CN106063143A - 包含耦接至双向通信环路的隔离器并具有通信恢复功能的环境检测系统 - Google Patents

包含耦接至双向通信环路的隔离器并具有通信恢复功能的环境检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了通过陆地和船用设备的电力线在通信中使用隔离器的通信恢复方法，其中，所述方法对诸如通信线路的一部分断路或短路等情况进行迅速地感测，并且恢复用于在诸如船舶的内部/外部空间、车间的内部/外部空间或建筑物的内部/外部空间等大型空间中对火灾或气体进行感测并发出火灾警报或气体警报的设施中的通信线路。

Description

包含耦接至双向通信环路的隔离器并具有通信恢复功能的环 境检测系统
技术领域
本发明涉及通过电力线在通信系统中使用隔离器的通信恢复方法，并更具体地涉及能够在用于对大型空间(诸如船的内部/外部或者车间或建筑物的内部/外部等)中的火灾或气体进行感测和预警的通信系统中的通信线路断路或短路的情况下迅速地恢复通信线路的通信恢复方法。
背景技术
为了在诸如船的内部/外部或者车间或建筑物的内部/外部等大的空间中对火灾或气体进行感测和预警，已经提供了用于感测烟雾产生的烟雾传感器、用于感测环境温度的温度传感器和用于感测火焰产生的火焰传感器等，并且已经使用用于根据各个传感器的操作感测火灾的产生的系统。
图1示意性地图示了常规的火灾产生感测系统的整体构造。
参考图1，常规的火灾感测和预警系统包括：第一电源A；第二电源B；用于应急的直流第三电源C；用于系统的整体控制的主控制板10；包括诸如烟雾传感器、热传感器、复合传感器、相机模块单元、VO单元、常规传感器、可寻址单元、手动报警站、火焰传感器和I.S屏障单元等各种传感器和用于预警的报警装置的感测装置20；包括8信道标准继电器和8信道可编程继电器的外围设备50；用于将各种信息传递至主控制板10的中继器面板60；子面板40；以及接口单元30。
图2是详细地图示了图1中的接口单元的构造的框图。
参考图2，各种感测装置20连接至一个通信环路70。具体地，通信环路70由至少两个并联的线路11和12(它们的端部均连接至接口单元30)形成，且线路11和12分别连接至包括传感器在内的各装置的+端子和–端子。可与通信环路70连接的感测装置20的一些实例是用于感测烟雾产生的烟雾传感器、用于感测周围区域的温度的温度传感器、可在紧急情况下进行手动操作的紧急手动按压开关、用于对预设时间进行计算的计时器、报警装置和I/O单元等。当接口单元30包括多个环路卡时，通信环路70可被拓展成多个单元，且多个感测装置可以在可识别的范围内连接至通信环路70。例如，如果可以通过7位信号在通信环路70中识别诸如传感器等各种装置，则能够使用大约127个装置。接口单元30包括环路1-A端子31、环路1-B端子32、通信接口35、电源端子36和MCU 38，并可通过通信接口35与主控制板10通信。另外，接口单元30可连接至用于形成通信环路70的线路11和12，并且可从主控制板10接收用于控制感测装置20的信号并将它输出至需要的地方。另外，接口单元30可从各个感测装置20接收电流并随后将其传输至主控制板10。
图3(a)和3(b)图示了根据本发明的实施例的隔离器的使用方法。
这里，使用了如下方案：借助于电力线通信，经由正(+)线路传输呼叫信号并经由负(–)线路接收来自传感器的信号。参考图3(a)，隔离器200安装在每个感测装置20中。然而，为了方便，隔离器200可以仅被安装在图3(a)所示的隔离器200–1和隔离器200–2中，换言之，每3或4个传感器安装1个隔离器200。
参考图3(b)，如区域A所示，当线路发生短路时，与此短路区域相邻的隔离器200–2和隔离器200–2能够同时地断开各线路。因此，上述区域内的每个传感器可能不进行操作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种通过陆地和船用设备的电力线在通信系统中使用隔离器的通信恢复方法。
为了实现上述目的，根据本发明的实施例，具有通信恢复功能并包含耦接至双向通信环路的隔离器的环境感测系统可以包括：包括第一线路和第二线路的通信环路；接口单元，其包括与所述第一线路和所述第二线路中的各者的一端连接的环路A端子和与所述第一线路和所述第二线路中的各者的另一端连接的环路B端子，通过使用所述环路A端子和所述环路B端子中的至少一者经过所述第一线路输出预定的操作电压和用于呼叫特定装置的数字呼叫信号，通过使用所述环路A端子和所述环路B端子中的至少一者接收所述第二线路上的电流的变化，并随后将所述电流的变化转换成接收信号；多个传感器，它们连接至所述第一线路和所述第二线路，通过来自所述第一线路的所述操作电压进行操作，通过感测环境状态生成测量值，并响应于所述数字呼叫信号通过改变所述第二线路的电流来传输所述传感器的地址数据和所述测量值；隔离器，其连接至所述第一线路和所述第二线路，在正常情况下使所述线路保持正常连接状态，并在所述通信环路的所述第一线路和所述第二线路的一部分发生短路的异常状态的情况下通过断开所述第一线路和所述第二线路中的至少一者将短路状态转换成隔离状态；以及主控制板，其向所述接口单元提供用于呼叫所述多个传感器中的至少一者的所述数字呼叫信号并基于从所述接口单元的所述接收信号提取的所述测量值确定所述多个传感器中的所述至少一者周围的环境状态。
根据所述环境感测系统的另一实施例，在所述接口单中，所述操作电压和所述数字呼叫信号可通过所述环路A端子被输出至所述第一线路的一端，所述第二线路上的电流的变化可同时在所述环路A端子和所述环路B端子中被接收，且如果在所述环路A端子和所述环路B端子中的一者中没有接收到所述电流的变化，则可通过所述环路B端子将所述操作电压和所述数字呼叫信号输出至所述第一线路的另一端。
根据所述环境感测系统的另一实施例，响应于所述第一线路上的用于呼叫所述隔离器的所述数字呼叫信号，所述隔离器可通过改变所述第二线路上的电流来传输所述隔离器的地址数据和用于表示是否已经被转换成隔离状态的隔离状态数据，且如果所述隔离状态数据从所述接收信号中被提取，则所述主控制板可以确定在布置有与所述隔离状态数据相对应的所述隔离器的所述通信环路中产生了异常状态。
根据所述环境感测系统的另一实施例，所述隔离器可包括：+VDD端子，其是通过从所述第一线路分叉而形成的；–IN端子，其与通过切断所述第二线路而形成的一个端部耦接；–OUT端子，其与通过切断所述第二线路而形成的另一个端部耦接；以及操作电路单元，如果所述操作电压被施加至所述+VDD端子，则所述操作电路单元将所述–IN端子与所述–OUT端子连接，且如果在所述+VDD端子处感测到所述操作电压的同时也在所述–OUT端子处感测到所述操作电压，则所述操作电路单元将所述–OUT端子与所述–IN端子分离。
根据所述环境感测系统的另一实施例，所述隔离器的所述操作电路单元可包括：第一二极管，其具有与所述–OUT端子耦接的正极；第二二极管，其具有与所述–IN端子耦接的正极和与所述第一二极管的负极耦接的负极；第一电阻器和第三电阻器，所述第一电阻器的一端和所述第三电阻器的一端均与所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极耦接；第一PNP晶体管，其具有与所述第一电阻器的另一端耦接的基极和与所述+VDD端子耦接的发射极；第一N沟道FET，其具有与所述–IN端子耦接的漏极和与所述第三电阻器的另一端耦接的源极；第二N沟道FET，其具有与所述–OUT端子耦接的漏极和与所述第三电阻器的所述另一端耦接的源极；以及第二电阻器，其具有与所述第一PNP晶体管的集电极耦接的一端和与所述第一N沟道FET的栅极和所述第二N沟道FET的栅极耦接在一起的另一端。
根据上述的本发明，在陆地和船用设备中，即使当在线路上出现诸如短路、漏电和断路等异常情况时，所述隔离器使位于具有异常状态的部分的后级的线路被关断并使位于具有这种异常状态的所述部分的前级的线路进行操作以使信号的传输和接收保持正常状态。此外，已经检测到所述异常状态的所述隔离器可以将它的地址传输至保持在通信状态的环路，使得尽管线路被断开也可以清楚地检测到断路点，从而迅速地对该故障进行响应。
附图说明
图1示意性地图示了常规的火灾产生感测系统的整体构造。
图2是详细地图示了图1中的接口单元的构造的框图。
图3(a)和3(b)图示了隔离器的使用方法。
图4(a)和4(b)分别图示了根据本发明实施例的包含隔离器的通信环路的线路的构造中的正常状态和短路状态(或过流状态)。
图5(a)和5(b)是用于说明隔离器的操作方案的示图。
图6(a)和6(b)是图示了根据图3(a)和3(b)的隔离器的详细构造的示图。
图7(a)图示了在图6(a)中所示的具有隔离器的线路中出现短路状态或漏电状态。
图7(b)更详细地图示了图7(a)。
图8(a)图示了在图6(b)所示的具有隔离器的线路中出现短路状态或漏电状态。
图8(b)更详细地图示了图8(a)。
图9(a)、9(b)和10图示了根据本发明的另一实施例的接口单元的操作。
图11是根据本发明的实施例的隔离器的电路图。
图12(a)和12(b)图示了在电力被正常地施加至隔离器电路的+VDD和–VDD的情况下以及在+VDD和输出端子(–OUT)发生短路的情况下图10中所示的隔离器电路的操作。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对根据本发明的实施例的在陆地和船用设备的通信系统中的使用隔离器的通信恢复方法进行详细说明。
图4(a)和4(b)分别图示了根据本发明实施例的包含隔离器的通信环路的线路的构造中的正常状态和短路状态(或过流状态)。
参考图4(a)和4(b)，图4(a)图示了线路11和12正常地连接的状态，且图4(b)图示了线路11和12发生短路的状态。在图4(a)中，感测装置20被来自线路11的操作电压的驱动并通过感测环境状态来产生测量值，并且响应于数字呼叫信号通过改变线路12的电流来传输地址数据及其测量值。此外，隔离器20a能够通过接口单元30从主控制板10接收隔离确认信号并且将隔离器20a的地址以及隔离器20a所在的位置处的线路11’和12’的状态传输至接口单元30。隔离器20a可被包括在感测装置20中并还可被布置在下述的环路基单元中。因此，在感测装置20和隔离器20a中可以包括用于信号的传输/接收的通信电路和用于控制的CPU。被传输至接口单元30的地址和状态信号被传输至主控制板10。主控制板10可以通过确认隔离器20a的地址和状态来确认多条线路中的任一条线路现在处于何种状态。
图5(a)和5(b)是说明隔离器的操作概念的示图。
隔离器电路被操作用于在电力线通信的+VDD线路和–VDD线路发生短路的异常状态下通过断开电力线通信的+VDD线路和–VDD线路中的至少一者(特别地，–VDD线路)来防止+VDD线路的+VDD电压和–VDD线路的–VDD电压的短路。
隔离器电路包括从+VDD线路分支出的+VDD端子。此外，隔离器电路包括与–VDD线路的切断部分的一端连接的–IN端子和与–VDD线路的切断部分的另一端连接的–OUT端子。
在此构造中，隔离器电路可借助+VDD电压进行操作，并可以操作以在正常状态下通过将–IN端子和–OUT端子电连接在一起来确保–VDD线路的连续性并且在异常状态下通过使–OUT端子与–IN端子隔离开来断开–VDD线路。
此操作可以参照图4(a)和4(b)的等效构造视图进行理解。
在图4(a)中，由于–IN端子和–OUT端子连接在一起，所以+VDD线路和–VDD线路独立地被保持连续性。因此，任何与隔离器电路的后级连接的装置均可通过使用+VDD电压和–VDD电压来保持操作和电力线通信。
同时，在图4(b)中，由于在隔离器电路的后级处产生线路短路，所以–IN端子和–OUT端子被隔离。因此，隔离器电路出现断开效果。
图6(a)和6(b)是图示了根据本发明实施例的图5(a)和5(b)隔离器的详细构造的框图。
参照图6(a)，感测装置20包括用于感测烟雾、热量和火焰的检测器电路20b以及隔离器20a。如果从接口单元30传输用于确认线路11’和12’的状态的电压信号，则感测装置20的隔离器20a能够通过使用电流信号将具有从检测器电路20b接收的关于烟雾、热量和火焰等的感测状态的信息的信号以及具有关于隔离器20a所在的位置处的感测装置20的地址的信息的信号传输至接口单元30。主控电路10可将从接口单元30传输的电流信号的信号值与存储在主控电路10的数据库中的电流值的内容进行比较，以分析所传输的电流信号包含有何种信息。
参考图6(b)，在此情况下，环路基单元200包括具有地址传输功能的隔离器。如果从接口单元30接收用于确认线路11’和12’的状态的电压信号，则环路基单元200的隔离器200a能够通过使用电流信号将具有从检测器电路20b接收的关于烟雾、热量和火焰等的感测状态的信息的信号以及具有关于布置隔离器200a的位置处的感测装置20的地址的信息的信号传输至接口电路30。主控电路10可将从接口单元30传输的电流信号的信号值与存储在主控电路10的数据库中的电流值的内容进行比较，以分析所传输的电流信号包含哪种信息。
图7(a)示出了图6(a)中所示的具有隔离器的线路中诸如短路等线路异常的产生，且图7(b)图示了图7(a)的发生短路的线路被恢复的电路的等效电路。
参照图7(a)，当在环路(即，线路11和12)中存在诸如短路等线路异常时，在附图中用圆圈示出的短路部分之前不远处的感测装置20的隔离器20a进行操作以将线路隔离。于是，位于该隔离器的前级的环路(即，仅短路之前的线路11’和12’)可以进行操作，而位于该隔离器的后级的线路11和12不进行操作。隔离器20a的隔离操作使用电力阻断方案，但是该操作不限于此方案，并且还可以使用别的方案。
根据上述方案，尽管线路发生短路，但线路11’和12’仍能够操作而不会有问题。然而，如图7(b)所示，因为在本发明中进行双向通信，所以从环路1-A端子31和环路1-B端子32的正(+)端子输出电压信号。线路11’和12’被位于用圆圈示出的短路部分的前级的隔离器20a断开，使得电流被输入至环路1-B端子32的负(–)端子。电流信号包含隔离器20a的隔离状态数据和地址数据。
图8(a)是用于说明图6(b)所示的具有隔离器的线路中出现诸如短路等线路异常时的隔离器的操作的示图，且图8(b)图示了用于通过隔离器使图8(a)中的发生短路的线路恢复的操作。
参考图8(a)，当在环路(即，线路11和12)中存在诸如短路等线路异常时，紧挨着用圆圈示出的短路部分前面的隔离器200a进行操作以将线路隔离。于是，仅位于短路的前方的线路11’和12’可以进行操作，而位于短路的后级的线路11和12不进行操作。这里，除具有隔离功能和地址传输功能的隔离器200a可被嵌入到环路基单元200中之外，图8(a)与图7(a)相同。此外，环路基单元200可包括用于将隔离状态传输至感测装置20的通信电路。根据上面的说明，尽管线路11和12发生短路，线路11和12仍然操作没有问题。然而，如图8(b)所示，因为在本发明中进行双向通信，所以也从环路1-B端子32的正(+)端子输出电压信号。线路11’和12’被位于用圆圈示出的短路部分的前级处的隔离器200a断开，使得电流被输入至环路1-B端子32的负(–)端子。电流信号包含隔离器200a的隔离状态数据和地址数据。
图9(a)、9(b)和10图示了根据本发明的另一实施例的接口单元的操作。
如图9(a)所示，在正常操作的情况下，如果电压信号从环路1-A端子31的正(+)端子被传输至每个感测装置20，则电流响应信号从各个感测装置20被输入至环路1-B端子32的负(–)端子。
然而，如图9(b)所示，当线路被断开时，呼叫信号不从环路1-A端子31被传输至下部的感测装置20。在此情况下，如图10所示，从环路1-B端子32的正(+)端子输出电压信号。以此方式，即使线路被断开，环路1-A端子31和环路1-B端子32均可传输电压信号并接收电流信号，且因此，尽管断路，仍可以进行通信。
图11是根据本发明的实施例的隔离器的电流图。
参考图11，隔离器包括用于接收VDD功率的第一晶体管(TR1)、与TR1串联连接的第二电阻器R2、与R2并联连接的第一电阻器R1、与R1串联连接的另一电阻器R3、与–电源端子(即–VDD(–IN))串联连接的第一场效应晶体管F1、与输出端子(–OUT)串联连接的第二效应晶体管F2、沿正方向与–OUT串联连接的第一二极管D1以及沿正方向与–VDD串联连接的第二二极管D2。
图12(a)和12(b)图示了在电源的正(+)电压和负(–)电压被正常地施加至隔离器电路的+VDD和–VDD的情况下以及在+VDD和输出端子(–OUT)发生短路的情况下图11所示的隔离器电路的操作。
首先，参照图12(a)，图示了功率被正常地施加至+VDD和–IN端子的正常状态。首先，例如，如果将+VDD电压施加至+VDD端子且将–VDD电压施加至–IN端子，则(1)–VDD电压通过开关装置F1(例如，N沟道FET)被施加，使得开关装置F1的源极变为–VDD电压；(2)被施加至开关装置TR1(例如，PNP晶体管)的发射极的+VDD电压经由电阻器R1和电阻器R2产生弱电流；(3)如果该弱电流流经开关装置TR1，则对电阻器R3产生一定的电压；(4)所述一定的电压被施加至开关装置F1和开关装置F2(例如，N沟道FET)这两者的栅极，且因此开关装置F1和开关装置F2被导通；且(5)被施加至开关装置F1的漏极的–VDD电压通过处于导通状态的开关装置F2被施加至–OUT端子。
另外，参照图12(b)，对由于+VDD线路和–OUT线路的短路而在–OUT端子处同时感测到+VDD电压时(即，在任意区域中第一线路和第二线路发生短路的异常状态下)隔离器的操作进行说明，(1)由于被施加有+VDD电压的第一线路和与–OUT端子连接的第二线路发生短路，所以短路电压(即，+VDD电压)被施加至二极管D2；(2)由于+VDD电压通过电阻器R1被施加至开关装置TR1，所以电流并不从开关装置TR1的发射极流向电阻器R2；(3)因此，由于电流不流经电阻器R2且电压不被施加至开关装置F2的栅极，因此开关装置F2处于关断状态；且(4)–VDD电压不被从–IN端子施加至–OUT端子，且因此–OUT端子与–IN端子隔离。另外，–IN端子不直接连接至+VDD端子，且因此，这两个端子彼此隔离。
根据上述的本发明，在陆地和船用设备中，即使当在线路上出现诸如短路、漏电和断路等异常情况时，隔离器使位于具有异常状态的部分的后级的线路被切断并使位于具有这种异常状态的部分的前级的线路进行操作以使信号的传输和接收保持正常状态。此外，已经检测到异常状态的隔离器将它的地址传输至当前能够进行通信的环路，使得即使线路被断开也可以清楚地检测到断路点，从而迅速地对该故障进行响应。
在上面的说明中，仅对一个通信环路中的从一个端子到另一个端子的通信进行了说明，但是本发明不限于此，且本发明还可应用于一个通信环路与另一通信环路之间的通信。
上面的说明是对本发明的技术概念的简单说明，且本领域技术人员可以在不偏离本发明的范围的情况下对形式和功能进行较大的变型、改变和等同。因此，由于本发明所公开的实施例不是为了限制本发明的范围而是对本发明进行说明，所以本发明的范围不应当受这些实施例限制。应当基于所附的权利要求来解释本发明的范围并且这些权利要求的等同范围内的所有技术概念应当被理解为被包括在本发明的范围中。

Claims (5)

1.一种包含耦接至双向通信环路的隔离器并具有通信恢复功能的环境感测系统，所述环境感测系统包括：
通信环路，所述通信环路包括在预定区域内以彼此并联的方式延伸的第一线路和第二线路；
接口单元，其包括与所述第一线路和所述第二线路中的各者的一端连接的环路A端子和与所述第一线路和所述第二线路中的各者的另一端连接的环路B端子，通过使用所述环路A端子和所述环路B端子中的至少一者经过所述第一线路输出预定的操作电压和用于呼叫特定装置的数字呼叫信号，通过使用所述环路A端子和所述环路B端子中的至少一者接收所述第二线路上的电流的变化，并随后将所述电流的变化转换成接收信号；
多个传感器，所述多个传感器连接至所述第一线路和所述第二线路，所述多个传感器通过来自所述第一线路的所述操作电压进行操作，通过感测环境状态生成测量值，并响应于所述数字呼叫信号通过改变所述第二线路的电流来传输所述传感器的地址数据和所述测量值；
隔离器，所述隔离器被构造为连接至所述第一线路和所述第二线路，连接(即，保持所述第二线路的连续性的正常连接状态)或断开(即，保持所述第二线路的切断状态)通过切断所述第二线路而形成的两个端部，在正常情况下使线路保持正常连接状态，并且在所述通信环路的所述第一线路和所述第二线路的一部分发生短路的异常状态的情况下通过使所述第二线路的所述两个端部保持断开而将短路状态转换成隔离状态；以及
主控制板，其被构造用于向所述接口单元提供用于呼叫所述多个传感器中的至少一者的所述数字呼叫信号并且基于从所述接口单元的所述接收信号提取的所述测量值确定所述多个传感器中的所述至少一者周围的环境状态。
2.如权利要求1所述的环境感测系统，其中，在所述接口单元中，所述操作电压和所述数字呼叫信号通过所述环路A端子被输出至所述第一线路的一端，所述第二线路上的电流的变化同时在所述环路A端子和所述环路B端子中被接收，且如果在所述环路A端子和所述环路B端子中的一者的所述第二线路中没有接收到所述电流的变化，则通过所述环路B端子将所述操作电压和所述数字呼叫信号输出至所述第一线路的另一端。
3.如权利要求1所述的环境感测系统，其中，响应于所述第一线路上的用于呼叫所述隔离器的所述数字呼叫信号，所述隔离器通过改变所述第二线路上的电流来传输所述隔离器的地址数据和用于表示是否已经被转换成隔离状态的隔离状态数据，且如果所述隔离状态数据从所述接收信号中被提取，则所述主控制板确定在布置有与所述隔离状态数据相对应的所述隔离器的所述通信环路中产生了异常状态。
4.如权利要求1所述的环境感测系统，其中，所述隔离器包括：
+VDD端子，其是通过从所述第一线路分叉而形成的；
–IN端子，其与通过切断所述第二线路而形成的一个端部耦接；
–OUT端子，其与通过切断所述第二线路而形成的另一个端部耦接；以及
操作电路单元，如果所述操作电压被施加至所述+VDD端子，则所述操作电路单元将所述–IN端子与所述–OUT端子连接，且如果在所述+VDD端子处感测到所述操作电压的同时也在所述–OUT端子处感测到所述操作电压，则所述操作电路单元将所述–OUT端子与所述–IN端子分离。
5.如权利要求4所述的环境感测系统，其中，所述隔离器的所述操作电路单元包括：
第一二极管，其具有与所述–OUT端子耦接的正极；
第二二极管，其具有与所述–IN端子耦接的正极和与所述第一二极管的负极耦接的负极；
第一电阻器和第三电阻器，所述第一电阻器的一端和所述第三电阻器的一端均与所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极耦接；
第一PNP晶体管，其具有与所述第一电阻器的另一端耦接的基极和与所述+VDD端子耦接的发射极；
第一N沟道FET，其具有与所述–IN端子耦接的漏极和与所述第三电阻器的另一端耦接的源极；
第二N沟道FET，其具有与所述–OUT端子耦接的漏极和与所述第三电阻器的所述另一端耦接的源极；以及
第二电阻器，其具有与所述第一PNP晶体管的集电极耦接的一端和与所述第一N沟道FET的栅极和所述第二N沟道FET的栅极耦接在一起的另一端。
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