CN104483917A - 一种多联机电流环通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明的多联机电流环通信系统，包括总控制器、与其相连的上位机通信电路、N个分控制器以及与其一一相连的N个下位机通信电路，上位机通信电路通过零线及一根通信线与各下位机通信电路相连，形成N个共零线电流环路，后续总控制器与分控制器通过相应电流环路中电流的通断传输信息，应用本发明时，可通过在上位机中集成总控制器和上位机通信电路，在下位机中集成分控制器及下位机通信电路实现多联机通信。可见，本发明不需配备专门的总线收发驱动芯片，且采用电流环通信，电流环的抗干扰能力较强，对信号线电缆无严格要求，降低了成本；同时，本发明仅需采用一根信号线电缆与市电的零线搭配使用即可实现信号的传输，接线较为简单、便于安装。

Description

一种多联机电流环通信系统

技术领域

本发明属于多联机通信技术领域，尤其涉及一种多联机电流环通信系统。

背景技术

现有空调多联机的通信多采用RS485、CAN-Bus等通信方式，此类通信方式一般需配备专门的总线收发驱动芯片；且变频空调控制系统要求空调室内、外机间的通信必须具有较强的抗干扰能力，而RS485或CAN-bus均采用抗干扰能力较弱的5-10V差分电压信号，从而对作为通信媒介的信号线电缆有比较严格的参数规格要求，要求所使用的线缆带屏蔽层以增强抗干扰能力。这些都导致了多联机通信成本的提升。

同时，采用上述通信方式时，多联机组在安装过程中，每一接入总线的机组除供电线缆外至少需要两根信号线电缆，接线复杂、安装不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多联机电流环通信系统，以克服现有通信方式通信成本高以及接线复杂、安装不便的问题。

为此，本发明公开如下技术方案：

一种多联机电流环通信系统，包括总控制器、上位机通信电路、N个分控制器及N个并联的下位机通信电路，所述N为不小于1的自然数，其中：

所述上位机通信电路与所述总控制器相连，所述N个并联的下位机通信电路与所述N个分控制器一对一相连；

所述上位机通信电路通过零线及一根预定的通信线与所述N个并联的下位机通信电路相连接，相连接的所述上位机通信电路及所述N个下位机通信电路构成N个共零线电流环路；

所述总控制器与所述分控制器用于对相应电流环路的通信过程进行控制，且所述总控制器与所述分控制器之间通过相应电流环路中电流的通断进行所需通信信息的传输。

上述系统，优选的，所述上位机通信电路包括电流源、上位机电流环路、上位机发送端TXD、上位机接收端RXD；

所述电流源包括限流电阻R1、整流二极管D1、稳压二极管ZD1及滤波电容C1；其中，所述D1的正极通过R1与火线相连，ZD1的负极与D1的负极相连，ZD1的正极与零线相连，C1的正极与D1的负极相连、C1的负极与零线相连；

所述上位机电流环路包括光耦U1和U2、偏置电阻R2和R3、限流电阻R4以及二极管D2；其中，U1的集电极与D1的负极相连，U1的发射极与U2的输入端正极相连，U1的输入端与所述上位机发送端TXD相连，U2的集电极与所述上位机接收端RXD相连，U2的发射极接地，R2连接于U1的集电极与发射极之间，R3连接于U2的输入端正极与输入端负极之间，D2的正极通过R4与U2的输入端负极相连、负极与所述通信线相连；

所述上位机发送端TXD包括限流电阻R5和R6、放大三极管Q1；其中，所述Q1的集电极与U1的输入端负极相连、基极通过R6与所述微控制器的发送引脚相连、发射极接地，所述R5的一端连接于U1的输入端正极、另一端接电压源VCC；

所述上位机接收端RXD包括电阻R8、R9和R10以及三极管Q2；其中，Q2的基极通过R10与U2的集电极相连、Q2的发射极接地、Q2的集电极与所述微控制器的接收引脚相连，U2的集电极和Q2的集电极分别通过R9、R8接电压源VCC。

上述系统，优选的，所述下位机通信电路包括下位机电流环路、下位机发送端TXD1、下位机接收端RXD1；

所述下位机电流环路包括光耦U3、U4、电阻R11、R12和R13以及二极管D3；其中，D3的正极与所述通信线相连，U3的集电极通过R11与D3的负极相连，U3的发射极与U4的输入端正极相连，U3的输入端与所述下位机发送端TXD1相连，U4的输入端负极与零线相连，U4的发射极接地、集电极与所述下位机接收端RXD1相连，R12连接于U3的集电极和发射极之间，R13连接于U4的输入端正极与输入端负极之间；

所述下位机发送端TXD1包括电阻R14、R15、三极管Q3；其中，Q3的集电极与U3的输入端负极相连、发射机接地、基极通过R15接分控制器的发射引脚，R14一端连接于U3的输入端正极、另一端接电压源VCC1；

所述下位机接收端RXD1包括电阻R17、R18、R19和三极管Q4；其中，Q4的基极通过R19与U4的集电极相连，Q4的发射极接地，Q4的集电极接分控制器的接收引脚，U4及Q4的集电极分别通过R18、R17接电压源VCC1。

上述系统，优选的，所述上位机电路与所述下位机电路所构成的电流环路为由R1、D1、U1、R2、U2、R3、R4、D2、D3、R11、U3、R12、U4和R13顺次组成的单个电流环路。

上述系统，优选的，每个所述电流环路的驱动电流I的取值范围为4-10mA，N个共零线电流环路所需的总驱动电流为N×I。

上述系统，优选的，所述通信信息包括开关机指令、状态信息、故障代码。

上述系统，优选的，所述总控制器与分控制器具体通过电流环路中电流的通断所表征的高低电平信号序列来传输相应的通信信息。

上述系统，优选的，所述上位机通信电路与所述各个下位机通信电路之间采用总线形式的半双工通信方式进行通信。

上述系统，优选的，所述上位机通信电路为空调外机通信电路，所述下位机通信电路为空调内机通信电路。

上述系统，优选的，所述上位机接收端RXD还包括电阻R7，所述R7的一端与Q2的集电极相连，另一端与总控制器的接收引脚相连，所述R7具有限流作用；

所述下位机接收端RXD1还包括电阻R16，所述R16的一端与Q4的集电极相连，另一端与分控制器的接收引脚相连，所述R16具有限流作用。

综上，本发明的多联机电流环通信系统，包括总控制器、与总控制器相连的上位机通信电路、N个分控制器以及与N个分控制器一一相连的N个下位机通信电路，上位机通信电路通过零线及一根通信线与各下位机通信电路相连接，形成N个共零线电流环路，后续总控制器与分控制器间通过相应电流环路中电流的通断进行通信信息的传输，具体应用本发明时，可通过在上位机中集成总控制器和上位机通信电路，在下位机中集成分控制器及下位机通信电路实现多联机通信。可见，本发明不需配备专门的总线收发驱动芯片，且采用电流环通信(如4-10mA电流环)，相比于现有技术采用的5-10V差分电压信号，电流环的抗干扰能力更强，对信号线电缆无严格要求，采用普通电缆线即可，降低了成本；同时，本发明仅需采用一根信号线电缆与市电的零线搭配使用即可实现信号的传输，接线较为简单、便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一公开的多联机电流环通信系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一公开的上位机通信电路的一种电路接线图；

图3是本发明实施例一公开的下位机通信电路的一种电路接线图；

图4是本发明实施例一公开的多联机通信的电气连接示意图；

图5是本发明实施例二公开的上位机通信电路的另一种电路接线图；

图6是本发明实施例二公开的下位机通信电路的另一种电路接线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例一公开一种多联机电流环通信系统，用于实现一台上位机与N台下位机间的多联机通信，参考图1，所述系统包括总控制器100、上位机通信电路200、N个分控制器300及N个并联的下位机通信电路400，所述N为不小于1的自然数。

其中，所述上位机通信电路200与总控制器100相连，所述N个并联的下位机通信电路400与所述N个分控制器300一对一相连，总控制器及分控制器具体采用MCU(Micro Control Unit，微控制器)。

所述上位机通信电路200通过零线及一根预定的通信线与所述N个并联的下位机通信电路400相连接，相连接的所述上位机通信电路200及所述N个下位机通信电路400构成N个共零线电流环路；

所述总控制器100与所述分控制器300用于对相应电流环路的通信过程进行控制，且所述总控制器100与所述分控制器300之间通过相应电流环路中电流的通断进行所需通信信息的传输。

以下对多联机电流环通信系统中的电流环路进行详细描述。

首先，参考图2，所述上位机通信电路包括电流源201、上位机电流环路202、上位机发送端TXD203、上位机接收端RXD204。

电流源201包括限流电阻R1、整流二极管D1、稳压二极管ZD1及滤波电容C1；其中，所述D1的正极通过R1与火线相连，ZD1的负极与D1的负极相连、正极与零线相连，C1的正极与D1的负极相连、C1的负极与零线相连。

如图2所示，火线L引入交流电源，经电阻R1降压限流及二极管D1半波整流后，由电容C1滤波稳压及ZD1稳压后构成电流环路的电流源。

上位机电流环路202包括光耦U1和U2、偏置电阻R2和R3、限流电阻R4以及二极管D2；其中，U1的集电极与D1的负极相连，U1的发射极与U2的输入端正极相连，U1的输入端与所述上位机发送端TXD相连，U2的集电极与所述上位机接收端RXD相连，U2的发射极接地，R2连接于U1的集电极与发射极之间，R3连接于U2的输入端正极与输入端负极之间，D2的正极通过R4与U2的输入端负极相连、负极与所述通信线相连。

其中，U1、U2可起到隔离、开关的作用，二极管D2保证电流方向的唯一性。

上位机发送端TXD203包括限流电阻R5和R6、放大三极管Q1；其中，所述Q1的集电极与U1的输入端负极相连、基极通过R6与所述微控制器的发送引脚相连、发射极接地，所述R5的一端连接于U1的输入端正极、另一端接电压源VCC。

其中，R5与Q1的集电极串联，R6为Q1的基极电阻，R5、R6均起限流作用，Q1为电流放大器件，起放大电流作用。

上位机接收端RXD204包括电阻R8、R9和R10以及三极管Q2；其中，Q2的基极通过R10与U2的集电极相连、Q2的发射极接地、Q2的集电极与所述微控制器的接收引脚相连，U2的集电极和Q2的集电极分别通过R9、R8接电压源VCC。

具体地，R8起限流作用。当光耦U2关断时，R9、R10为Q2的偏置电阻，起限流作用，当光耦U2导通时，R9为U2的限流电阻，R10不起作用。

接下来，对下位机通信电路的结构进行说明。参考图3，下位机通信电路400包括下位机电流环路401、下位机发送端TXD1402、下位机接收端RXD1403。

下位机电流环路401包括光耦U3、U4、电阻R11、R12和R13以及二极管D3；其中，D3的正极与所述通信线相连，U3的集电极通过R11与D3的负极相连，U3的发射极与U4的输入端正极相连，U3的输入端与所述下位机发送端TXD1相连，U4的输入端负极与零线相连，U4的发射极接地、集电极与所述下位机接收端RXD1相连，R12连接于U3的集电极和发射极之间，R13连接于U4的输入端正极与输入端负极之间。

具体地，U3、U4可起到隔离、开关的作用，R12、R13为偏置电阻，R11为限流电阻，二极管D3保证电流方向的唯一性。

下位机发送端TXD1402包括电阻R14、R15、三极管Q3；其中，Q3的集电极与U3的输入端负极相连、发射机接地、基极通过R15接分控制器的发射引脚，R15为Q3的基极电阻，起限流作用，R14一端连接于U3的输入端正极、另一端接电压源VCC1，且R14与Q3集电极串联，起限流作用，Q3为电流放大器件，起放大电流作用。

下位机接收端RXD1403包括电阻R17、R18、R19和三极管Q4；其中，Q4的基极通过R19与U4的集电极相连，Q4的发射极接地，Q4的集电极接分控制器的接收引脚，U4及Q4的集电极分别通过R18、R17接电压源VCC1。

其中，R17均起限流作用，当光耦U4关断时，R18、R19为Q4的偏置电阻，起限流作用，当光耦U4导通时，R18为U4的限流电阻，R19不起作用。

参考图2和图3，将图2中的通信线COM、零线N分别直接与图3中的COM线、N线一一对接，即可组成一个完整的电流环路。具体应用本发明时，可通过在上位机中集成总控制器和上位机通信电路，在下位机中集成分控制器及下位机通信电路实现一台外机与多台内机间的多联机通信。

例如，将空调外机作为上位机、空调内机作为下位机，则单台内机对应的电流环路即为由R1、D1、U1、R2、U2、R3、R4、D2、D3、R11、U3、R12、U4和R13(通过零线N返回电容C1负极)顺次组成的单个电流环路。N台下位机时多联机电流环路可以看作为N个单台下位机的电流环路相并联，其中，R1、D1、U1、R2、U2、R3、R4、D2为公共部分,R1、D1、ZD1和C1为保证通讯所提供的直流电压。

为了实现通信，必须保证每个环路的电流驱动能力，本实施例中，每个电流环路中驱动电流I的取值范围为4-10mA，相应地，可保证N个共零线电流环路同时通信的总驱动电流为N×I。

本发明中，上位机(外机)与各个下位机(内机)之间采用总线形式的半双工通信方式进行通信，由于是半双工通信，在某一时刻只能有一个设备发送数据，其他设备接收数据。基于此，本发明采用的通信时序具体为：上位机发送数据包依次点名下位机，挂接在总线上的下位机都可以接收到此包数据；被点名的下位机在接收完成后正常发送应答数据，而总线上的其它下位机由于未被点名，需要对其电流环路中的通信发送端(如图3的TXD1端)做拉低电平处理，使环路中的光耦U3截止，保证该内机环路没有电流，从而保证被点名的下位机能够正常向总线发送数据。

其中，上位机与下位机之间通过电流环路中电流的通断所表征的高低电平信号序列来传输相应的开关机指令、状态信息、故障代码等通信信息，具体地，将电流通、断时所对应的高、低电平对应转换为1、0信号，并依据预先约定的1、0信号序列(1、0串)与开关机指令、状态信息、故障代码等各种通信信息间的对应关系，采用所匹配的电流通断行为对目的信息数据进行传输。

以外机发送、内机接收为例，进行通信时，当室外机发送数据管脚TXD为高电平时(室内机发送数据管脚TXD1不发送数据，同样也为高电平)，光耦U1、U2、U3、U4导通，环路中有电流流过，三极管Q4截止，接收端RXD1为高电平，从而MCU接收到信号1；接下来，当室外机发送数据管脚TXD为低电平时，其发送端光耦U1截止，环路中没有电流，则室内机控制器的接收端光耦U4也截止，三极管Q4导通，将接收端RXD1电平拉低，从而室内机接收到低电平，即MCU接收到信号0，至此，MCU接收到信号序列的前两位1、0，以每一通信信息对应8位1、0信号序列为例，当室内机MCU连续接收到8个1、0信号时，即可依据所接收的1、0信号序列获知室外机所下发的具体指令，后续可依据该指令对空调进行相应控制。

由于国内市电电压一般在170-250V的范围内波动,而电流环可能会因电源波动导致工作异常，进而导致无法进行正常通信，基于此，申请人通过实验对本发明的通信可靠性进行验证，实验表明本发明在低电压150V至高电压250V区间，通信线缆长100米的条件下依然能实现可靠通信。

需要说明的是，因受光耦驱动电流的参数限制，多联机系统中内机的数量不宜过多，一般尽量不要超过10台，以防止影响其工作质量及寿命。

综上，本发明采用光耦、三极管、电阻等基本元器件实现了空调多联机总线形式的电流环路通信，达到了一台外机与N台内机间通信的目的。不需配备专门的总线收发驱动芯片，且采用电流环通信(如4-10mA电流环)，相比于现有技术采用的5-10V差分电压信号，电流环的抗干扰能力更强，对信号线电缆无严格要求，采用普通电缆线即可，降低了成本；同时，本发明仅需采用一根信号线电缆与市电的零线搭配使用即可实现信号的传输，如图4所示的多联机通信电气连接示意图，接线较为简单、便于安装。

实施例二

本实施例二中，参考图5和图6，所述上位机接收端RXD还包括电阻R7，所述R7的一端与Q2的集电极相连，另一端与总控制器的接收引脚相连，所述R7具有限流作用；所述下位机接收端RXD1还包括电阻R16，所述R16的一端与Q4的集电极相连，另一端与分控制器的接收引脚相连，所述R16具有限流作用。

即本实施例中，分别采用限流电阻R7及限流电阻R16对上位机MCU及下位机MCU进行限流保护，为上位机及下位机MCU提供了安全保障。

综上所述，本发明采用光耦、三极管、电阻等基本元器件实现了空调多联机总线形式的电流环路通信，达到了一台外机与N台内机间正常通信的目的，本发明由于采用电流环通信，抗干扰能力较强，从而对配线无严格要求，只需一根普通电缆线作为通信线与供电线缆配线使用，对于多联机来说安装方式更为简单、成本更加低廉。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多联机电流环通信系统，其特征在于，包括总控制器、上位机通信电路、N个分控制器及N个并联的下位机通信电路，所述N为不小于1的自然数，其中：

所述上位机通信电路与所述总控制器相连，所述N个并联的下位机通信电路与所述N个分控制器一对一相连；

所述上位机通信电路通过零线及一根预定的通信线与所述N个并联的下位机通信电路相连接，相连接的所述上位机通信电路及所述N个下位机通信电路构成N个共零线电流环路；

所述总控制器与所述分控制器用于对相应电流环路的通信过程进行控制，且所述总控制器与所述分控制器之间通过相应电流环路中电流的通断进行所需通信信息的传输。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机通信电路包括电流源、上位机电流环路、上位机发送端TXD、上位机接收端RXD；

所述电流源包括限流电阻R1、整流二极管D1、稳压二极管ZD1及滤波电容C1；其中，所述D1的正极通过R1与火线相连，ZD1的负极与D1的负极相连，ZD1的正极与零线相连，C1的正极与D1的负极相连、C1的负极与零线相连；

所述上位机电流环路包括光耦U1和U2、偏置电阻R2和R3、限流电阻R4以及二极管D2；其中，U1的集电极与D1的负极相连，U1的发射极与U2的输入端正极相连，U1的输入端与所述上位机发送端TXD相连，U2的集电极与所述上位机接收端RXD相连，U2的发射极接地，R2连接于U1的集电极与发射极之间，R3连接于U2的输入端正极与输入端负极之间，D2的正极通过R4与U2的输入端负极相连、负极与所述通信线相连；

所述上位机发送端TXD包括限流电阻R5和R6、放大三极管Q1；其中，所述Q1的集电极与U1的输入端负极相连、基极通过R6与所述微控制器的发送引脚相连、发射极接地，所述R5的一端连接于U1的输入端正极、另一端接电压源VCC；

所述上位机接收端RXD包括电阻R8、R9和R10以及三极管Q2；其中，Q2的基极通过R10与U2的集电极相连、Q2的发射极接地、Q2的集电极与所述微控制器的接收引脚相连，U2的集电极和Q2的集电极分别通过R9、R8接电压源VCC。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述下位机通信电路包括下位机电流环路、下位机发送端TXD1、下位机接收端RXD1；

所述下位机电流环路包括光耦U3、U4、电阻R11、R12和R13以及二极管D3；其中，D3的正极与所述通信线相连，U3的集电极通过R11与D3的负极相连，U3的发射极与U4的输入端正极相连，U3的输入端与所述下位机发送端TXD1相连，U4的输入端负极与零线相连，U4的发射极接地、集电极与所述下位机接收端RXD1相连，R12连接于U3的集电极和发射极之间，R13连接于U4的输入端正极与输入端负极之间；

所述下位机发送端TXD1包括电阻R14、R15、三极管Q3；其中，Q3的集电极与U3的输入端负极相连、发射机接地、基极通过R15接分控制器的发射引脚，R14一端连接于U3的输入端正极、另一端接电压源VCC1；

所述下位机接收端RXD1包括电阻R17、R18、R19和三极管Q4；其中，Q4的基极通过R19与U4的集电极相连，Q4的发射极接地，Q4的集电极接分控制器的接收引脚，U4及Q4的集电极分别通过R18、R17接电压源VCC1。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述上位机电路与所述下位机电路所构成的电流环路为由R1、D1、U1、R2、U2、R3、R4、D2、D3、R11、U3、R12、U4和R13顺次组成的单个电流环路。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每个所述电流环路的驱动电流I的取值范围为4-10mA，N个共零线电流环路所需的总驱动电流为N×I。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述通信信息包括开关机指令、状态信息、故障代码。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述总控制器与分控制器具体通过电流环路中电流的通断所表征的高低电平信号序列来传输相应的通信信息。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机通信电路与所述各个下位机通信电路之间采用总线形式的半双工通信方式进行通信。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上位机通信电路为空调外机通信电路，所述下位机通信电路为空调内机通信电路。

10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述上位机接收端RXD还包括电阻R7，所述R7的一端与Q2的集电极相连，另一端与总控制器的接收引脚相连，所述R7具有限流作用；

所述下位机接收端RXD1还包括电阻R16，所述R16的一端与Q4的集电极相连，另一端与分控制器的接收引脚相连，所述R16具有限流作用。