，地线通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
3.如图6，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据调制模块101的通信电压输入端10连接主机电源系统130的通信电压输出端32，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根。单极性数据解调模块102其余的两端，一端接地，另一端通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
上述单极性通信接口110用较为简单的方案，实现了在直流供电线上进行单工、双向的主从机数据交互。在以上三种方案中，单极性数据调制模块101、单极性数据解调模块102、以及由从机并联网络构成的主机100的输出负载，三者相当于串联连接在主机电源系统130的通信电压输出端32和地线之间，三者的不同连接顺序构成了以上三种不同方案。单极性数据调制模块101用于把主机100发出的数据以电压变化的形式加载在输出到从机的信号总线300上，单极性数据解调模块102用于提取从机以电流变化形式加载到信号总线300上的电流变化信息。
在以上单极性通信接口110的三种方案中，其中，单极性数据调制模块101可包含电子开关121和驱动模块111，如图7。驱动模块111一端连接主机电源系统130的工作电压输出端31，一端连接主机控制模块120，一端连接电子开关121的控制端1211，还有一端接地。电子开关121的两个输入端，一个接地，另一个与驱动模块111其余的一端连接，并共同通向单极性数据调制模块101外部，构成通信电压输入端10。电子开关121的输出端通向单极性数据调制模块101外部，构成调制信号输出端11。
上述单极性数据调制模块101的优点在于：主机100在向从机输出供电电源的同时，以供电电源有无的方式表达主机向从机发送的数据，以这种简单易行的技术方案实现了供电与数据传输的同步进行。
本发明中主机通信接口的另一种技术方案在于，主机通信接口为双极性通信接口，其包括双极性数据调制模块和双极性数据解调模块。其具体连接关系有以下三种方案：
1.如图8，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15连接主机电源系统130的通信电压输出端32。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，其中：调制信号输出端16经由双极性数据解调模块106通向双极性通信接口119外部，构成信号总线300的一根；调制信号输出端17直接通向双极性通信接口119外部，构成信号总线300的另一根。
2.如图9，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15，经由双极性数据解调模块106连接到主机电源系统130的通信电压输出端32。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，分别通向双极性通信接口119外部，各构成信号总线300中的一根。
3.如图11，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15连接主机电源系统130的通信电压输出端32。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，分别通向双极性通信接口119外部，各构成信号总线300中的一根。双极性数据调制模块105其余的端18连接双极性数据解调模块106。
在以上双极性通信接口119的第一种和第二种方案中，其中，双极性数据调制模块105包含两个驱动模块111和112、两个电子开关121和122、和反相器113，如图10。其中，两个驱动模块111和112、与反相器113共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，两个驱动模块111和112还与反相器113共同接地。反相器113的信号输入端与驱动模块111的信号输入端共同连接到主机控制模块120，反相器113的信号输出端连接到驱动模块112的信号输入端。驱动模块111的信号输出端连接到电子开关121的控制端，驱动模块112的信号输出端连接到电子开关122的控制端。电子开关121的一个输入端、电子开关122的一个输入端、驱动模块111的其余一端、以及驱动模块112的其余一端连接在一起，并共同通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的通信电压输入端15。电子开关121的另一个输入端与电子开关122的另一个输入端共同接地。两个电子开关121和122的输出端分别通向双极性数据调制模块外部，构成双极性数据调制模块的两个调制信号输出端16和17。
在以上双极性通信接口119的第三种方案中，其中，双极性数据调制模块105包含两个驱动模块111和112、两个电子开关121和122、和反相器113，如图12。两个驱动模块111和112、与反相器113共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，两个驱动模块111和112还与反相器113共同接地。反相器113的信号输入端与驱动模块111的信号输入端共同连接到主机控制模块120，反相器113的信号输出端连接到驱动模块112的信号输入端。驱动模块111的信号输出端连接到电子开关121的控制端，驱动模块112的信号输出端连接到电子开关122的控制端。电子开关121的一个输入端、电子开关122的一个输入端、驱动模块111的其余一端、以及驱动模块112的其余一端连接在一起，并共同通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的通信电压输入端15，连接到主机电源系统130的通信电压输出端32。电子开关121的另一个输入端与电子开关122的另一个输入端连接，并共同连接到双极性数据调制模块105外部的双极性数据解调模块106。两个电子开关121和122的输出端分别通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17。
以上双极性通信接口119的设计是对单极性通信接口110的进一步改进，通过采用双极性数据调制模块105，实现了在主机100向从机输出供电电源的同时，以提供相对于地线的正负电源的方式表达主机向从机发送的数据。其优点在于：在进行不同发送数据的切换，例如由发送数据0切换到发送数据1时，由于主机100输出电压的极性相反，因此，为信号总线300上等效电感或等效电容中残留的能量建立了相反方向的泄放通路，从而这种双极性通信接口可以达到的数据传输速率更快；信号幅度变化更大，抗干扰性能更高。
本发明中从机通信接口的一种技术方案在于，从机通信接口210包含从机数据调制模块201和从机数据解调模块202，从机数据解调模块202由两个从机数据解调电路212构成，如图13。两个从机数据解调电路212分别与两根信号总线300连接，两个从机数据解调电路212分别连接到从机控制模块220，两个从机数据解调电路212共同连接从机电源系统230的电源输出端35，两个从机数据解调电路212还共同接地。从机数据调制模块201一端连接从机控制模块220，一端接地，其余的两端分别连接到信号总线300。
上述从机通信接口210的优点在于：采用两个完全相同的、独立工作的从机数据解调电路212，而这两个从机数据解调电路212分别连接信号总线300，因此，从机200可以同时接收主机输出的单极性和双极性信号。这就使得从机针对不同的系统通信要求，具有较好的适应性和可移植性。
上述从机数据调制模块201可包含三个电阻215、216和217，两个NMOS管218和219，如图14。NMOS管218的漏极和衬底、NMOS管219的漏极和衬底、和电阻215的一端接地。NMOS管218的栅极、NMOS管219的栅极与电阻215的另一端相连，并共同连接到从机控制模块220。NMOS管218的源极经由电阻216连接到信号总线300的一根，NMOS管219的源极经由电阻217连接到信号总线300的另一根。
上述从机数据调制模块201实现了以电流消耗的变化的形式把需发送的数据加载到信号总线300上，其优点在于：由于上述NMOS管218、NMOS管219的源极和漏极分别连接到地线和信号总线300，因此降低了由于整流电桥电路的压降的个体差异对电流消耗变化的一致性的影响，使从机向主机发回的电流消耗的变化仅取决于总线300上的电压。
上述从机数据解调电路212可包含反相器205和电阻206，如图15。反相器205的一端连接从机电源系统230的电源输出端35，一端接地。反相器205的输入端连接信号总线300的一根，并经由电阻206接地。反相器205的输出端连接到从机控制模块220。
上述从机数据解调电路212结构极为简单，而且易于集成。利用电阻206的下拉作用，保证了在信号总线300处于正向电压、负向电压或零电压任一状态时，该从机数据解调电路212的输出均处于确定的状态，从而避免了反相器205的输入处于不确定状态时对从机中储能模块所储能量的消耗，进而提高了通信系统的可靠性。除此之外，当总线上数据变化时，电阻206还为总线上残留的电荷提供了泄放通路，进而提高了通信速率。
或者，上述从机数据解调电路212也可包含反相器205和NMOS管207，如图16。反相器205一端连接从机电源系统230的电源输出端35，一端接地，其余两端分别为输入端和输出端。NMOS管207的源极和衬底接地；其漏极与反相器205的输入端连接，并共同连接到信号总线300的一根；NMOS管207的栅极与反相器205的输出端连接，并共同连接到从机控制模块220。
上述从机数据解调电路212采用负反馈连接的NMOS管207取代下拉电阻206，其优点在于，避免了电阻206对主机提供的能量的消耗，提高了主机能量的利用效率。此外，利用NMOS管动态电阻的特点，在总线300的输入为低电平时，反相器205的输出为高电平，NMOS管207则处于导通状态。因此，当发送的通信数据使得总线300上的电压由高电平切换到低电平时，NMOS管207可以加速总线300上残留电荷的泄放，从而提高通信系统的通信速率。
上述技术方案中的反相器205优选取为施密特反相器。其好处在于，不论输入反相器的信号的状态切换是否缓慢，即电平转换过渡时间是否较长，反相器的输出边沿都比较陡峭，其输出的电平转换过渡时间极短。这就缩短了从机数据解调电路212后续处理电路的状态过渡时间，降低了从机的功耗。此外，施密特反相器具有良好的抗噪声性能，可以提高从机接收数据的稳定性。
本发明还提供了本主从式直流载波通信系统中主机的控制方法和从机的控制方法。
其中，主机控制方法包含以下步骤：
第一步，主机控制电子开关切换，向诸从机供电。
第二步，主机等待预设值时间，该时间须足以让从机完成初始化。
第三步，主机等待外部控制指令的输入。
第四步，获得外部控制指令后，判断该指令是否为对从机的指令：如果是，则执行第五步；否则，主机自行执行该指令，执行完毕后，返回第三步。
第五步，主机控制电子开关切换，向从机发送外部控制指令。
第六步，主机控制电子开关切换，向诸从机恢复供电。
第七步，判断外部控制指令是否为针对全部从机的全局指
令：如果是，则返回第三步；否则，进行第八步。
第八步，等待从机引起的、信号总线上的电流变化，提取该电流变化信息。
第九步，保存该电流变化信息。
第十步，返回到第三步。
其中，从机控制方法包含以下步骤：
步骤一，接受主机供电时，从机中的储能模块充电，同时建立从机的电源系统。
步骤二，从机系统初始化。
步骤三，读取从机的本机地址编码。
步骤四，等待来自于主机的外部控制指令。
步骤五，判断外部控制指令是否为全局指令：如果是，则执行该指令，然后回到步骤四；如果不是，则进行步骤六。
步骤六，判断外部控制指令是否为针对本从机的指令：如果不是，则回到步骤四；如果是，则进行步骤七。
步骤七，执行外部控制指令。
步骤八，把执行结果所产生的数据打包，然后把打包后的数据，以信号总线上的电流变化的形式逐位发送给主机。
步骤九，回到步骤四。
附图说明
图1为本发明主从式直流载波通信系统的网路连接图；
图2为本发明中主机的构成框图；
图3为本发明中从机的构成框图；
图4为本发明中单极性通信接口的第一种实施方式；
图5为本发明中单极性通信接口的第二种实施方式；
图6为本发明中单极性通信接口的第三种实施方式；
图7为本发明中单极性数据调制模块的构成框图；
图8为本发明中双极性通信接口的第一种实施方式；
图9为本发明中双极性通信接口的第二种实施方式；
图10为本发明中双极性数据调制模块的第一种实施方式；
图11为本发明中双极性通信接口的第三种实施方式；
图12为本发明中双极性数据调制模块的第二种实施方式；
图13为本发明中从机通信接口的构成框图；
图14为本发明中从机数据调制模块的构成框图；
图15为本发明中从机数据解调电路的第一种实施方式；
图16为本发明中从机数据解调电路的第二种实施方式；
图17为本发明主机控制方法和从机控制方法的流程图；
图18-1为本发明中单极性数据调制模块向从机发送数据的波形示意图；
图18-2为本发明中从机接收解调出的单极性数据的一路波形示意图；
图18-3为本发明中从机接收解调出的单极性数据的另一路波形示意图；
图19-1为本发明中双极性数据调制模块向从机发送数据的波形示意图；
图19-2为本发明中从机接收解调出的双极性数据的一路波形示意图；
图19-3为本发明中从机接收解调出的双极性数据的另一路波形示意图；
图20-1为本发明中从机调制发送数据的电压波形示意图；
图20-2为本发明中从机调制发送数据的电流波形示意图；
图21为本发明中单极性通信接口中电子开关的一种导通状态的示意图；
图22为本发明中双极性通信接口中电子开关的一种导通状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。
一种主从式直流载波通信系统，由一台主机100、一台或者多台从机200、以及连接主机100和从机200的信号总线300组成，一台或多台从机200彼此独立地并联在由主机100引出的信号总线300之间，如图1。
作为本发明主从式直流载波通信系统的一方面，主机100可包含主机时钟电路140、主机电源系统130、主机通信接口150、和主机控制模块120，如图2。具体连接关系描述如下：
(1)主机电源系统130的工作电压输出端31同时连接主机时钟电路140、主机控制模块120、和主机通信接口150，提供它们工作所需的能量。主机电源系统130的通信电压输出端32连接到主机通信接口150，通过主机通信接口150把从机200工作需要的能量输出到信号总线300上。主机电源系统130其余的一端接地。
(2)主机时钟电路140一端连接主机控制模块120，提供主机控制模块120工作需要的时钟信号；一端连接主机电源系统130的工作电压输出端31，接受主机电源系统130提供的工作电源；其余一端接地。
(3)主机通信接口150的一端连接主机控制模块120，该端一方面用于接收主机控制模块120的控制信号，从而通过信号总线300把从机200的工作电源或者需发送给从机200的数据发送到从机200上，另一方面用于将从信号总线300上提取到的从机200回送的数据信息发送给主机控制模块120进行处理。主机通信接口150的另一端连接主机电源系统130的工作电压输出端31，用于接受主机电源系统130提供的工作电压。主机通信接口150的再一端连接主机电源系统130的通信电压输出端32，用于接受主机电源系统130提供的通信电压。主机通信接口150还有一端接地，其余两端通向主机100外部，构成信号总线300，用于连接一个或多个从机。该信号总线300向从机200提供其工作需要的电源，并与从机200进行数据交换。
(4)主机控制模块120其余一端接地。
作为本发明主从式直流载波通信系统的另一方面，从机200包含从机通信接口210、整流电桥电路260、储能模块240、从机电源系统230、从机时钟电路250、和从机控制模块220，如图3。具体连接关系描述如下：
(1)从机通信接口210一端连接从机控制模块220，该端一方面用于将提取到的主机100加载到信号总线300上的数据发送到从机控制模块220进行处理，另一方面把从机控制模块220需要发送的数据信息加载到信号总线300上。从机通信接口210一端连接从机电源系统230的电源输出端35，用于接受从机电源系统230提供的工作电压和复位信号。从机通信接口210还有一端接地，其余两端分别连接到信号总线300，用于从总线300上提取信号或加载数据到总线300上。
(2)整流电桥电路260一端连接储能模块240，一端接地，其余两端分别连接到信号总线300。整流电桥电路260用于把主机100通过信号总线300提供给从机200的电源进行极性调整，并将电能储存到储能模块240中，供从机工作使用。
(3)储能模块240一端连接整流电桥电路260，用于接受整流电桥电路260输出的能量。储能模块240一端连接从机电源系统230的电源输入端36，用于在接收数据过程中、外部供电中断时，把储能模块240中储存的能量提供给从机电源系统230，由该从机电源系统230将其转换为从机200工作所需电压。储能模块240其余一端接地。
(4)从机电源系统230的电源输入端36连接储能模块240，电源输出端35同时连接从机通信接口210、从机时钟电路250、和从机控制模块220，其余一端接地。从机电源系统230用于把储能模块240中储存的能量转换为从机200工作所需电压，并将之提供给从机通信接口210、从机时钟电路250、和从机控制模块220。
(5)从机时钟电路250一端连接从机电源系统230的电源输出端35，接受从机电源系统230输出的工作电压；一端连接从机控制模块220，向从机控制模块220提供其工作的时钟信号；从机时钟电路250其余一端接地。
(6)从机控制模块220其余一端接地。
上述主机100可体现为电子雷管起爆装置，从机200可体现为电子雷管。以下对主机100和从机200的诸项具体技术方案亦适用于电子雷管起爆装置与电子雷管。
本发明中主机通信接口150的一种技术方案在于，主机通信接口150可取为单极性通信接口110，其包括单极性数据调制模块101和单极性数据解调模块102。其具体连接关系有以下三种实施方式：
1.如图4，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据调制模块101的通信电压输入端10连接主机电源系统130的通信电压输出端32。单极性数据调制模块101的调制信号输出端11经由单极性数据解调模块102通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根，地线通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
2.如图5，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据解调模块102的其余两端分别连接主机电源系统130的通信电压输出端32和单极性数据调制模块101的通信电压输入端10，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根，地线通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
3.如图6，单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。单极性数据调制模块101与单极性数据解调模块102还各有一端接地，即连接到地线。单极性数据调制模块101的通信电压输入端10连接主机电源系统130的通信电压输出端32，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的一根。单极性数据解调模块102其余的两端，一端接地，另一端通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根。
上述单极性通信接口110用较为简单的实施方式，实现了在直流供电线(即信号总线300)上进行单工、双向的主从机数据交互。在以上三种实施方式中，单极性数据调制模块101、单极性数据解调模块102、以及由从机并联网络构成的主机100的输出负载，三者相当于串联连接在主机电源系统130的通信电压输出端32和地线之间，参见图1，三者的不同连接顺序构成了以上三种不同实施方式。单极性数据调制模块101在不向从机200发送数据时，用于通过信号总线300给从机200提供工作需要的直流电源；在向从机200发送数据时，用于把主机100发出的数据以电压变化的形式加载在输出到从机200的信号总线300上，单极性数据解调模块102用于提取从机200以主机输出负载电流变化的形式加载到信号总线300上的电流变化信息。
在以上单极性通信接口110的三种实施方式中，其中，单极性数据调制模块101可包含电子开关121和驱动模块111，如图7。驱动模块111的一端连接主机电源系统130的工作电压输出端31，接收主机电源系统130输出的工作电压，为驱动模块111提供低边驱动电压。驱动模块111的另一端连接主机控制模块120，接收主机控制模块120输出的低压控制信号。该低压控制信号经由驱动模块111的变换作用后转换为高压控制信号。该高压控制信号通过驱动模块111与电子开关121连接的再一端，输出到电子开关121的控制端1211，控制电子开关121的闭合方向。驱动模块111还有一端接地。电子开关121的两个输入端，一个接地，另一个与驱动模块111其余的一端连接，并共同通向单极性数据调制模块101外部，构成通信电压输入端10。该通信电压输入端10用于接收单极性数据调制模块101的外部、由主机电源系统130直接或间接提供的较高通信电压，并为驱动模块111提供高边驱动电压。电子开关121的输出端通向单极性数据调制模块101外部，构成调制信号输出端11。在不发送数据状态，电子开关121的输出端11与构成通信电压输入端10的那一个输入端导通，如图21所示，调制信号输出端11输出通信电压的直流电；在发送数据状态，调制信号输出端11输出数据调制后的信号，如图18-1所示。
图7中单极性数据调制模块101与其外部单极性数据解调模块的连接，可体现为图中单极性数据解调模块1021、1022或者1023中的任意一种连接方式，即：单极性数据解调模块1021连接到单极性数据调制模块101的通信电压输入端10，对应图5所示实施方式；或者，单极性数据解调模块1022连接到单极性数据调制模块101的调制信号输出端11，对应图4所示实施方式；或者，单极性数据解调模块1023一端从单极性数据调制模块101外部接地，另一端通向单极性通信接口110外部构成信号总线300的另一根，对应图6所示实施方式。图7中单极性数据解调模块的其余连接关系与图4、图5或图6中的一致，不再赘述。
在单极性通信接口110中，主机100在向从机200输出供电电源的同时，以供电电源的有无表达主机100向从机200发送的数据1或0。其工作原理描述为：
1.在不向诸从机200发送数据或不接收诸从机200返回的数据时，在驱动模块111的驱动作用下，主机控制模块120输出到驱动模块111的低电平控制信号被转换为高电平控制信号，并输出到电子开关121的控制端1211，从而使得电子开关121的连接到通信电压输入端10的支路闭合，如图21所示。此时，主机100通过信号总线300对诸从机200输出直流电源。
2.当需发送数据1时，主机控制模块120向驱动模块111发送低电平的表达数据1的控制信号；经驱动模块111的驱动作用后，高电平的表达数据1的信号被发送到电子开关121的控制端1211；电子开关121的连接到通信电压输入端10的支路闭合，参见图21。因此，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11输出通信电压。
3.当需发送数据0时，主机控制模块120向驱动模块111发送低电平的表达数据0的控制信号；经驱动模块111的驱动作用后，高电平的表达数据0的信号被发送到电子开关121的控制端1211；电子开关121的连接到地线的支路闭合。因此，单极性数据调制模块101的调制信号输出端11输出零电压。
依据上述单极性通信接口110的工作原理，单极性数据调制模块101输出的调制信号可表现为图18-1所示波形。图中，VIN为主机100输出到从机的通信电压值。信号总线300上的电压在通信电压VIN和零之间变化。
本发明中主机通信接口150的另一种技术方案在于，主机通信接口150可取为双极性通信接口119，其包括双极性数据调制模块105和双极性数据解调模块106。其具体连接关系有以下三种实施方式：
1.如图8，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15连接主机电源系统130的通信电压输出端32，用于接收主机电源系统130输出的通信电压。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，其中：调制信号输出端16经由双极性数据解调模块106通向双极性通信接口119外部，构成信号总线300的一根；调制信号输出端17直接通向双极性通信接口119外部，构成信号总线300的另一根。上述双极性数据解调模块106用于提取信号总线300上、由诸从机200构成的主机输出负载引起的电流变化信息。
2.如图9，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15，经由双极性数据解调模块106连接到主机电源系统130的通信电压输出端32。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，分别通向双极性通信接口119外部，各构成信号总线300中的一根。上述双极性数据解调模块106用于提取信号总线300上、由诸从机200构成的主机输出负载引起的、主机电源系统130的输出电流的变化信息。
3.如图11，双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，由主机电源系统130供电。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106各有一端分别连接主机控制模块120，与主机控制模块120进行数据交互。双极性数据调制模块105与双极性数据解调模块106还各有一端接地。双极性数据调制模块105的通信电压输入端15连接主机电源系统130的通信电压输出端32。双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17，分别通向双极性通信接口119外部，各构成信号总线300中的一根。双极性数据调制模块105其余的端18连接双极性数据解调模块106。双极性数据解调模块106用于提取信号总线300上的、经由双极性数据调制模块105回到主机电源系统130的电源参考地的、由诸从机200构成的主机输出负载引起的、主机电源系统130的输出电流的变化信息。
在图8和图9所示双极性通信接口119的实施方式中，其中，双极性数据调制模块105包含两个驱动模块111和112、两个电子开关121和122、和反相器113，如图10。其中，两个驱动模块111和112、与反相器113共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，两个驱动模块111和112还与反相器113共同接地。反相器113的信号输入端与驱动模块111的信号输入端共同连接到主机控制模块120，反相器113的信号输出端连接到驱动模块112的信号输入端。驱动模块111的信号输出端连接到电子开关121的控制端1211，驱动模块112的信号输出端连接到电子开关122的控制端1221。电子开关121的一个输入端、电子开关122的一个输入端、驱动模块111的其余一端、以及驱动模块112的其余一端连接在一起，并共同通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的通信电压输入端15。电子开关121的另一个输入端与电子开关122的另一个输入端共同接地。两个电子开关121和122的输出端分别通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17。
图10中双极性数据调制模块105外部的双极性数据解调模块，可体现为图中双极性数据解调模块1061或者1062中的任意一种连接方式，即：双极性数据解调模块1061连接到双极性数据调制模块105的通信电压输入端15，对应图9所示实施方式；或者，双极性数据解调模块1062连接到双极性数据调制模块105的调制信号输出端16或者17，对应图8所示实施方式。图10中双极性数据解调模块的其余连接关系与图8或图9中的一致，不再赘述。
在图11所示双极性通信接口119的实施方式中，其中，双极性数据调制模块105包含两个驱动模块111和112、两个电子开关121和122、和反相器113，如图12。两个驱动模块111和112、与反相器113共同连接到主机电源系统130的工作电压输出端31，两个驱动模块111和112还与反相器113共同接地。反相器113的信号输入端与驱动模块111的信号输入端共同连接到主机控制模块120，反相器113的信号输出端连接到驱动模块112的信号输入端。驱动模块111的信号输出端连接到电子开关121的控制端1211，驱动模块112的信号输出端连接到电子开关122的控制端1221。电子开关121的一个输入端、电子开关122的一个输入端、驱动模块111的其余一端、以及驱动模块112的其余一端连接在一起，并共同通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的通信电压输入端15，连接到主机电源系统130的通信电压输出端32。电子开关121的另一个输入端与电子开关122的另一个输入端连接，并共同连接到双极性数据调制模块105外部的双极性数据解调模块106。两个电子开关121和122的输出端分别通向双极性数据调制模块105外部，构成双极性数据调制模块105的两个调制信号输出端16和17。
在双极性通信接口119中，对单极性通信接口110的进一步改进，主机100在向从机200输出供电电源的同时，以提供相对于地线的正负电源的方式表达主机100向从机200发送的数据1或0。其工作原理描述为：
1.在不向诸从机200发送数据或不接收诸从机200返回的数据时，在驱动模块111和112的驱动作用下，主机控制模块120输出到驱动模块111和经由反相器113输出到驱动模块112的低电平控制信号被转换为高电平控制信号，并分别输出到电子开关121的控制端1211和电子开关122的控制端1221，从而使得电子开关121的连接到通信电压输入端15的支路闭合、电子开关122的连接到地线的支路闭合，如图22所示。此时，主机100通过信号总线300对诸从机200输出直流电源。
2.当需向诸从机200发送数据1时，主机控制模块120向驱动模块111、反相器113发出低电平的表达数据1的控制信号。该信号经驱动模块111的驱动作用后变换为高电平控制信号，该高电平的表达数据1的信号被发送到电子开关121的控制端1211。同时，主机控制模块120输出的低电平的表达数据1的控制信号经反相器113后成为低电平的表达数据0的控制信号，被输入到驱动模块112的信号输入端。经驱动模块112的驱动作用后，高电平的表达数据0的信号被发送到电子开关122的控制端1221。因此，电子开关121的连接到通信电压输入端15的支路闭合，电子开关122的连接到地线的支路闭合。因此，调制信号输出端17输出通信电压，调制信号输出端16输出零电压。
3.当需向诸从机200发送数据0时，主机控制模块120向驱动模块111、反相器113发出低电平的表达数据0的控制信号。该信号经驱动模块111的驱动作用后变换为高电平控制信号，该高电平的表达数据0的信号被发送到电子开关121的控制端1211。同时，主机控制模块120输出的低电平的表达数据0的控制信号经反相器113后成为低电平的表达数据1的控制信号，被输入到驱动模块112的信号输入端。经驱动模块112的驱动作用后，高电平的表达数据1的信号被发送到电子开关122的控制端1221。因此，电子开关121的连接到地线的支路闭合，电子开关122的连接到通信电压输入端15的支路闭合。因此，调制信号输出端17输出零电压，调制信号输出端16输出通信电压，即，主机100在信号总线300上输出了同发送数据1时电压极性相反的电压信号。
依据上述双极性通信接口119的工作原理，双极性数据调制模块105输出的调制信号可表现为图19-1所示波形。图中，VIN为主机100输出到从机的通信电压值。信号总线300上的电压在正向通信电压VIN和负向通信电压VIN之间变化。
上述图7、图10、图12中的驱动模块可采用诸如74LS4245和IR53HD420等采用一个低电压和一个高电压双工作电源的、可把低压输入信号转换为高压输出信号的电路模块。上述单极性数据解调模块102和双极性数据解调模块106可采用诸如电阻、电感等可把输入的电流变化信息转换为电压变化信息输出的器件。
本发明中从机通信接口210的一种技术方案在于，从机通信接口210包含从机数据调制模块201和从机数据解调模块202，从机数据解调模块202由两个从机数据解调电路212构成，如图13。具体连接关系描述如下：
(1)两个从机数据解调电路212分别与两根信号总线300连接，用于分别取样两根信号总线300上的电压变化信息。两个从机数据解调电路212分别连接到从机控制模块220，用于把从信号总线300上取样到的信息发送给从机控制模块220进行处理。两个从机数据解调电路212共同连接从机电源系统230的电源输出端35，用于接收从机电源系统230提供的工作电源，以使得输出给从机控制模块220的信号电平与从机控制模块220的工作电压基本相同。两个从机数据解调电路212还共同接地。
(2)从机数据调制模块201一端连接从机控制模块220，一端接地，其余的两端分别连接到信号总线300。从机数据调制模块201用于把从机控制模块220发出的、以高低电平表达的数据信息，转换为该从机的消耗电流的变化，并加载到信号总线300上，以发送给主机100。
上述从机数据调制模块201可包含三个电阻215、216和217，两个NMOS管218和219，如图14。其中，电阻215为NMOS管218和219的栅极提供下拉驱动，电阻216和217用于实现电压变化信息向消耗电流变化信息的转换。NMOS管218的漏极和衬底、NMOS管219的漏极和衬底、和电阻215的一端接地。NMOS管218的栅极、NMOS管219的栅极与电阻215的另一端相连，并共同连接到从机控制模块220。NMOS管218的源极经由电阻216连接到信号总线300的一根，NMOS管219的源极经由电阻217连接到信号总线300的另一根。
上述从机数据调制模块201实现了以消耗电流的变化的形式把需发送的数据加载到信号总线300上，其工作原理描述为：
(1)当发送数据1时，从机控制模块输出高电平控制信号，则NMOS管218和219的栅极电压为高，NMOS管218和219导通。此时，由该从机200引起的总线300上的电流为：总线电压除以电阻216和217的阻值之和，该电流远大于从机200的正常工作电流。例如，当从机200体现为电子雷管时，该电流为毫安量级，而电子雷管的正常工作电流为微安量级。
(2)当发送数据0时，从机控制模块输出低电平控制信号，NMOS管218和219的栅极电压为低，NMOS管218和219截止，则此时由该从机200引起的总线300上的电流为从机200的正常工作电流。
基于以上工作原理，图20-1给出了从机控制模块220输出的电压控制信号，此即为需发送给主机通信接口150的数据信息。经从机数据调制模块201作用后，该电压信号被转换为电流消耗信息发送到信号总线300上，如图20-2所示。图20-1中，VCC即为从机200的工作电压。图20-2中，电流IH为从机200向主机100发送数据1时的消耗电流，电流IL为从机200向主机100发送数据0时的消耗电流，亦即从机200的正常工作电流。
上述从机数据解调电路212可包含反相器205和电阻206，如图15。反相器205用于提取信号总线300上的数据信息，其一端连接从机电源系统230的电源输出端35，一端接地。反相器205的输入端连接信号总线300的一根，并经由电阻206接地。电阻206用于为反相器205的输入提供下拉驱动，一方面避免了在总线300由于意外断开时，反相器205的输入处于不确定状态；同时，当总线上数据变化时，为总线上残留的电荷提供泄放通路，以提高通信速率。反相器205的输出端连接到从机控制模块220。
或者，上述从机数据解调电路212也可包含反相器205和NMOS管207，如图16。反相器205一端连接从机电源系统230的电源输出端35，一端接地，其余两端分别为输入端和输出端。NMOS管207为反相器205的输入端提供负反馈，其源极和衬底接地；其漏极与反相器205的输入端连接，并共同连接到信号总线300的一根；NMOS管207的栅极与反相器205的输出端连接，并共同连接到从机控制模块220。当总线300上电压为高时，反相器205输出为低，NMOS管207截止。当总线电压由高到低变化时，反相器205的输出电压随之由低到高变化，NMOS管207的栅极电压也随之由低到高变化。此时，NMOS管207由截止区经由可变电阻区进入饱和导通区，逐步泄放总线残留电荷。而当总线由于意外而断开时，由于NMOS管207的存在，可以使反相器205的输入处于确定的低电平状态。
对于单极性通信接口110输出的单极性数据，即图18-1的波形图所示的数据，两个从机数据解调电路212的输出分别为图18-2和图18-3所示的波形图。图中，VCC为从机200的工作电压。从机数据解调模块202将图18-1所示的单极性数据解调为一路与输入的调制信号变化趋势对应、在工作电压VCC和零电平之间变化的脉冲信号和一路零电平信号。
对于双极性通信接口119输出的双极性数据，即图19-1的波形图所示的数据，两个从机数据解调电路212的输出分别为图19-2和图19-3所示的波形图。图中，VCC为从机200的工作电压。从机数据解调模块202将图19-1所示的双极性数据解调为一路与输入的调制信号变化趋势相反、在工作电压VCC和零电平之间变化的脉冲信号和一路与输入的调制信号变化趋势对应、在工作电压VCC和零电平之间变化的脉冲信号。
上述技术方案中的反相器205优选取为施密特反相器，从而使得不论输入反相器的信号的状态切换是否缓慢，即电平转换过渡时间是否较长，反相器的输出边沿都比较陡峭，其输出的电平转换过渡时间极短。这就缩短了从机数据解调电路212后续处理电路的状态过渡时间，降低了从机200的功耗。此外，施密特反相器具有良好的抗噪声性能，可以提高从机200接收数据的稳定性。
本发明还提供了本主从式直流载波通信系统中主机100的控制方法和从机200的控制方法，如图17。
其中，主机100控制方法包含以下步骤：
第一步，主机控制模块120向主机通信接口150发送信号，控制主机通信接口150中的电子开关121(或121和122)切换，使得主机通信接口150输出通信电压，向诸从机200供电。
第二步，主机控制模块120等待预设值时间，该时间须足以让从机200完成初始化。
第三步，主机100等待外部控制指令的输入。
第四步，获得外部控制指令后，主机控制模块120判断该指令是否为对从机200的指令：如果是，则执行第五步；否则，主机100自行执行该指令，执行完毕后，返回第三步。
第五步，主机控制模块120控制电子开关切换，向从机200发送外部控制指令。
第六步，主机控制模块120控制电子开关切换，向诸从机200恢复供电。
第七步，判断外部控制指令是否为针对全部从机200的全局指令：如果是，则返回第三步；否则，进行第八步。
第八步，等待从机200引起的、信号总线300上的电流变化，提取该电流变化信息。
第九步，保存该电流变化信息。
第十步，返回到第三步。
其中，从机200控制方法包含以下步骤：
步骤一，接受主机100供电时，从机200中的储能模块240充电，同时建立从机200的电源系统。
步骤二，从机200系统进行初始化。
步骤三，从机控制模块220读取本从机的地址编码。
步骤四，等待来自于主机100的外部控制指令。
步骤五，判断外部控制指令是否为全局指令：如果是，则执行该指令，然后回到步骤四；如果不是，则进行步骤六。
步骤六，判断外部控制指令是否为针对本从机200的指令：如果不是，则回到步骤四；如果是，则进行步骤七。
步骤七，执行外部控制指令。
步骤八，把执行结果所产生的数据打包，然后把打包后的数据，以信号总线300上的电流变化的形式逐位发送给主机100。
步骤九，回到步骤四。
Claims (21)
1.一种主从式直流载波通信系统，由一台主机、一台或者多台从机、以及连接所述主机和所述从机的信号总线组成，所述从机并联在由所述主机引出的所述信号总线之间，其特征在于：
所述主机包含主机时钟电路、主机电源系统、主机通信接口、和主机控制模块，
所述主机电源系统的工作电压输出端同时连接所述主机时钟电路、所述主机控制模块、和所述主机通信接口，所述主机电源系统的通信电压输出端连接到所述主机通信接口，其余一端接地；
所述主机时钟电路一端连接所述主机控制模块，一端连接所述主机电源系统的所述工作电压输出端，其余一端接地；
所述主机通信接口一端连接所述主机控制模块，一端连接所述主机电源系统的所述工作电压输出端，一端连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端，一端接地，其余两端通向所述主机外部，构成所述信号总线；所述主机控制模块其余一端接地；
所述从机包含从机通信接口、整流电桥电路、储能模块、从机电源系统、从机时钟电路、和从机控制模块，
所述从机通信接口一端连接所述从机控制模块，一端连接所述从机电源系统的电源输出端，一端接地，其余两端分别连接到所述信号总线；
所述整流电桥电路一端连接所述储能模块，一端接地，其余两端分别连接到所述信号总线；
所述储能模块一端连接所述整流电桥电路，一端连接所述从机电源系统的电源输入端，其余一端接地；
所述从机电源系统的所述电源输入端连接所述储能模块，所述电源输出端同时连接所述从机通信接口、所述从机时钟电路、和所述从机控制模块，其余一端接地；
所述从机时钟电路一端连接所述从机电源系统的所述电源输出端，一端连接所述从机控制模块，其余一端接地；
所述从机控制模块其余一端接地。
2.按照权利要求1所述的通信系统，其特征在于：
所述主机为电子雷管起爆装置，所述从机为电子雷管。
3.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为单极性通信接口，其包括单极性数据调制模块和单极性数据解调模块，
所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块还各有一端接地，即连接到地线；
所述单极性数据调制模块的通信电压输入端连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端，所述单极性数据调制模块的调制信号输出端经由所述单极性数据解调模块通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的一根，所述地线通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的另一根。
4.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为单极性通信接口，其包括单极性数据调制模块和单极性数据解调模块，
所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块还各有一端接地，即连接到地线；
所述单极性数据解调模块的其余两端分别连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端和所述单极性数据调制模块的通信电压输入端，所述单极性数据调制模块的调制信号输出端通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的一根，所述地线通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的另一根。
5.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为单极性通信接口，其包括单极性数据调制模块和单极性数据解调模块，
所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述单极性数据调制模块与所述单极性数据解调模块还各有一端接地，即连接到地线；
所述单极性数据调制模块的通信电压输入端连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端，所述单极性数据调制模块的调制信号输出端通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的一根；所述单极性数据解调模块其余的两端，一端接地，另一端通向所述单极性通信接口外部构成所述信号总线的另一根。
6.按照权利要求3所述的通信系统，其特征在于：
所述单极性数据调制模块包含一个电子开关一和一个驱动模块，
所述驱动模块一端连接所述主机电源系统的所述工作电压输出端，一端连接所述主机控制模块，一端连接所述电子开关一的控制端，还有一端接地；
所述电子开关一的两个输入端，一个接地，另一个与所述驱动模块其余的一端连接，并共同通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述通信电压输入端；所述电子开关一的输出端通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述调制信号输出端。
7.按照权利要求4所述的通信系统，其特征在于：
所述单极性数据调制模块包含一个电子开关一和一个驱动模块，
所述驱动模块一端连接所述主机电源系统的所述工作电压输出端，一端连接所述主机控制模块，一端连接所述电子开关一的控制端，还有一端接地；
所述电子开关一的两个输入端，一个接地，另一个与所述驱动模块其余的一端连接，并共同通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述通信电压输入端；所述电子开关一的输出端通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述调制信号输出端。
8.按照权利要求5所述的通信系统，其特征在于：
所述单极性数据调制模块包含一个电子开关一和一个驱动模块，
所述驱动模块一端连接所述主机电源系统的所述工作电压输出端，一端连接所述主机控制模块，一端连接所述电子开关一的控制端，还有一端接地；
所述电子开关一的两个输入端，一个接地，另一个与所述驱动模块其余的一端连接，并共同通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述通信电压输入端；所述电子开关一的输出端通向所述单极性数据调制模块外部，构成所述调制信号输出端。
9.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为双极性通信接口，其包括双极性数据调制模块和双极性数据解调模块，
所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块还各有一端接地；
所述双极性数据调制模块的通信电压输入端连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端，所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端，一个经由所述双极性数据解调模块通向所述双极性通信接口外部，构成所述信号总线的一根，另一个直接通向所述双极性通信接口外部，构成所述信号总线的另一根。
10.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为双极性通信接口，其包括双极性数据调制模块和双极性数据解调模块，
所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块还各有一端接地；
所述双极性数据调制模块的通信电压输入端，经由所述双极性数据解调模块连接到所述主机电源系统的所述通信电压输出端，所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端，分别通向所述双极性通信接口外部，各构成所述信号总线中的一根。
11.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述主机通信接口为双极性通信接口，其包括双极性数据调制模块和双极性数据解调模块，
所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端，由所述主机电源系统供电；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块各有一端分别连接所述主机控制模块，与所述主机控制模块进行数据交互；所述双极性数据调制模块与所述双极性数据解调模块还各有一端接地；
所述双极性数据调制模块的通信电压输入端连接所述主机电源系统的所述通信电压输出端；所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端，分别通向所述双极性通信接口外部，各构成所述信号总线中的一根；所述双极性数据调制模块其余一端连接所述双极性数据解调模块。
12.按照权利要求9所述的通信系统，其特征在于：
所述双极性数据调制模块包含两个驱动模块、两个电子开关、和一个反相器，分别为驱动模块一、驱动模块二、电子开关一、和电子开关二，
两个所述驱动模块和所述反相器共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端；两个所述驱动模块和所述反相器还共同接地；所述反相器的信号输入端与所述驱动模块一的信号输入端共同连接到所述主机控制模块，所述反相器的信号输出端连接到所述驱动模块二的信号输入端；所述驱动模块一的信号输出端连接到所述电子开关一的控制端，所述驱动模块二的信号输出端连接到所述电子开关二的控制端；
所述电子开关一的一个输入端、所述电子开关二的一个输入端、所述驱动模块一的其余一端、以及所述驱动模块二的其余一端连接在一起，并共同通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的通信电压输入端；所述电子开关一的另一个输入端与电子开关二的另一个输入端共同接地；两个所述电子开关的输出端分别通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端。
13.按照权利要求10所述的通信系统，其特征在于：
所述双极性数据调制模块包含两个驱动模块、两个电子开关、和一个反相器，分别为驱动模块一、驱动模块二、电子开关一、和电子开关二，
两个所述驱动模块和所述反相器共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端；两个所述驱动模块和所述反相器还共同接地；所述反相器的信号输入端与所述驱动模块一的信号输入端共同连接到所述主机控制模块，所述反相器的信号输出端连接到所述驱动模块二的信号输入端；所述驱动模块一的信号输出端连接到所述电子开关一的控制端，所述驱动模块二的信号输出端连接到所述电子开关二的控制端；
所述电子开关一的一个输入端、所述电子开关二的一个输入端、所述驱动模块一的其余一端、以及所述驱动模块二的其余一端连接在一起，并共同通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的通信电压输入端；所述电子开关一的另一个输入端与电子开关二的另一个输入端共同接地；两个所述电子开关的输出端分别通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端。
14.按照权利要求11所述的通信系统，其特征在于：
所述双极性数据调制模块包含两个驱动模块、两个电子开关、和一个反相器，分别为驱动模块一、驱动模块二、电子开关一、和电子开关二，
两个所述驱动模块和所述反相器共同连接到所述主机电源系统的所述工作电压输出端；两个所述驱动模块和所述反相器还共同接地；所述反相器的信号输入端与所述驱动模块一的信号输入端共同连接到所述主机控制模块，所述反相器的信号输出端连接到所述驱动模块二的信号输入端；所述驱动模块一的信号输出端连接到所述电子开关一的控制端，所述驱动模块二的信号输出端连接到所述电子开关二的控制端；
所述电子开关一的一个输入端、所述电子开关二的一个输入端、所述驱动模块一的其余一端、以及所述驱动模块二的其余一端连接在一起，并共同通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的通信电压输入端，连接到所述主机电源系统的所述通信电压输出端；所述电子开关一的另一个输入端与电子开关二的另一个输入端连接，并共同连接到所述双极性数据调制模块外部的所述双极性数据解调模块；两个所述电子开关的输出端分别通向所述双极性数据调制模块外部，构成所述双极性数据调制模块的两个调制信号输出端。
15.按照权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于：
所述从机通信接口包含从机数据调制模块和从机数据解调模块，所述从机数据解调模块由两个从机数据解调电路构成，
两个所述从机数据解调电路分别与两根所述信号总线连接，两个所述从机数据解调电路分别连接到所述从机控制模块，两个所述从机数据解调电路共同连接所述从机电源系统的所述电源输出端，两个所述从机数据解调电路还共同接地；
所述从机数据调制模块一端连接所述从机控制模块，一端接地，其余的两端分别连接到所述信号总线。
16.按照权利要求15所述的通信系统，其特征在于：
所述从机数据调制模块包含三个电阻，两个NMOS管，分别为电阻一、电阻二、电阻三、NMOS管一、和NMOS管二，
所述NMOS管一的漏极和衬底、所述NMOS管二的漏极和衬底、和所述电阻一的一端接地；所述NMOS管一的栅极、所述NMOS管二的栅极与所述电阻一的另一端相连，并共同连接到所述从机控制模块；所述NMOS管一的源极经由所述电阻二连接到所述信号总线的一根，所述NMOS管二的源极经由所述电阻三连接到所述信号总线的另一根。
17.按照权利要求15所述的通信系统，其特征在于：
所述从机数据解调电路包含一个反相器和一个电阻四，
所述反相器的一端连接所述从机电源系统的电源输出端，一端接地；所述反相器的输入端连接所述信号总线的一根，并经由所述电阻四接地；所述反相器的输出端连接到所述从机控制模块。
18.按照权利要求15所述的通信系统，其特征在于：
所述从机数据解调电路包含一个反相器和一个NMOS管三，
所述反相器一端连接所述从机电源系统的所述电源输出端，一端接地，其余两端分别为输入端和输出端；
所述NMOS管的源极和衬底接地；其漏极与所述反相器的所述输入端连接，并共同连接到所述信号总线的一根；所述NMOS管的栅极与所述反相器的所述输出端连接，并共同连接到所述从机控制模块。
19.按照权利要求17或18所述的通信系统，其特征在于：
所述反相器为施密特反相器。
20.一种如权利要求1～19之任一所述的主从式直流载波通信系统中的主机控制方法，其特征在于：
第一步，所述主机控制电子开关切换，向诸所述从机供电；
第二步，主机等待预设值时间，该时间须足以让所述从机完成初始化；
第三步，所述主机等待外部控制指令的输入；
第四步，获得所述外部控制指令后，判断该指令是否为对从机的指令：如果是，则执行第五步；否则，所述主机自行执行该指令，执行完毕后，返回所述第三步；
第五步，所述主机控制所述电子开关切换，向所述从机发送所述外部控制指令；
第六步，所述主机控制所述电子开关切换，向诸所述从机恢复供电；
第七步，判断所述外部控制指令是否为针对全部从机的全局指令：如果是，则返回所述第三步；否则，进行第八步；
第八步，等待所述从机引起的、所述信号总线上的电流变化，提取该电流变化信息；
第九步，保存所述电流变化信息；
第十步，返回到第三步。
21.一种如权利要求1～19之任一所述的主从式直流载波通信系统中的从机控制方法，其特征在于：
步骤一，接受所述主机供电时，所述从机中的所述储能模块充电，同时建立所述从机的电源系统；
步骤二，从机系统初始化；
步骤三，读取所述从机的本机地址编码；
步骤四，等待来自于所述主机的外部控制指令；
步骤五，判断所述外部控制指令是否为全局指令：如果是，则执行该指令，然后回到步骤四；如果不是，则进行步骤六；
步骤六，判断所述外部控制指令是否为针对本从机的指令：如果不是，则回到步骤四；如果是，则进行步骤七；
步骤七，执行所述外部控制指令；
步骤八，把执行结果所产生的数据打包，然后把打包后的数据，以所述信号总线上的电流变化的形式逐位发送给所述主机；
步骤九，回到步骤四。
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