CN105024730B - 基于双绞线的时分复用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双绞线的时分复用系统，包括主设备和从设备，主设备和从设备通过总线连接形成网络拓扑结构，总线的时间分成通信时间片、供电时间片和状态缓冲时间片，供电时间片和通信时间片交替出现，在供电时间片和通信时间片相互切换时插入缓冲时间片；主设备内有第一处理器单元、第一通信控制单元、主设备电源和时间片切换单元；从设备内有第一储能单元、负载控制单元、第二通信控制单元、第二处理器单元、极性变换单元、从设备电源和负载单元。本发明的有益效果：通过一条双绞线实现了供电和通信，同时降低了对通信线路的干扰，使平均供电电流达到了10安培，实现大功率电能传输，同时满足供电能力、通信质量、工程造价、安装维护需求。

Description

基于双绞线的时分复用系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种基于双绞线的时分复用系统。

背景技术

现有的时分复用系统通常采用供电电缆和通信电缆的方式或电力载波的方式。供电电缆和通信电缆的方式采用了两条线缆，将供电的强干扰和通信的弱信号分别处理，解决了供电的干扰强、大功率对通信线路的影响。但是这两条电缆的电压等级、电气工程标准技术规范要求不同，工程上须采用两个不同的管路进行敷设，工程量比较大，另外设计、安装、调试、维护工作量都比较大。而电力载波的方式，解决了供电电缆和通信电缆工程复杂的问题，采用一条电缆实现了电力传输和双向通信，设计、安装工作量大大减小。但是电路传输本身产生大功率的杂波、谐波、尖峰脉冲，对通信线路来说干扰很大。因此电力载波存在干扰严重、性能不稳定、传输速率低、传输功率小的问题，也是电力载波技术没有得到很好推广的根本原因。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用普通双绞线进行电能传输，同时实现双向通信的技术的基于双绞线的时分复用系统。

本发明提供了一种基于双绞线的时分复用系统，包括主设备和从设备，所述主设备和所述从设备通过总线连接形成网络拓扑结构，所述总线的时间分成三种时间片：通信时间片、供电时间片和状态缓冲时间片，所述供电时间片和所述通信时间片交替出现，在所述供电时间片和所述通信时间片相互切换时插入所述缓冲时间片，所述主设备控制三种时间片的时序排布；

所述主设备内有第一处理器单元、第一通信控制单元、主设备电源和时间片切换单元，所述第一处理器单元通过控制所述时间片切换单元使总线切换到供电状态，即连接到总线电源，或切换到通信状态，即连接到所述第一通信控制单元，所述时间片切换单元用于切换所述总线到所述通信时间片、所述供电时间片和所述状态缓冲时间片；

所述从设备内有第一储能单元、负载控制单元、第二通信控制单元、所述第二处理器单元、极性变换单元、从设备电源和负载单元，所述第一储能单元用于在所述供电时间片储能，并在所述通信时间片向所述从设备供电，所述第二处理器单元通过所述负载控制单元驱动所述负载单元，所述极性变换单元将任意极性的双绞线变换为固定确定极性，使得所述从设备能够无极性连接到所述总线上。

作为本发明进一步的改进，在所述通信时间片时段，所述主设备和所述从设备间双向通信的物理层逻辑方法分三种：

第一种是电压逻辑方式，利用U1和U2两种电平来表示0和1两个逻辑，采用固定压差dU方式，即U1-U2为固定值的方式；

第二种是电流逻辑方式，利用所述总线上的两个电流Ia和Ia-dI来表示0和1两个逻辑，其中，dI的取值与Ia相等；

第三种是电压、电流逻辑混合方式，是电压逻辑方式和电流逻辑方式的混合，所述主设备向所述从设备发送数据采用电压逻辑方式，所述从设备向所述主设备发送数据采用电流逻辑方式，或者反之。

作为本发明进一步的改进，所述从设备内还包括第二储能单元，用于在所述通信时间片时段向所述负载单元供电。

作为本发明进一步的改进，所述网络拓扑结构为点对点式或总线式或任意总线式。

作为本发明进一步的改进，所述主设备采用双机备份运行方式连接所述总线。

作为本发明进一步的改进，所述时间片切换单元由功率电子器件VMOS或IGBT或大功率晶体管来实现功率级的切换。

作为本发明进一步的改进，所述第一储能单元为直流电容储能或蓄电池储能。

作为本发明进一步的改进，所述负载控制单元的驱动部件为继电器或接触器或功率晶体管。

作为本发明进一步的改进，所述负载单元为LED照明芯片或电磁阀或电磁铁。

作为本发明进一步的改进，所述总线为屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线。

本发明的有益效果为：通过将供电和通信分不同的时间片在一条双绞电缆上传输，实现了供电和通信的目的，同时由于供电和通信的时间片内，线路是专用的，供电时产生强大的杂波和谐波在通信时已经消失，大大降低了对通信线路的干扰，从而使平均供电电流达到了10安培级别，实现大功率电能传输，同时满足了供电能力、通信质量、工程造价、安装维护几方面的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的点对点式网络拓扑结构图；

图2为本发明实施例的总线式网络拓扑结构图；

图3为本发明实施例的任意总线式网络拓扑结构图；

图4为本发明实施例的电流、电压、功能时序图；

图5为本发明实施例的主设备的电路结构图；

图6为本发明实施例的从设备的电路结构图；

图7为本发明实施例的从设备内两个储能单元的电路结构图；

图8为本发明实施例的从设备内不为负载单元设通信时供电的储能单元的电路结构图。

图中，

1、总线；2、主设备；3、从设备；4、通信时间片；5、供电时间片；6、状态缓冲时间片；7、电流Ib；8、电流Ia；9、电压U1；10、电压U2；11、固定压差dU；12、dI；14、总线电源；15、第一处理器单元；16、第一通信控制单元；17、主设备电源；18、时间片切换单元；19、第一储能单元；20、负载控制单元；21、第二通信控制单元；22、第二处理器单元；23、极性变换单元；24、从设备电源；25、负载单元；26、第二储能单元。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明实施例的一种基于双绞线的时分复用系统，包括主设备2和从设备3，主设备2和从设备3通过总线1连接形成网络拓扑结构，如图1-3所示，网络拓扑结构为点对点式或总线式或任意总线式。其中如图2所示，主设备2采用双机备份运行方式连接总线1，由此来增加主设备的可靠性。

如图4所示，总线1的时间分成三种时间片：通信时间片4、供电时间片5和状态缓冲时间片6。供电时间片5和通信时间片4交替出现，在供电时间片5和通信时间片4相互切换时插入缓冲时间片6。缓冲时间片6用于释放前一时间片对线路的影响。供电时间片5前后的缓冲时间片6大小可以不相同，一般通信向供电切换的缓冲时间片6设的短一些，供电向通信切换的缓冲时间片6要设的长一些。主设备2控制三种时间片的时序排布，并在供电时间片5向从设备3提供电力。

在供电时间片5，总线1的两根双绞线间的电压U19由主设备决定，总线1上的电流Ib7根据从设备3以及后续提到的负载单元25的工作情况变化来决定。

在通信时间片4时段，在主设备2和从设备3间双向通信的物理层逻辑方法分三种：

第一种是电压逻辑方式，利用U19和U210两种电平来表示0和1两个逻辑，采用固定压差dU11方式，即U1-U2为固定值的方式，比如dU采用12V，U1采用36V，U2即为36-12V＝24V的方法，这种方式特别是在U1较高时能有效的提高总线的数据传输速率；

第二种是电流逻辑方式，利用总线1上的两个电流Ia8和Ia-dI来表示0和1两个逻辑，其中，dI12的取值与Ia8相等或不相等；

第三种是电压、电流逻辑混合方式，是电压逻辑方式和电流逻辑方式的混合，主设备2向从设备3发送数据采用电压逻辑方式，从设备3向主设备2发送数据采用电流逻辑方式，或者反之。

在缓冲时间片6时段，线路的电压处于U19电平状态，电流处于无序的自由不确定过度状态。

如图5所示，主设备2内有第一处理器单元15、第一通信控制单元16、主设备电源17和时间片切换单元18，第一处理器单元15通过控制时间片切换单元18使总线切换到供电状态即连接到总线电源14或切换到通信状态即连接到第一通信控制单元16，时间片切换单元18用于切换总线1到通信时间片4、供电时间片5和状态缓冲时间片6。时间片切换单元18由功率电子器件VMOS或IGBT或大功率晶体管来实现功率级的切换。

如图6-8所示，从设备3内有第一储能单元19、负载控制单元20、第二通信控制单元21、第二处理器单元22、极性变换单元23、从设备电源24和负载单元25，第一储能单元19用于在供电时间片5储能，并在通信时间片4向从设备3，第二处理器单元22通过负载控制单元20驱动负载单元25，极性变换单元23将任意极性的双绞线变换为固定确定极性，使得从设备3能够无极性连接到总线1上。第一储能单元19为直流电容储能或蓄电池储能。负载控制单元20的驱动部件为继电器或接触器或功率晶体管。还可设置第二储能单元26，用于在通信时间片4时段向负载单元25供电。负载单元25为LED照明芯片或电磁阀或电磁铁。

本发明中的总线1为屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，包括主设备(2)和从设备(3)，所述主设备(2)和所述从设备(3)通过总线(1)连接形成网络拓扑结构，所述总线(1)的时间分成三种时间片：通信时间片(4)、供电时间片(5)和状态缓冲时间片(6)，所述供电时间片(5)和所述通信时间片(4)交替出现，在所述供电时间片(5)和所述通信时间片(4)相互切换时插入所述状态缓冲时间片(6)，所述主设备(2)控制三种时间片的时序排布；

所述主设备(2)内有第一处理器单元(15)、第一通信控制单元(16)、主设备电源(17)和时间片切换单元(18)，所述第一处理器单元(15)通过控制所述时间片切换单元(18)使总线切换到供电状态，即连接到总线电源(14)，或切换到通信状态，即连接到所述第一通信控制单元(16)，所述时间片切换单元(18)用于切换所述总线(1)到所述通信时间片(4)、所述供电时间片(5)和所述状态缓冲时间片(6)；

所述从设备(3)内有第一储能单元(19)、负载控制单元(20)、第二通信控制单元(21)、第二处理器单元(22)、极性变换单元(23)、从设备电源(24)和负载单元(25)，所述第一储能单元(19)用于在所述供电时间片(5)储能，并在所述通信时间片(4)向所述从设备(3)供电，所述第二处理器单元(22)通过所述负载控制单元(20)驱动所述负载单元(25)，所述极性变换单元(23)将任意极性的双绞线变换为固定确定极性，使得所述从设备(3)能够无极性连接到所述总线(1)上，

其中，供电时间片前后的缓冲时间片大小不相同，

在缓冲时间片时段，线路的电压处于高电平，电流处于无序的自由不确定过度状态。

2.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，在所述通信时间片(4)时段，所述主设备(2)和所述从设备(3)间双向通信的物理层逻辑方法分三种：

第一种是电压逻辑方式，利用U1(9)和U2(10)两种电平来表示0和1两个逻辑，采用固定压差dU(11)方式，即U1-U2为固定值的方式；

第二种是电流逻辑方式，利用所述总线(1)上的两个电流Ia(8)和Ia-dI来表示0和1两个逻辑，其中，dI(12)的取值与Ia(8)相等或不相等；

第三种是电压、电流逻辑混合方式，是电压逻辑方式和电流逻辑方式的混合，所述主设备(2)向所述从设备(3)发送数据采用电压逻辑方式，所述从设备(3)向所述主设备(2)发送数据采用电流逻辑方式，或者反之。

3.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述从设备(3)内还包括第二储能单元(26)，用于在所述通信时间片(4)时段向所述负载单元(25)供电。

4.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述网络拓扑结构为点对点式或总线式或任意总线式。

5.根据权利要求4所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述主设备(2)采用双机备份运行方式连接所述总线(1)。

6.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述时间片切换单元(18)由功率电子器件VMOS或IGBT或大功率晶体管来实现功率级的切换。

7.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述第一储能单元(19)为直流电容储能或蓄电池储能。

8.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述负载控制单元(20)的驱动部件为继电器或接触器或功率晶体管。

9.根据权利要求1所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述负载单元(25)为LED照明芯片或电磁阀或电磁铁。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的基于双绞线的时分复用系统，其特征在于，所述总线(1)为屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线。