CN102325032B - 一种可供电实时通讯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可供电实时通讯方法，用于在多个节点间相互通讯，通过时分复用方式对节点进行寻址，同步脉冲的每个时隙对应一个节点地址，其中，每个时隙由t1～t5的五个时刻分为四个时段，在系统初始化后，第一步：同步供电信号在同步供电时段对所有N个节点供电，并延时到第一个节点的t1时刻；第二步：在相应节点的时隙的t1时刻，同步供电信号由高电平变为第一低电平，并延时至t2时刻，用于该节点的输入操作，直至t3时刻；第三步：在t3时刻检测该节点的输出状态，用于节点的输出操作，直至t4时刻；第四步：在t4-t5时段，同步供电信号保持高电平，对节点充电，第五步：节点计数，判断是否完成一个通讯周期；系统以上述方式循环操作。

Description

一种可供电实时通讯的方法

技术领域

本发明涉及一种可供电实时通讯的方法，尤其是一种可供电二线制实时通讯的方法，用于工业控制系统、消防系统、建筑自动化、车辆检测技术等领域中的实时数字量节点控制通讯。

背景技术

目前，在工业控制、消防系统、建筑自动化、车辆检测技术等领域中，远程通讯技术作为其中难题一直未能得到很好的解决。在中国，采用最多的集中抄表的通讯方式仍然以485总线为主，这使得原本为工业自动化数据采集而设计的少结点(一般不多于100点)、短距离(一般数百米)、可规范布线的485总线通讯在多结点(以千、万计)、长距离(数千米)、任意分布的布线方式通讯中难以可靠应用。而在工业自动化应用领域中，多结点、远距离的数据通讯采用的PRFBUS、CAN、HART、FF等通讯方式成本又较高。在欧洲，户用仪表的通讯方式以M-BUS(Meter Bus)为主，它可以解决多结点、长距离的通讯问题，但由于其成本较高、应用技术复杂等原因，至今仍然难以得到广泛应用。

发明内容

本发明提供一种可供电实时通讯方法，用于在多个节点间相互通讯，通过时分复用方式对节点进行寻址，同步脉冲的每个时隙对应一个节点地址，其中，每个时隙由t1～t5的五个时刻分为四个时段，

系统初始化后，

第一步：同步供电信号在同步供电时段对所有N个节点供电，并延时到第一个节点的t1时刻，

第二步：在相应节点的时隙的t1时刻，同步供电信号由高电平变为第一低电平，并延时至t2时刻，用于检测该节点是否有输入信号，如果至t2时刻没有检测到输入信号，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，并延时到t3时刻，如果至t2时刻检测到输入信号，则进一步拉低同步供电信号的电位至第二低电位，直至t3时刻，用于节点读取输入数据，

第三步：在t3时刻检测该节点的输出状态，如果该节点有信号输出，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，用于从节点输出数据，直至t4时刻；如果该节点无信号输出，则所述同步供电信号在t3时刻直接变为高电平，对节点供电至t4时刻，

第四步：在t4-t5时段，同步供电信号保持高电平，对节点充电，

第五步：节点计数，判断是否到达第N个节点，如果没有到达第N个节点，则返回到第二步，继续完成该通讯周期中下一个节点的通讯；如果到达第N个节点，则完成一个通讯周期，返回到第一步。

本发明的可供电实时通讯方法特别适用于二线制通讯系统。

本发明的可供电实时通讯方法中的节点个数可设置为64、128或256个。

本发明的可供电实时通讯方法能够实现高速实时数字量输入与输出实时传递和慢速模拟量的传输，优点在于：(1)可总线供电，(2)发送数据双向调制、接收数据采用电流环路模式，实现直流载波，采用时分复用原理，通讯简单可靠，无需总线冲突检测，(3)传输速度高效，以上方法使得该系统通讯距离极长，节点数据上报传输速度极快，可靠性高，现场调试简单。

附图说明

图1：示出了本发明优选采用的二线制主机电路的电路框图；

图2：示出了本发明优选采用的二线制从机电路的电路框图；

图3：示出了本发明的可供电二线制实时通讯方法的同步供电信号的时分复用工作时序(一个通讯周期)简图；

图4：示出了本发明的第一个节点ADD：1的单时隙示意图；

图5：示出了本发明的单个节点多时隙的工作时序组合示意图；

图6：示出了本发明的可供电二线制实时通讯方法的工作流程图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题在于提供一种对于远程IO信息的传输解决方案，尤其但不限于适用于二线制通讯。以下参照图1～图7对本发明的二线制实时通讯方法进行说明。

图1、图2分别示出了本发明优选采用的的二线制主机、从机电路的电路框图；

如图1所示的二线制主机电路(已申请专利申请号：201020629870.2)，包括：

微处理器，其通讯发送端和通讯接收端分别连接发送驱动电路的输入和接收驱动电路的输出；

发送驱动电路，其输出连接载波调制电路；

载波调制电路，其输出连接发送电路；

发送电路，其输出接总线；

鉴流接收电路，其输入接总线；其输出送至接收驱动电路的输入。

其中，所述微处理器通过所述载波发送电路连接从机模块，向所有从机模块发送数据并提供工作电源。

其中，所述二线制主机电路还具有信号接收电路，所述信号接收电路与所述微处理器相连接。

总线供电二线制总线为解决供电问题采用直流载波方式，大大提高了工作可靠性。

如图2所示的二线制从机电路(已申请专利申请号：201020629865.1)，包括：

微处理器，其通讯发送端和通讯接收端分别连接发送电路的输入和驱动电路的输出；

总线整流电路，其输入接自两根总线；

发送电路，其输出经总线整流电路接总线；

接收电路，其输入和输出分别接总线整流电路的输出和驱动电路的输入；

总线窃电电路，其输入接总线整流电路的输出，其输出作为从机电路的工作电源。

其中：

所述发送电路为电流环电路。

所述电流环电路由晶体管和串接在该晶体管的基极的两个电阻组成，该两个电阻的连接点接所述微处理器的通讯发送端。

所述信号接收电路由电压比较器构成。

所述总线窃电电路由电子开关串联三端稳压器组成，三端稳压器的输入端和输出端均连接储能电容。

所述总线整流电路为整流桥。

所述总线整流电路将输入信号整流使之无极性输入；所述微处理器通过发送电路利用电流环电路发送信息；接收电路通过电压比较器接受主机数据、总线窃电电路通过三端稳压器窃取能量供从机电路工作。

如图3所示，其示出了本发明的可供电二线制实时通讯方法的同步供电信号的时分复用工作时序(一个通讯周期)简图。本实施例以128个节点为例，则每个通讯周期分为128个时隙，每个时隙对应一个节点地址，该地址可以同时定义两个状态，即输入状态或输出状态。图3中标示出各路节点设备的信号时隙ADD：1～ADD：128。在每个通讯周期中设置有一定时间的对应所有节点的同步供电时段。

主节点监听所有从节点的状态，可对每个节点进行单独使能输出；每个从节点在与该节点对应的时隙期间监听主节点的状态。主节点通过主节点发送电路，向总线上循环发送直流载波信号，在与相应从节点地址对应的时隙期间，所述信号具有高电平期间和低电平期间，如图4所示，分为t1～t5五个时间点，高电平期间用于供电，低电平期间用于检测输入输出状态，根据是否有输入输出数据，该时隙期间的节点工作时序有所不同。该节点在对应时隙的前0.25周期，即t1～t3时间段，处于输入状态；0.25-0.5周期，即t3-t4时间段，处于输出状态或供电状态；后0.5个周期，即t4-t5时间段，处于供电状态，由总线供电模块供电。

图4示出了本发明的第一个节点ADD：1的单时隙示意图。

如图4所示，在对应所有节点的同步供电时段后，是对应于第一个节点ADD：1的时隙期间，同步供电信号从t1的下降沿时刻开始维持低电平至t2时刻，用于检测该节点是否有输入信号。

如果至t2时刻没有检测到输入信号，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，并延时到t3时刻，如图4中t1-t3的虚线段所示；如果至t2时刻检测到输入信号，则进一步拉低同步供电信号的电位至第二低电位，直至t3时刻，如图4中t1-t3的实线段所示，节点读取输入。

在图4中的t3时刻检测该节点的输出状态，如果该节点有信号输出，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，至t4时刻，如图4中t3-t4的虚线段所示，此后变为高电平，对节点供电；如果该节点无信号输出，则所述同步供电信号直接变为高电平，对节点供电，如图4中t3-t4的实线段所示。

t4-t5时段同步供电信号保持高电平，对节点充电。

图5为单个节点多时隙的工作时序组合示意图，将某个节点的在多个通讯周期中的对应时隙工作时序组合在一副图中。当该节点无输入信号，即节点发送0信号，如图5中的23所示，则前0.25周期维持第一低电压；当从节点有输入信号，即节点发送1信号，如图5中的21所示，则前0.25周期进一步拉低至第二低电压；当该节点有输出信号时，即主节点发送1信号时，如图5中的22所示，则0.25-0.5周期维持第一低电压；当该节点无输出信号时，即主节点发送0信号时，如图5中的24所示，则0.25-0.5周期保持高电压。

其中总线通讯物理层有三种数据码，表1为源码状态含义：

表1：

综上所述，本发明的可供电二线制实时通讯方法的工作流程图如图6所示。

系统初始化后，

第一步：同步供电信号在同步供电时段对所有128个节点供电，并延时到第一个节点的t1时刻，

第二步：在相应节点的时隙的t1时刻，同步供电信号由高电平变为第一低电平，并延时至t2时刻，用于检测该节点是否有输入信号，如果至t2时刻没有检测到输入信号，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，并延时到t3时刻，如果至t2时刻检测到输入信号，则进一步拉低同步供电信号的电位至第二低电位，直至t3时刻，用于节点读取输入数据，

第三步：在t3时刻检测该节点的输出状态，如果该节点有信号输出，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，用于从节点输出数据，直至t4时刻；如果该节点无信号输出，则所述同步供电信号在t3时刻直接变为高电平，对节点供电至t4时刻，

第四步：在t4-t5时段，同步供电信号保持高电平，对节点充电，

第五步：节点计数，判断是否到达第128个节点，如果没有到达第128个节点，则返回到第二步，继续完成该通讯周期中下一个节点的通讯；如果到达第128个节点，则完成一个通讯周期，返回到第一步。

本实施例中，节点个数设置为128个，本领域技术人员应当理解，根据所要通讯的节点不同，可以相应的设置节点个数，如64个、256个等。

Claims (3)

1.一种可供电实时通讯方法，其特征在于：用于在多个节点间相互通讯，通过时分复用方式对节点进行寻址，同步脉冲的每个时隙对应一个节点地址，其中，每个时隙由t1～t5的五个时刻分为四个时段，

系统初始化后，

第一步：同步供电信号在同步供电时段对所有N个节点供电，并延时到第一个节点的t1时刻，

第二步：在相应节点的时隙的t1时刻，同步供电信号由高电平变为第一低电平，并延时至t2时刻，用于检测该节点是否有输入信号，如果至t2时刻没有检测到输入信号，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，并延时到t3时刻，如果至t2时刻检测到输入信号，则进一步拉低同步供电信号的电位至第二低电位，直至t3时刻，用于节点读取输入数据，

第三步：在t3时刻检测该节点的输出状态，如果该节点有信号输出，则所述同步供电信号仍维持第一低电平，用于从节点输出数据，直至t4时刻；如果该节点无信号输出，则所述同步供电信号在t3时刻直接变为高电平，对节点供电至t4时刻，

第四步：在t4-t5时段，同步供电信号保持高电平，对节点充电，

第五步：节点计数，判断是否到达第N个节点，如果没有到达第N个节点，则返回到第二步，继续完成该通讯周期中下一个节点的通讯；如果到达第N个节点，则完成一个通讯周期，返回到第一步。

2.如权利要求1所述的可供电实时通讯方法，其特征在于：其适用于可供电二线制实时通讯系统。

3.如权利要求1或2所述的可供电实时通讯方法，其特征在于：节点个数可设置为64、128或256个。