CN106201972B - 一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法，该方法为：通讯的调制方式为电压调制，在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘0’，无调制扰动时，表示数据‘1’，或者在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘1’，无调制扰动时，表示数据‘0’；所述调制扰动由两个连续的波动组成，两个波动波形基本相同但极性相反；主机发送的调制扰动和子机发送的调制扰动的起始相位相反。本发明在完全不增加任何编解码复杂度的前提下避免了对总线上设备因为对无关数据处理带来的消耗，从而大幅降低系统成本。

Description

一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法

技术领域：

本发明涉及通讯方法技术领域，特别涉及一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法。

背景技术：

在现场总线通讯中，主从结构是一种广泛使用的通讯拓扑结构。在这种结构中，包含一个主机和多个子机。绝大多数情况下，主机是通讯的发起者和控制者，主机通过某种子机识别机制与各个子机分别进行通讯。

这种识别机制最常用的是总线地址机制。每个子机和主机在系统中有唯一的通讯地址，主机与某个子机进行通讯时，将该子机的总线地址放在要发送的数据/指令前，一起发出，称之为一个帧；各个子节点同时监听总线数据，在收到帧后，先判断该地址是否与自身的总线地址相等，若相等则处理收到的数据/指令，若不相等则抛弃之。

在通讯过程中，挂接在总线上的各个子机在监听总线的过程中不但能收到主机发出的帧，也能接收到其它所有子机发出的帧。由于子机发出的帧均是发给主机的，所以目的地址部分是主机的总线地址，其余子机均会收到这个帧，通过地址比较后发现不符合，则抛弃。在此过程中，不但需要硬件资源来接收这些数据，还需要运算资源来分辨数据是从主机发出的，还是从另一个子机上发出的，因此现有技术存在的问题是：总线上设备因为对无关数据处理带来额外的消耗，对子机的系统硬件和软件都提出较高要求，也相应增加了系统成本。

发明内容：

本发明是一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法，以解决现有技术存在的系统成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明实施例提供一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法，该方法为:通讯的调制方式为电压调制，在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘0’，无调制扰动时，表示数据‘1’，或者在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘1’，无调制扰动时，表示数据‘0’；所述调制扰动由两个连续的波动组成，两个波动波形基本相同但极性相反；主机发送的调制扰动和子机发送的调制扰动的起始相位相反。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、有效降低成本：一般情况下，主机的硬件性能比较高，但因为主机在系统中的数量十分有限，通常为一个，对整个系统成本影响不明显。子机是构成主从通讯系统的主体，它的成本变化会直接影响整个系统的成本。当子机将数据传回主机，表示位0和位1的信号与从主控计算机发出的信号反相。这样，连接在总线上的其它子机的总线解码电路会过滤掉该数据，子机中的微控制单元完全不会接收到这些数据，不但节省了分辨数据是从主机发出的，还是从另一个子机上发出的时间，连接收这些数据(字节流)的时间消耗也省去了。在完全不增加任何编解码复杂度的前提下避免了对总线上设备因为对无关数据处理带来的消耗，从而能用更加廉价的微控制器来构成子机，因此大幅地降低了系统成本。

2、本发明方法用于供电电缆上，这样可极大简化系统结构，使得系统在现场的部署大大简化，因为没有了通讯电缆，系统成本也进一步明显降低。

3、由于信号调制采用正负扰动连续的方式，也可以有效的过滤供电电缆上常见的脉冲干扰。

附图说明：

图1现有的通讯拓扑结构；

图2是主机发出的调制扰动调制波形(以矩形波为例)；

图3是子机发出的调制扰动调制波形(以矩形波为例)。

具体实施方式：

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法，该方法为:通讯的调制方式为电压调制，在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘0’，无调制扰动时，表示数据‘1’，也可以定义成在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘1’，无调制扰动时，表示数据‘0’；

调制扰动由两个连续的波动组成，两个波动波形基本相同但极性相反，从而在供电线缆上叠加的能量基本相互抵消；主机发送的调制扰动和子机发送的调制扰动的起始相位相反。

调制扰动的波形，包括矩形波、三角波、正弦波等各种波形，只要是满足前后两部分相位相反、脉宽相同，波形相同，幅度满足线路衰减的波动都在本方案讨论的调制扰动之列。

下面以叠加调制扰动，表示数据‘0’，无调制扰动时，表示数据‘1’的情况为例对本发明进行详细地说明：

本发明运行于下列硬件环境，一根两芯电缆连接主机和子机，电源位于主机，主机通过这根两芯电缆为所有子机供电的同时，也通过这根两芯电缆与各个子机进行通讯。

参见图2，以子机端为例，通讯调制模块控制着2路控制信号的输出，这两路控制信号分别控制着两个电子开关，两个电子开关连接在一个三绕组互感器的两绕组边的两个线圈上，分别可为互感器注入不同方向的电流。当两个电子开关向互感器顺序注入的不同方向的电流，使互感器产生不同方向的磁通变化。根据磁耦合原理，在三绕组互感器的单绕组边上产生相应变化的感应电动势。第一路控制信号输出的脉冲最终感应出一个电动势，将其极性记为正向，第二路控制信号输出的的脉冲最终感应出一个反向电动势。通讯过程中，第一路控制信号输出一个脉冲后，紧接着第二路控制信号输出一个相同的脉冲，来代表数据‘0’。从而，在三绕组互感器的单绕组边输出了一个调制扰动。

主机端发送信号的原理基本相同，只是绕组方式略有不同，第一路控制信号输出的脉冲最终感应出一个反向电动势，第二路控制信号输出的脉冲最终感应出一个正向电动势，从而，在直流供电线路上叠加输出了一个与子机端相位相反的调制扰动。

本发明接收时的工作原理是：

以子机端为例，直流供电线路经过交流提取电路，将直流部分隔离，直流供电线路上的交流信号输入三绕组互感器单绕组侧，三绕组互感器的双绕组侧的两个绕组上分别感应调制扰动的正向半波和反向半波。两个半波信号分别经过两个电压比较器，整形为两个脉冲信号，这两个脉冲信号分别对应第一路控制信号和第二路控制信号。

因为主机发出的数据‘0’的调制信号的极性是先负后正，子机的解调模块会将这个脉冲解调，并解释为数据‘0’。

因为别的子机发出的数据‘0’的调制信号的极性是先正后负，子机的解调模块会忽略这样的调制扰动，从而过滤掉了其它子机发给主机的数字通讯对该子机的干扰。

主机端接收信号的原理基本相同，只是因为绕组方式略有不同，两个半波信号分别经过两个电压比较器，整形出的两个脉冲信号，这两个脉冲信号分别对应第一路控制信号和第二路控制信号。

因为子机发出的数据‘0’的调制信号的极性是先正后负，主机的解调模块会将这个脉冲解调，并解释为数据‘0’；而其它子机会将其判定为无效的干扰。

在本方案中，在供电电压上必须叠加一个调制扰动，即连续两段极性相反的扰动，才可能被解码为有效的数据，并且从子机发出的数据通讯的调制方式与主机发出的数据通讯的调制方式不同，相位相反。对于这两种编码方式，主机只接受子机的编码方式，而子机只接受主机的编码方式。

以下给出一个实际应用的例子：

在一个实际产品的使用中，主机每10ms发起一次通讯，与总线上的子机依次通讯。假设总线上挂接了50个子机。在一秒钟的时间内主机和子机的数据处理情况如下:

由此可见，本方案的子机在一秒的时间内接收到的字节数比地址过滤方式的子机接收到的字节数减少了96.31%。显著降低了子机中微控制器的处理压力。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于低成本子节点的高速串行通讯方法，其特征在于，该方法为：通讯的调制方式为电压调制，在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘0’，无调制扰动时，表示数据‘1’，或者在供电电缆上叠加一个调制扰动，表示数据‘1’，无调制扰动时，表示数据‘0’；所述调制扰动由两个连续的波动组成，两个波动波形相同但极性相反；主机发送的调制扰动和子机发送的调制扰动的起始相位相反，当子机将数据传回主机，连接在总线上的其它子机的总线解码电路会过滤掉该数据，子机中的微控制单元完全不会接收到该数据。