CN106209543A - 一种双向总线通信电路及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双向总线通信电路，包括主机设备，若干从机设备和总线，主机设备和从机设备通过总线连接，主机设备包括：主机发送数据电路，主机接收数据电路和主机CPU；从机设备包括：从机发送数据电路，从机接收数据电路和从机CPU。本发明还提供了一种双向总线通信的方法，包括步骤：S1，主机设备给从机设备供电和/或充电；S2，主机设备数据下行，从机设备接收数据；S3，从机设备数据上行，主机设备接收数据。本发明的双向总线通信电路可以采用多种拓扑方式，支持环形、星形等多种方式，从拓扑方式、线缆成本、接线难度上都大大降低了工程难度节约了成本，而且支持长距离通信，增强了抗干扰能力，支持最多128个从机负载，支持低功耗模式。

Description

一种双向总线通信电路及通信方法
技术领域
本发明涉及总线通信领域，特别涉及一种双向总线通信电路及通信方法。
背景技术
总线通信相对于传统的点对点通信，有着极大地提升，不仅可以有效降低连线的复杂度，还可以提高连线的利用率，所以总线通信现在广泛应用于各种专业通信领域。
但是，常规的总线通信采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络，给工程布线带来了麻烦，而且在从机电源需要主机供电的工程中，一条总线系统需要四根线缆，工程接线施工的工作量过大，成本过大，此外，常规的总线通信的通信距离短，抗干扰能力弱，功耗大，可支持的负载从机少。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种双向总线通信电路及通信方法，采用双线总线通信，可以采用多种拓扑方式，支持环形、星形等多种方式。从拓扑方式、线缆成本、接线难度上都大大降低了工程难度节约了成本，而且支持长距离通信，增强了抗干扰能力，支持最多128个从机负载，支持低功耗模式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种双向总线通信电路，包括主机设备，至少一个从机设备和总线，所述主机设备和所述从机设备通过所述总线连接，所述主机设备包括：主机发送数据电路，用于向所述从机设备发送数据，主机接收数据电路，用于接收所述从机设备发送的数据，主机CPU，控制所述主机设备；所述从机设备包括：从机发送数据电路，用于向所述主机设备发送数据，从机接收数据电路，用于接收所述主机设备发送的数据，从机CPU，用于控制所述从机设备。
进一步的，所述主机设备通过外部供电装置提供电源，所述外部供电装置供给输入电压V1和输入电压V2。
进一步的，所述主机发送数据电路包括：MOS管，三极管Q1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，二极管D1，所述主机CPU的输出端经过所述电阻R3连接到所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述电阻R1和所述电阻R2串联，并且接入所述输入电压V1，所述MOS管接入所述输入电压V1，所述MOS管的G1接在所述电阻R1和所述电阻R2之间，所述输入电压V1通过所述MOS管接入所述总线，所述输入电压V2通过所述电阻R4和所述二极管D1接入所述总线。
进一步的，所述从机接收数据电路包括：比较器U2，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，二极管D2，电容C2和DCtoDC电源电路，所述DCtoDC电源电路的一端连接所述总线，另一端连接所述从机CPU并为所述从机设备供电，所述二极管D2串联接入所述总线，所述电阻R8与所述电阻R9串联，一端接所述二极管D2的A极端，另一端接地，所述电阻R10与所述电阻R11串联，一端接所述二极管D2的K极端，另一端接地，所述电容C2的一端接所述二极管D2的K极端，另一端接地，所述比较器U2的正极接所述电阻R8和所述电阻R9之间，所述比较器U2的负极接所述电阻R10和所述电阻R11之间，所述比较器U2的输出端接所述从机CPU的输入端，所述电阻R12的一端接所述比较器U2的输出端，另一端接所述DCtoDC电源电路和所述从机CPU之间。
进一步的，所述从机发送数据电路包括：三极管Q2，电阻R13和电阻R14，所述从机CPU的输出端通过所述电阻R14接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R13接入所述总线。
进一步的，所述主机接收数据电路包括：比较器U1，二极管D1，电阻R4，电阻R5，电阻R6和电阻R7，所述输入电压V2通过所述电阻R4和所述二极管D1接在所述输入电压V1的线路上，所述电阻R5和所述电阻R7串联，一端接所述输入电压V2，另一端接地，所述比较器U1的负极接所述电阻R5和所述电阻R7之间，所述比较器U2的正极通过所述电阻R6接所述电阻R4和所述二极管D1之间，所述比较器U2的输出端接所述主机CPU的输入端。
进一步的，当所述主机设备与所述从机设备通信时，所述从机设备通过所述电容C2供电。
本发明还提供了一种双向总线通信的方法，其特征在于，包括步骤：
S1，主机设备给从机设备供电和/或充电；
S2，主机设备数据下行，从机设备接收数据；
S3，从机设备数据上行，主机设备接收数据。
进一步的，所述步骤S1中，主机设备通过总线向从机设备供电和/或充电。
进一步的，所述步骤S2中，主机设备通过总线电压幅值的变化，与从机设备通信。
进一步的，所述步骤S3中，从机设备通过调节总线电流，与主机设备通信。
本发明的有益效果：
本发明的双向总线通信电路及通信方法，采用双线总线通信，可以采用多种拓扑方式，支持环形、星形等多种方式。从拓扑方式、线缆成本、接线难度上都大大降低了工程难度节约了成本，而且支持长距离通信，增强了抗干扰能力，支持最多128个从机负载，支持低功耗模式。
附图说明
图1是本发明中双向总线通信电路的电路示意图；
图2是本发明中双向总线通信电路的主机设备的具体电路示意图；
图3是本发明中双向总线通信电路的从机设备的具体电路示意图；
图4是本发明中双向总线通信时分步骤电压示意图。
具体实施方式
本发明通过如下实施方式对本发明进行详细说明。但本领域技术人员应了解，下述实施方式不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
图1所示，是本发明的双向总线通信电路的电路示意图，包括主机设备，若干从机设备和总线，总线包括BUS+和BUS-，如图所示，主机设备的BUS+和BUS-两根线缆与从机设备的BUS+和BUS-两根线缆分别相连。双向总线通信电路由外部供电装置供电（图中未示出），外部供电装置供给主机设备输入电压V1和输入电压V2，主机设备再通过总线给从机供电，同时，主机设备通过总线与从机通信。
图2所示，是本发明的双向总线电路的主机设备的具体电路示意图，主机设备包括：主机发送数据电路，主机接收数据电路和主机CPU。
图3所示，是本发明的双向总线通信电路的从机设备的具体电路示意图，从机设备包括：从机发送数据电路，从机接收数据电路和从机CPU。
主机发送数据电路包括：MOS管，三极管Q1，电阻R1，电阻R2和电阻R3，主机CPU的输出端经过电阻R3连接到三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极与电阻R1，电阻R2串联，并接输入电压V1，MOS管接输入电压V1，MOS管的G1接在电阻R1和电阻R2之间，输入电压V1通过MOS管接入总线，输入电压V2也接入总线。工作时，当主机CPU发送电平为高时，MOS管开启，总线电压为输入电压V3=V1+V2，当主机CPU发送电平为低时，MOS管关闭，总线电压为输入电压V2，通过这种方法，可以将主机CPU发送的数据，调制到总线上。
从机接收数据电路包括：比较器U2，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，二极管D2，电容C2和DCtoDC电源电路，DCtoDC电源电路一端接总线，另一端接从机CPU，在主机下行和从机上行时，需要电容C2通过DCtoDC电源电路向从机CPU供电。二极管D2串联接入总线，电阻R8与电阻R9串联，一端接二极管D2的A极端，另一端接地，电阻R10与电阻R11串联，一端接二极管D2的K极端，另一端接地，电容C2一端接二极管D2的K极端，另一端接地，比较器U2的正极接电阻R8和电阻R9之间，比较器U2的负极接电阻R10和电阻R11之间，所述比较器U2的输出端接从机CPU的输入端，电阻R12一端接比较器U2的输出端，另一端接DCtoDC电源电路和从机CPU之间。工作时，当总线电压变化时，比较器的正极端与总线电压同时变化，因电容C2的稳压作用，比较器的负极端不会发生电压的变化，电阻R12将开路输出的比较器U2上拉为从机CPU供电电压的相同电位。通过这种方法，将总线下行数据解调成为电平输入给从机CPU。
从机发送数据电路包括：三极管Q2，电阻R13和电阻R14，从机CPU的输出端通过电阻R14接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R13接入总线。
主机接收数据电路包括：比较器U1，二极管D1，电阻R4，电阻R5，电阻R6和电阻R7，输入电压V2通过电阻R4和二极管D1接在总线上，电阻R5和电阻R7串联，一端接输入电压V2，另一端接地，比较器U1的负极接电阻R5和电阻R7之间，比较器U2的正极通过电阻R6接电阻R4和二极管D1之间，比较器U2的输出端接主机CPU的输入端。
工作时，主机设备中输入电压V2、电阻R4、二极管D1和从机设备中电阻R13、三极管Q2形成电流环回路。
从机设备中，当从机CPU输出电平为高时，三极管Q2导通，由于电阻R13的作用，总线上加载了调制电流，当从机CPU输出电平为低时，三极管Q2截止，总线上无调制电流，通过这种方法，将从机设备的输出信息调制到主线上。
主机设备中，通过电阻R4将电流环转化为电压的幅值变化，当从机加载电流时，比较器U1的正极端电压低于比较器U1负极端电压。比较器U1的输入电平产生翻转，通过这种方法，将从机设备上行数据解调成串口信号输入给主机CPU的输入端。
本发明还提供了一种双向总线通信的方法，包括步骤：
S1，主机设备给从机设备供电和/或充电；
S2，主机设备数据下行，从机设备接收数据；
S3，从机设备数据上行，主机设备接收数据。
如图4所示，是本发明中双向总线通信时分步骤电压示意图。
步骤S1中，总线上设备在完成一次主从机设备通信后，总线平均电压低于V3，主机设备中的MOS管打开，总线给各从机供电和/或充电，如图4中T1-T2时间段所示。在步骤S2主机下行和步骤S3从机上行时，每台从机设备由从机设备的内部电容供电，供从机电路工作。
步骤S2中，主机设备通过电路将主机CPU的串口信息通过调制总线的高低电平与高低电平持续的时间来表示串口波形的数据，如图4中T2-T3时间段所示。每一台从机设备均有解调电路将信息解调成串口波形输入给从机的CPU。
步骤S3中，当主机设备发送完成相应的信息，需要从机设备响应数据给主机设备时，从机设备通过电路把数据调制到总线上，如图4中T3-T4所示。主机设备通过上行数据的解调电路把信息解调成串口波形，输入给主机的CPU。
本发明的双向总线通信的方法，为主从机设备通信方式，每次通讯均由主机发起。当主机设备和从机设备之间没有通信时，整个电路处于步骤S1充电中，此时可以开启低功耗模式，待有信息需要通信时，从低功耗模式中退出，按顺序执行步骤S2主机下行和步骤S3从机上行。

Claims (11)

1.一种双向总线通信电路，包括主机设备，至少一个从机设备和总线，其特征在于，所述主机设备和所述从机设备通过所述总线连接，所述主机设备包括：主机发送数据电路，用于向所述从机设备发送数据，主机接收数据电路，用于接收所述从机设备发送的数据，主机CPU，控制所述主机设备；所述从机设备包括：从机发送数据电路，用于向所述主机设备发送数据，从机接收数据电路，用于接收所述主机设备发送的数据，从机CPU，用于控制所述从机设备。
2.根据权利要求1所述的双向总线通信电路，其特征在于，所述主机设备通过外部供电装置提供电源，所述外部供电装置供给输入电压V1和输入电压V2。
3.根据权利要求2所述的双向总线通信电路，其特征在于，所述主机发送数据电路包括：MOS管，三极管Q1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，二极管D1，所述主机CPU的输出端经过所述电阻R3连接到所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极与所述电阻R1和所述电阻R2串联，并且接入所述输入电压V1，所述MOS管接入所述输入电压V1，所述MOS管的G1接在所述电阻R1和所述电阻R2之间，所述输入电压V1通过所述MOS管接入所述总线，所述输入电压V2通过所述电阻R4和所述二极管D1接入所述总线。
4.根据权利要求2所述的双向总线通信电路，其特征在于，所述从机接收数据电路包括：比较器U2，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，二极管D2，电容C2和DCtoDC电源电路，所述DCtoDC电源电路的一端连接所述总线，另一端连接所述从机CPU并为所述从机设备供电，所述二极管D2串联接入所述总线，所述电阻R8与所述电阻R9串联，一端接所述二极管D2的A极端，另一端接地，所述电阻R10与所述电阻R11串联，一端接所述二极管D2的K极端，另一端接地，所述电容C2的一端接所述二极管D2的K极端，另一端接地，所述比较器U2的正极接所述电阻R8和所述电阻R9之间，所述比较器U2的负极接所述电阻R10和所述电阻R11之间，所述比较器U2的输出端接所述从机CPU的输入端，所述电阻R12的一端接所述比较器U2的输出端，另一端接所述DCtoDC电源电路和所述从机CPU之间。
5.根据权利要求2所述的双向总线通信电路，其特征在于，所述从机发送数据电路包括：三极管Q2，电阻R13和电阻R14，所述从机CPU的输出端通过所述电阻R14接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极通过所述电阻R13接入所述总线。
6.根据权利要求2所述的双向总线通信电路，其特征在于，所述主机接收数据电路包括：比较器U1，二极管D1，电阻R4，电阻R5，电阻R6和电阻R7，所述输入电压V2通过所述电阻R4和所述二极管D1接在所述输入电压V1的线路上，所述电阻R5和所述电阻R7串联，一端接所述输入电压V2，另一端接地，所述比较器U1的负极接所述电阻R5和所述电阻R7之间，所述比较器U2的正极通过所述电阻R6接所述电阻R4和所述二极管D1之间，所述比较器U2的输出端接所述主机CPU的输入端。
7.根据权利要求4所述的双向总线通信电路，其特征在于，当所述主机设备与所述从机设备通信时，所述从机设备通过所述电容C2供电。
8.一种双向总线通信的方法，其特征在于，包括步骤：
S1，主机设备给从机设备供电和/或充电；
S2，主机设备数据下行，从机设备接收数据；
S3，从机设备数据上行，主机设备接收数据。
9.根据权利要求8所述的双向总线通信的方法，其特征在于，所述步骤S1中，主机设备通过总线向从机设备供电和/或充电。
10.根据权利要求8所述的双向总线通信的方法，其特征在于，所述步骤S2中，主机设备通过总线电压幅值的变化，与从机设备通信。
11.根据权利要求8所述的双向总线通信的方法，其特征在于，所述步骤S3中，从机设备通过调节总线电流，与主机设备通信。
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