CN108667707A - 基于交流高压高频的双向高速通信装置 - Google Patents

基于交流高压高频的双向高速通信装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于交流高压高频的双向高速通信装置，控制主机和控制从机之间通过载有12Vpp‑60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线连接；主机电源模块与升压稳压模块建立连接关系；升压稳压模块与过载保护模块连接；过载保护模块与主机发送调制模块连接，主机发送调制模块与主机主控MCU建立连接关系，主机接收解调模块与主机主控MCU建立连接关系，主机发送调制模块和主机接收解调模块共同总线连接；极性开关模块与总线连接；从机电源模块与极性开关模块连接，从机接收解调模块与从机主控MCU连接，从机发送调制模块与从机主控MCU连接。本发明通信距离远，抗干扰能力强，降低了线路布设难度与成本。

Description

基于交流高压高频的双向高速通信装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于交流高压高频的双向高速通信装置。
背景技术
M-Bus是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计的，在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用，具有通讯设备容量大(500点)，通讯速率高(9600bps)，成本低，设计简单，布线简便(无极性可任意分支，普通双绞线)，抗干扰能力强，并且总线可提供高达500mA电源的特点。M-Bus的工作原理就象保龄球游戏一样，只有在计算中心发出询问的情况下，才能够在附有MESSDAS软件计算中心和计数器之间执行数据交换，各个终端在计算中心发出指令后才能够提供数据，从M-Bus物理角度来看各终端之间不会产生数据交换。
M-Bus作为一个层次化的系统，由一个主设备、若干从设备和一对连接线缆组成，所有从设备并行连接在总线上，由主设备控制总线上的所有串行通信进程。在欧洲，户用仪表的通讯方式以MBUS为主，它可以解决多结点、长距离的通讯问题。目前国内国际水、电、气、热表企业已采用或拟采用MBUS总线通讯技术。现有的MBUS总线通讯采用低电平信号传输，通信距离范围存在限制，抗干扰能力弱，需要使用双绞线，减少线路成本高，性能差实用性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于交流高压高频的双向高速通信装置，基于12Vpp-60Vpp交流电高供电能力，频率达到110KHz，实现高速、双向和远距离通信的总线通信技术，与现有的MBUS总线技术相比，有更加优越的性能参数。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述通信装置包括控制主机和控制从机，所述控制主机和控制从机之间通过载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线连接；所述控制主机包括主机电源模块、升压稳压模块、过载保护模块、主机发送调制模块、主机接收解调模块和主机主控MCU，所述主机电源模块与所述升压稳压模块建立连接关系，升压稳压模块用于对主机电源模块提供的电压进行提升和稳定；所述升压稳压模块与所述过载保护模块建立连接关系，过载保护模块用于对控制主机发生超负荷载流时进行保护；所述过载保护模块与所述主机发送调制模块建立连接关系，所述主机发送调制模块与所述主机主控MCU建立连接关系，所述主机接收解调模块与所述主机主控MCU建立连接关系，主机发送调制模块和主机接收解调模块共同与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线连接；所述控制从机包括极性开关模块、从机电源模块、从机接收解调模块、从机发送调制模块和从机主控MCU，所述极性开关模块与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线连接；所述从机电源模块与所述极性开关模块建立连接关系，所述从机接收解调模块与所述从机主控MCU建立连接关系，所述从机发送调制模块与所述从机主控MCU建立连接关系，从机发送调制模块还与所述极性开关模块建立连接关系。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述总线采用串型、星型或交叉接线分支的布线方式，总线采用平行电线并进行无极性二线制安装接线。串型接线是采用串联的方式进行总线布线，星型接线是采用中心辐射式的总线布线方式，交叉接线是采用交叉式的总线布线方式，串型、星型或交叉接线的方式是本领域技术人员所知悉的。平行电线区别于双绞线，其采用平行走线的方式，无极性二线制是没有正负之分的用二根信号线进行传输。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述总线连接有集中控制器，所述集中控制器设有RS485或RS232接口，控制主机经总线通过RS485或RS232接口连接有若干所述控制从机，若干所述控制从机连接有若干通信终端。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。RS232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准，设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述通信终端采用智能电表、水表、煤气表、热量表、火灾报警器、联动设备、手动报警按钮、网络显示器、网络仪表设备、数据采集传感器、电动执行机构、阀门控制、温度探测器或温度控制器。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，当通信装置通讯距离超过2km时，通信装置使用隔离中继器进行通信距离延长。当通讯距离超过2km时，可使用隔离中继器进行通信距离延长，隔离中继器采用现场供电，工作电流和负载大小相关。本发明采用最高60V的交流电压，高供电电压决定其有远超MBUS的通讯距离，2.4Kbps下最远可以达到4000米。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述控制主机还包括过载指示模块，所述过载指示模块的输入端与所述过载保护模块的输出端连接，过载指示模块的输处端分别与所述主机发送调制模块和主机主控MCU连接，过载指示模块用于当控制主机发生超负荷载流时进行过载指示。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述控制从机还包括信号隔离模块，所述信号隔离模块与所述从机主控MCU连接，信号隔离模块配置有总线隔离保护器，当总线隔离保护器所在分支发生短路时，信号隔离模块通过总线隔离保护器自动断开其分支。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，控制主机接收的控制从机发送的通信数据信号经过主机接收解调模块的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过主机发送调制模块的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号经总线传输给控制从机。
如上所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，控制从机接收的控制主机发送的通信数据信号经过从机接收解调模块的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过从机发送调制模块的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号传输给极性开关模块与通信终端进行数据通信。
本发明具有如下优点：总线在具体的电压、频率信号等参数上区别于现有的MBUS，本发明涉及的总线可以同时带多个负载、可以双线不分极性接入，具有12Vpp-60Vpp的高供电能力与110KHz的高频率，与传统的MBUS相比有其显著的特点，主要体现在下行调制技术、高速通信、双向通信、短路跳闸防护技术、交流通信无直流损耗、频谱利用率高、电源利用率高等不同，另外本发明摒弃传统的低电平信号传输，通信距离更远，抗干扰能力更强，可以不使用双绞线，直接用平行电线，大大降低了线路布设的难度与成本。
附图说明
图1为基于交流高压高频的双向高速通信装置控制主机示意图；
图2为基于交流高压高频的双向高速通信装置控制从机示意图；
图3为实施例中基于交流高压高频的双向高速通信装置示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1、图2和图3，基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述通信装置包括控制主机1和控制从机2，所述控制主机1和控制从机2之间通过载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线3连接；所述控制主机1包括主机电源模块4、升压稳压模块5、过载保护模块6、主机发送调制模块7、主机接收解调模块8和主机主控MCU9，所述主机电源模块4与所述升压稳压模块5建立连接关系，升压稳压模块5用于对主机电源模块4提供的电压进行提升和稳定；所述升压稳压模块5与所述过载保护模块6建立连接关系，过载保护模块6用于对控制主机1发生超负荷载流时进行保护；所述过载保护模块6与所述主机发送调制模块7建立连接关系，所述主机发送调制模块7与所述主机主控MCU9建立连接关系，所述主机接收解调模块8与所述主机主控MCU9建立连接关系，主机发送调制模块7和主机接收解调模块8共同与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线3连接；所述控制从机2包括极性开关模块10、从机电源模块11、从机接收解调模块12、从机发送调制模块13和从机主控MCU14，所述极性开关模块10与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线3连接；所述从机电源模块11与所述极性开关模块10建立连接关系，所述从机接收解调模块12与所述从机主控MCU14建立连接关系，所述从机发送调制模块13与所述从机主控MCU14建立连接关系，从机发送调制模块13还与所述极性开关模块10建立连接关系。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，所述总线3采用串型、星型或交叉接线分支的布线方式，总线3采用平行电线并进行无极性二线制安装接线。串型接线是采用串联的方式进行总线3布线，星型接线是采用中心辐射式的总线3布线方式，交叉接线是采用交叉式的总线3布线方式，串型、星型或交叉接线的方式是本领域技术人员所知悉的。平行电线区别于双绞线，其采用平行走线的方式，无极性二线制是没有正负之分的用二根信号线进行传输。
参见图3，所述总线3连接有集中控制器17，所述集中控制器17设有RS485或RS232接口，控制主机1经总线3通过RS485或RS232接口连接有若干所述控制从机2，若干所述控制从机2连接有若干通信终端。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线3式拓扑结构，在同一总线3上最多可以挂接32个节点。RS232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准，设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，所述通信终端采用智能电表、水表、煤气表、热量表、火灾报警器、联动设备、手动报警按钮、网络显示器、网络仪表设备、数据采集传感器、电动执行机构、阀门控制、温度探测器或温度控制器。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，当通信装置通讯距离超过2km时，通信装置使用隔离中继器18进行通信距离延长。当通讯距离超过2km时，可使用隔离中继器18进行通信距离延长，隔离中继器18采用现场供电，工作电流和负载大小相关。本发明采用最高60V的交流电压，高供电电压决定其有远超MBUS的通讯距离，2.4Kbps下最远可以达到4000米。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，所述控制主机1还包括过载指示模块15，所述过载指示模块15的输入端与所述过载保护模块6的输出端连接，过载指示模块15的输处端分别与所述主机发送调制模块7和主机主控MCU9连接，过载指示模块15用于当控制主机1发生超负荷载流时进行过载指示。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，所述控制从机2还包括信号隔离模块16，所述信号隔离模块16与所述从机主控MCU14连接，信号隔离模块16配置有总线3隔离保护器，当总线3隔离保护器所在分支发生短路时，信号隔离模块16通过总线3隔离保护器自动断开其分支。
基于交流高压高频的双向高速通信装置的一个实施例中，控制主机1接收的控制从机2发送的通信数据信号经过主机接收解调模块8的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过主机发送调制模块7的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号经总线3传输给控制从机2。控制从机2接收的控制主机1发送的通信数据信号经过从机接收解调模块12的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过从机发送调制模块13的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号传输给极性开关模块10与通信终端进行数据通信。
本发明的基于交流高压高频的双向高速通信装置与传统的M-Bus性能对比如下：
本发明具有高速稳定的通讯速率，在20kb/s的通讯速率时可达到2.4Km的可靠通讯距离；在20kb/s、2.4Km的可靠通讯距离时，可以满负载工作；通过本发明可向末端设备提供安培级别电流；允许串型、星型、交叉等任意接线分支的布线方式；极低的静态功耗，低于1mA；使用普通平行线，无极性二线制安装接线；通过隔离设备可保证在遭雷击时可靠工作，恒流的电流环通讯方式，抗干扰性强；可容纳多种设备，预留多种通讯协议，扩展方便；可与计算机232、485等接口连接，系统兼容性及扩展性好。在具体的电压、频率信号等参数上区别于现有的MBUS，本发明涉及的总线3可以同时带多个负载、可以双线不分极性接入，具有12Vpp-60Vpp的高供电能力与110KHz的高频率，与传统的MBUS相比有其显著的特点，主要体现在下行调制技术、高速通信、双向通信、短路跳闸防护技术、交流通信无直流损耗、频谱利用率高、电源利用率高等不同，另外本发明摒弃传统的低电平信号传输，通信距离更远，抗干扰能力更强，可以不使用双绞线，直接用平行电线，大大降低了线路布设的难度与成本。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.基于交流高压高频的双向高速通信装置，所述通信装置包括控制主机(1)和控制从机(2)，其特征在于：所述控制主机(1)和控制从机(2)之间通过载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线(3)连接；所述控制主机(1)包括主机电源模块(4)、升压稳压模块(5)、过载保护模块(6)、主机发送调制模块(7)、主机接收解调模块(8)和主机主控MCU(9)，所述主机电源模块(4)与所述升压稳压模块(5)建立连接关系，升压稳压模块(5)用于对主机电源模块(4)提供的电压进行提升和稳定；所述升压稳压模块(5)与所述过载保护模块(6)建立连接关系，过载保护模块(6)用于对控制主机(1)发生超负荷载流时进行保护；所述过载保护模块(6)与所述主机发送调制模块(7)建立连接关系，所述主机发送调制模块(7)与所述主机主控MCU(9)建立连接关系，所述主机接收解调模块(8)与所述主机主控MCU(9)建立连接关系，主机发送调制模块(7)和主机接收解调模块(8)共同与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线(3)连接；所述控制从机(2)包括极性开关模块(10)、从机电源模块(11)、从机接收解调模块(12)、从机发送调制模块(13)和从机主控MCU(14)，所述极性开关模块(10)与载有12Vpp-60Vpp交流或脉冲信号电压及110KHz频率的总线(3)连接；所述从机电源模块(11)与所述极性开关模块(10)建立连接关系，所述从机接收解调模块(12)与所述从机主控MCU(14)建立连接关系，所述从机发送调制模块(13)与所述从机主控MCU(14)建立连接关系，从机发送调制模块(13)还与所述极性开关模块(10)建立连接关系。
2.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：所述总线(3)采用串型、星型或交叉接线分支的布线方式，总线(3)采用平行电线并进行无极性二线制安装接线。
3.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：所述总线(3)连接有集中控制器(17)，所述集中控制器(17)设有RS485或RS232接口，控制主机(1)经总线(3)通过RS485或RS232接口连接有若干所述控制从机(2)，若干所述控制从机(2)连接有若干通信终端。
4.根据权利要求3所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：所述通信终端采用智能电表、水表、煤气表、热量表、火灾报警器、联动设备、手动报警按钮、网络显示器、网络仪表设备、数据采集传感器、电动执行机构、阀门控制、温度探测器或温度控制器。
5.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：当通信装置通讯距离超过2km时，通信装置使用隔离中继器(18)进行通信距离延长。
6.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：所述控制主机(1)还包括过载指示模块(15)，所述过载指示模块(15)的输入端与所述过载保护模块(6)的输出端连接，过载指示模块(15)的输处端分别与所述主机发送调制模块(7)和主机主控MCU(9)连接，过载指示模块(15)用于当控制主机(1)发生超负荷载流时进行过载指示。
7.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：所述控制从机(2)还包括信号隔离模块(16)，所述信号隔离模块(16)与所述从机主控MCU(14)连接，信号隔离模块(16)配置有总线(3)隔离保护器，当总线(3)隔离保护器所在分支发生短路时，信号隔离模块(16)通过总线(3)隔离保护器自动断开其分支。
8.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：控制主机(1)接收的控制从机(2)发送的通信数据信号经过主机接收解调模块(8)的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过主机发送调制模块(7)的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号经总线(3)传输给控制从机(2)。
9.根据权利要求1所述的基于交流高压高频的双向高速通信装置，其特征在于：控制从机(2)接收的控制主机(1)发送的通信数据信号经过从机接收解调模块(12)的解调电路进行解调，解调后的数据信号经过从机发送调制模块(13)的调制电路进行信号调制，调制后的数据信号传输给极性开关模块(10)与通信终端进行数据通信。
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