CN110022253A - 同时供电和通信二总线的应急通信装置、协议和方法 - Google Patents

Abstract

一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置、协议和方法，通过有应急需要的从站机，发送有约定特征的、由请求“位”信号构成的“请求域”信息以及由仲裁“位”信号构成的“仲裁场”信息，再通过主站机对每一个“位”信号的应答，使得所有从站机都能及时掌握其他从站机的应急发送情况。在这种情况下，从站机在进入“仲裁场”后采用“0”数据位优先于“1”数据的竞争方式，完成了竞争排序上报的仲裁机制，实现了从站机自主上报。主站机在“仲裁场”还自主发送同步“位”信号，可以有效同步系统的发送，降低了系统对于终端的技术要求。本发明不仅解决了用二总线供电、通信的难题，还解决了主从结构系统，从站机不能自主发送的难题，可以广泛应用于从站机有应急发送需求的物联网系统中。

Description

同时供电和通信二总线的应急通信装置、协议和方法

技术领域

一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置、协议和方法。

背景技术

公知有一种M-BUS接口电路使用两线模式，可同时传输信息和供电。这种接口电路把通信功能和供电功能集合在一起，只需二根导线，非常方便，越来越多地被应用到设备之间的通信和管理上。该电路由主站机和从站机构成，主站机在向从站机发送信息时采用电压调制，而在接收从站机发送的信息时采用电流调制。

本发明人201610134844.4号发明专利申请，提出了一种使用两线同时传送信息和电源的电路。这种二总线，由于不仅能通信，还能提供工作电源，是物联网理想的总线方式。但公知的这种二总线是一种主从通信模式，是主站机绝对主动的通信方式。而大多应用场合都有从站机需要直接对应急事件上报的需要。比如在火警应急报警场合应用时，灾情往往都是发生在从站机处。从站机需要随时主动发出报警信息，但公知这种总线无法完成这个任务，想要完成这个任务必须用不停的巡抄来实现。

发明内容

本发明要解决的问题：本发明的目的是发明一种二总线的、从站机能主动发起竞争性请求的系统装置、协议和方法。

下面通过对说明书附图的说明来说明本发明是怎样实现的。

图1是涉及本发明系统的架构示意图。图中[U]代表系统的上位机，是本发明整个系统中提供系统电源供给、完成数据管理、采集、控制的管理中心。[M] 是主站机。它首先完成对来自上位机的下行信号进行电压调制，实现供电和下行信息的调制；其次完成从站机[S]发送的上行电流信号解调；再次，主站机模块单元还要完成从站机[S]应急主动上报信息的识别、解调、转发和分发；完成其他向上位机请求、置忙等等任务。[S]是从站机群的总称，用Sn代表从站机群中的某一个从站机。图1中Uo-Mi是上位机[U]发送给主站机的信息流，其中既包括下发给系统中从站机[S]的下行信息，也包括由[U]发送至[M]的由主站机[M]执行的指令信息；该信息也可以认为是[M]的输入信息；Ui-Mo是主站机[M]发送给上位机[U]的信息；该信息也可以认为是[U]的输入信息。REQ是本发明的一个实施例专用引脚信息，是一个可以包含也可以不包含的引脚。一个有REQ的实施例，在允许从站机主动发起上报请求时，主站机[M]在接收到从站机应急请求时会通过REQ引脚输出请求，由主站机[M]生成REQ“是”电平（一个实施例，在REQ有效的“是”电平期间，REQ引脚置为低电平，而无请求时为高电平）发送给上位机[U]。Mo-Si是主站机[M]在接收到上位机[U]发出的、发送至从站机[S]的下行信息时，会调制成由两个电压段构成的电压调制信号。这个电压调制信号由两个电压段构成：高电压段按信息调制，而低压段则保证从站机始终得到高于这个电压源的供电。Mi-So是从站机[S]发送至主站机[M]的电流调制信号。

图2是本发明系统的一个实施例电路原理框图，可以用来说明本发明硬件装置的实现过程。图中[1]是主站机[M]中的微处理电路单元。它完成：下行电压信号的调制控制，上行电流信号的解调控制处理、接收信息和转发信息，完成信息的采集、协调、处理和管理。[2]是上位机[U]中的电源供给单元，下行电压调制信号，主要由两个电压段电源构成。所述两个电压段分别为：由△VH提供下行电压调制信号的信号调制区段，该段电压差区段用于调制信号；另一个低压保证区段的电压区段，由电源△VL提供保障从站机工作所必需的总线最低工作电压稳压源。[3]是上位机[U]中的通信管理中心单元，是本发明系统完成系统运行目标、实现人机对话的系统枢纽。[4]是从站机[S]中下行电压调制信号解调电路单元。[5]是从站机[S]中的上行信号电流调制电路单元。[6]是从站机[S]中的核心处理电路单元；它不仅完成与主站机[M]的双向通信管理，还完成从站机的应用功能任务。

在图2主站机[M]中，KM2是等效电子切换单元。根据[M]接收到的由[U]发出的下行通信信号：在逻辑电平为“1”和“0”时，分别接通VH电源和VL电源，实现本发明所述电压调制。一个实施例，在信号逻辑为“1”时，接通二总线输入／输出端BUSL1（经过电感LM1）至VH电源；在信号逻辑为“0”时，接通二总线输入／输出端BUSL1（经过电感LM1）至VL电源；由于VH是叠接在VL上的，调制有信号的电压段均在超过VL的部分，从而可以保证二总线BUSL1和BUSL2之间始终保持有超过VL的电源电压。单向导电器件DM1可以防止电流向VL倒灌，也可以保证在BUSL1未和VH接通期间，由所述单向导电器件向二总线提供接近VL的电平输出。电感LM1在KM2电压切换过程中会产生一个下降沿和上升沿的过脉冲，这个过脉冲很多时候正好有利于总线上存在分布电容和其他负载侧等效过来的电容放电和充电，在匹配状态下有正面作用。当需要减少影响时，本发明的一个实施例，设计有等效电子开关KM1，它在主站机[M]在接收上位机[U]收发来的下行电压信号Uo-Si期间短接，而在无下行信号期间释放，为接收[S]发来的上行电流调制信息So-Mi作准备。这期间，[M]由发送转变为接收，需要[M]预留一个切换延迟时间。

图2主站机[M]中，电容CM1、RM1构成其中一路微分电路，电容CM2、RM2构成另一路微分电路，比较放大器AM1、AM2，可调偏置电源VM1、VM2，以及采样电感LM1共同构建了本发明主站机[M]的电流解调实施例电路单元。采样电感LM1的直流电阻非常小，可达微欧级，因而流过该电感的主回路负载电流在电感上产生的直流压降非常小，对比较放大器偏置电压的影响非常小，使得本发明的装置可以广泛用于大负荷应用场合。当[S]发送上行电流调制方波信号时，在电感LM1、电容器CM1、电阻RM1的作用下，产生一个微分信号，加在比较放大器AM1的输入端，而偏置电压VM1加在比较放大器的另一个输入脚上，产生比较放大器的输入电压偏置。图2是一个实施例，在这个实施例中，比较放大器AM2由VM2产生了一个负电压偏置，比较放大器AM2可以检验出上行电流源信号的下降沿；比较放大器AM1由VM1产生了一个正输入电压偏置，比较放大器AM1可以检验出上行电流调制信号的上升沿。通过[M]中微处理电路单元[1] 的判断和处理就可以解调出上行电流信号TX；TX是上行电流信息的解调后的信息，它发送给上位机[U]。在二总线BUSL1和BUSL2之间的负载大小会影响输入比较放大器AM1和AM2的检测灵敏度。当二总线负载很重时，有效信号和干扰信号都会减小；而负载很轻时，有效信号和干扰信号都会很强。如在不同负载时用相同的偏置电压，那么，在负荷重时合适的偏置电压，在负荷轻的时候可能将干扰当成信号检出，也可能被过宽的沿影响解调，还可能被干扰信号干扰而误调解。本发明采用自动调节偏置电压VM1和VM2。为保证电流信号边沿的解调，本发明的一个实施例，其特征是在采样电感LM1两端并联有一个电容器CM，保证在上行电流信号上升沿和下降沿出现时有一个最好的谐振点，且所述谐振点保证上升沿信号和下降沿信号有最佳的宽度和幅度。

本发明采样元件采用直流电阻非常小的电感元件，而上行电流调制信号解调，使用的是由比较放大器输出的上升沿和下降沿，而这些“沿”只要电路中有电感存在都会存在，因而可在大负荷环境下使用。

在图2从站机[S]中，二极管DS2、DS3、DS4、DS5是构成从站机无极性工作设计的一个实施例，串联在二总线中的电阻RS1、RS2是保护电阻，DS1是一个过压保护元件，用以削除过压脉冲危害。图2从站机[S]中，二极管DS6、电感LS1、电阻RS3、滤波电容CS1、稳压器件US1和滤波电容器CS2构成一个从站机电源供给实施例。这个所述实施例给从站机中的单元[6]提供稳压电源。由于二总线电路的电压可以达到20V至50V的高电压，稳压器件US1上的压降很大，器件的功耗容限会限制稳压电源的最大输出电流。二极管DS7、电感LS2、电阻RS4、滤波电容CS3构成另一个从站机电源供给实施例，这个电源全部通过外部元器件提供，因此输出功率容限限制小，可以实现较大电流供给。

图3是主站机[M]下行电压调制信号的实施例示意图。图中Uo-Mi是来自上位机的待调制下行信号，Mo-Si是主站机[M]调制后发送至从站机[S]的电压调制信号。调制后的信号由两个电压区段构成。其中△VH电压信号调制区段用于信号调制，是有信号的区段；另一个低压保证区段，由电源VL提供保障从站机工作所必需的总线最低工作电压源。

为了说明本发明的实现，先把公知系统的难点和问题说明如下：在公知二总线主从系统中，都是主站机[M]根据[U]的指令，将下行待调制信号经过电压调制，再通过二总线下传给从站机[S]。从站机[S]根据命令需要回传时，再将待上行的数据调制成电流调制信号上传。如果要实现从站机能主动随机竞争上报，就必须首先解决以下几个问题：

第一，在公知下行电压调制和上行电流调制的系统中，每一个从站机都可以接收到主站机下行的电压调制信号，因此每一个从站机都可以响应主站机的通信呼叫。但从站机上行的电流信号却只有主站机具备接收和解调能力，其他从站机无法读取。换句话说，除发送上行电流调制信号的从站机知道自己发送的信息外，只有接收解调信息的主站机知道该从站机发送了什么信息，其余的从站机都不会知道内容。

第二，要实现从站机主动自主进行竞争性上报，就必须实现任何一个从站机有主动上报请求时，从站机不仅需要知道主站机正在进行的通信，还需要知道系统内其他所有从站机正在进行的通信。只有待主动上报的从站机都知道系统内的所有通信，才能在主动上报时启动竞争上报机制和协议。

第三，在本发明系统中，至少可能有三种类型的信息和信号：一是由主站机[M]依据上位机[U]发送的下行信号调制的电压调制信号；二是从站机竞争上报的转发信号；三是主站机主动发送的同步信号。每一个从站机对这几种信号都需要能够准确区分。每一个从站机都必须能够区分主站机正常下传的下行电压调制信号和从站机主动应急上报的信号以及主站机下发的同步信号。原因在于从站机需要对不同信号采用不同的处理方式、执行不同的协议：首先对于主站下行的电压调制信号，需要读懂且作出反应；而对于从站机主动上传的信号，只有本身也计划上传时，才需要关注，而对同步信号则只有在需要发送时使用。显然响应的方式和协议完全不同。

因此，要实现从站机的主动上传，就必须实现：每一种通信的信号中都包含有明确的类型信息，亦即主站机和每个从站机都能至少准确区分以下接收到的信号：

a）由主站机[M]根据上位机[U]发送的下行电压调制信号；

b）从站机主动应急上报的“位”信号；

c）由主站机[M]根据从站机主动上传信号转发的电压调制信号；

d）由主站机[M]主动发送的同步电压调制信号。

第四，在本发明的二总线中，由主站机[M]向二总线发送的下行电压调制信号，其中不仅调制有电压信号，还拥有提供电源的功率，因此主站机调制电路功率大，在发送时，会给二总线电路产生大的波形扰动。因而在主站机[M]由发送状态转变为接收状态时，需要有一个总线的稳定时间，亦即需要在发送电压调制信号后延迟一个时间后，才能转变为接收信号状态。二总线功率越大，二总线间由电感、电容构成的贮能元件量值越大，需要的过渡过程时间就越长。一个实施例，在二总线负荷电流在1000mA以下时，电压调制发出后需要经过0.5ms左右的时间后，才能稳定地进行接收。

本发明的二总线装置、协议和方法，充分注意了这些要求。

图4是本发明系统装置通过本发明协议实现从站机可主动发送的信息帧结构和协议示意图。图4中，So-Mit是本发明从站机经过竞争发送的应急上报帧。其中至少包含“请求域”、“空闲”区、“仲裁场+数据域”。在“仲裁场+数据域”中，“数据域”也可以认为是进行竞争仲裁的地址码的一部分，因此在本发明中，均将可能包含数据域的“仲裁场+数据域”简称为“仲裁场”。

本发明为了实现本发明系统中至少有的下述四种信号有可区别的特征，采用固定波特率进行通信。这四种信号是： a）由主站机[M]根据上位机[U]发送的下行电压调制信号； b）从站机主动应急上报的“位”信号； c）由主站机[M]根据从站机主动上传信号转发的电压调制信号；d）由主站机[M]主动发送的同步电压调制信号。

本发明所述“请求域”由若干有区别于主站机[M]发送给从站机电压调制信号的请求“位”信号构成。本发明为实现本发明的一个实施例，“请求域”是由5个请求“位”信号构成。图5是由5个请求“位”信号构成“请求域”的一个实施例。请求“位”信号比从站机[Sn]响应主站机[M]发送的一个bit的电流调制信号的脉冲宽度要窄，且窄到在允许的误差范围内，主站机[M]能够准确识别区分的程度。由于本发明是固定波特率通信，因此，当主站机接收到一个比所述固定波特率一个bit的信号还要窄的符合协议约定特征和规律的“位”信号时，就可正确判定这是“请求域”中的请求“位”信号。一个实施例，请求“位”信号的约定特征是：请求“位”信号电流脉冲宽度只有所述固定波特率一个bit信号时间宽度的一半。图5中，So-Mit是从站机经过竞争发送的“请求域”请求“位”信号；Mo-Sit是主站机[M]接收从站机请求“位”信号后发出的电压调制的应答“位”信号；Mo-Ui2是发送给上位机的REQ请求。

本发明中，从站机发送的电流“位”信号后，允许主站机迅速发送“应答”信号，但主站发送功率很大的“应答”信号、同步信号后，对总线的扰动大，需要有一个较长的稳定延迟时间。在本发明的图4示例中，己经充分注意了这种设计需要。

图4中，Mo-Si是主站机[M]接收并判定是从站机发出的请求“位”信号后，会在延迟一个协议约定的时间间隔后，自动对每一个请求“位”信号，发送一个应答“位”信号。在“仲裁场+数据域”，主站机[M]还会在从站机发送竞争地址码及数据前，主动先发送同步“位”信号。这当中，从站机的请求“位”信号、主站机的应答“位”信号都是一个比所述固定波特率一个bit信号还要窄的符合协议约定特征和规律的“位”信号。一个实施例，应答“位”信号的约定特征是：应答“位”信号之电压调制信号脉冲宽度只有所述固定波特率一个bit信号时间宽度的一半。

图5是主站机[U]对“请求域”的每一个请求“位”进行应答的实施例局部内容示意图。图中所有应答均按照这样的约定协议发送电压调制的应答“位”信号：在请求“位”信号结束后，延迟一个“位”信号的时间后，发送一个脉冲信号宽度为固定波特率一个bit宽度一半的应答“位”信号。主站机[U]发送的“位”信号均为电压调制信号。

在本发明中，各种“位”信号的宽度，在应用时由于解调误差，都会存在允许的误差。

在本发明中，凡是由主站机[M]发送至二总线的应答“位”信号、同步“位”信号、转发“位”信号、仲裁“位”信号，均采用下述电压调制：调制后的信号由两个电压区段构成。其中△VH电压信号调制区段用于信号调制，是有信号的区段；另一个低压保证区段，由电源VL提供保障从站机工作所必需的总线最低工作电压源。

图4中，Mo-Ui1是主站机[M]接收到从站机[Sn]应急请求帧信息，调制在一个约定串行字节后，发送给上位机[U]的应急请求信息帧。Mo-Ui2是主站机[M]接收到从站机[Sn]应急请求帧信息后，自动生成的REQ请求信号。所述REQ请求信号完成通知上位机有从站机发出应急请求的功能任务。REQ请求信号的一个实施例，在主站机检测到第一个由从站机发出的请求“位”信号后即发出REQ请求信号。REQ请求信号的又一个实施例，在主站机检测到第二个由从站机发出的请求“位”信号后即发出REQ请求信号，以排除偶然干扰的误触发。图7是本发明的一个实施例，它把图4中独立发送的REQ请求信号组合在Mo-Ui1中，成为发送给上位机[U]的应急请求信息帧中有特征的请求前导。所述有特征的请求前导，是REQ发送期间有一个超过固定波特率一个字节时长的低电平。该实施例提供一种主站机和上位机之间有更简化结构的本发明方案。

图4中，“请求域”起到发起请求的导引作用，从站机通过读取应答“位”信号进行自我验证。当发现起始请求“位”信号没有“应答”时，应该补加一个请求“位”，而中间没有“应答”则应按约定协议重启请求。本发明的“请求域”的总时间间隔以保证REQ信号至少大于一个所述固定波特率一个字节时间的时长为设计依据。

在图4实施例中，“请求域”和“仲裁场”之间，有一个“空闲”区间，用于：其一，为图7实施例中，主站机[M]发送给上位机[U]的Mo-Ui1帧产生REQ请求信号后，仍然有一个字节时间间隔以上的“空闲”电平，为有效解释后续信息作准备。其二，对进行从站机间进行通信的应急申请，提供发送从站机间通信的标识。

图4这个本发明实施例中，“空闲”区间后即进入“仲裁场”（或称“仲裁场+数据域”）。进入“仲裁场”后，主站机[M]会按照约定的协议，在约定的时刻，定时向二总线发送同步“位”信号，用以同步从站机[Sn]进行竞争发送地址和数据的时间。

图6是将“仲裁场”中的同步“位”信号分离表示的局部信号时序及协议示意图。图6中“So-Mit”是从站机[Sn]竞争发送的仲裁“位”信号信息帧；“Mo-Sit主动同步”是主站机依据协议约定，在规定时刻发送的同步“位”信号帧，是由主站机在“仲裁场”主动发送的电压调制同步“位”信号；该实施例中，每一个同步“位”信号同步两个从站机发送的仲裁“位”信号。图6中，“Mo-Ui1应答”信息帧，是对从站机上传的仲裁“位”信号的应答“位”信号，其特征是：主站机[M]在“仲裁场”的应答，和在“请求域”的应答有不同的延迟时间；在“仲裁场”主站机[M]接收到仲裁“位”信号后，会延迟二个“位”信号周期后才会发送应答“位”信号，而在“请求域”则是延迟一个“位”信号周期就发送应答“位”信号。“Mo-Ui2合成”信息帧是将为说明方便而拆开示意的“主动同步”帧和应答信息帧合并后的“合成”帧，是恢复实际状态的信息帧。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议的应急帧中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：“请求域”的“位”信号发送间隔和“仲裁场”的“位”信号发送时间间隔有可以准确判定的特征区别。

图6中“Mo-Ui”数据帧，是主站机[M]将从站机竞争发送的信息，编制进发送至上位机信息帧的实施例。为了说明方便，先设定一个异步串行二进制字节，由8个数据位、一个“0”电平起始位和4个“1”电平停止位构成，且波特率为所述固定波特率，那么其中一个bit的时间就是波特率的倒数；一个字节串行码信息位的排列依次是：起始位（“0”电平）S、数据位D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、停止位（“1”电平）P1、P2、P3、P4。一个实施例，固定波特率为9600bps，那么一个bit的脉冲宽度约为104us。图6是在“仲裁场”信号时序及协议的一个应用实施例局部示意图。由主站机发送至上位机的“Mo-Ui”信息帧中，主站机[M]总是在同步“位”信号发送的同时发送一个bit“0”电平的起始位，并在接收到从站机发送的第一个和第二个仲裁“位”信号的同时，调制编辑生成串行码的D2位和D7位。而将其余数据位D0、D1、D3、D4、D5、D6由主站机[M]主动置“0”或者“1”，将在停止位的P1、P2、P3、P4期间全部置为“1”电平，构建成一个由两个有效数据位构成的“分码”数据字节；由于一个“分码”数据中只包含两个有效数据位，因此从站机的一个字节的信息需要通过4个字节“分码”数据字节来构建。通过本发明的这一设计，实现本发明的下述目标：其一，构建起一个可被上位机[U]识别和解释的串行码“分码”数据字节，且D2和D7位为有效的由从站机发送的仲裁“位”信号；由4个“分码”数据字节传递一个字节的从站机仲裁域信息；其二，在主站机发出应答“位”信号后均有6个“位”周期的空闲时间，以确保二总线电路通信稳定且能有效接收下一个仲裁“位”信号。

在图4和图7中“仲裁场”的一个实施例：从站机可以根据系统运行协议，在“仲裁场”发送一个字节、二个字节、三个字节……的“仲裁场”的信息；一个实施例，发送字节数是通过系统设置功能命令分别设置在主站机、从站机完成的。“仲裁场”的一个实施例，在发送的多个字节仲裁信息中，第一个字节在本发明中一定是个参与竞争仲裁的通信地址，而其他字节既可以是通信地址，也可以是数据。

在本发明的系统中，当从站机有应急请求需要时，会不断侦测二总线上的信号。当二总线上有主站机发出的常规电压调制信号时，应根据信息含义进行等待；当侦测到二总线上有特征的“位”信号时，可根据“位”信号的特征，估计竞争上报的时机。

在本发明的系统中，当发现二总线处于“空闲”状态时，任何有应急上报需要的从站机都可以通过下述竞争方式主动发起应急上报通信，主站机则作出协议约定的响应：

第一步，从站机首先向二总线发送“请求域”请求“位”信号，且该“位”信号是由电流调制的、比所述固定波特率一个bit的信号还要窄的符合协议约定特征和规律的“位”信号。

第二步，主站机[M]接收并判定是从站机发出的请求“位”信号后，会延迟一个协议约定的时间间隔后，自动对每一个请求“位”信号，发送一个各从站机都能接收到的、采用电压调制的应答“位”信号。一个实施例，主站机在接到从站机请求“位”信号结束后，延迟一个“位”周期后发送电压调制的、应答“位”信号。主站机[M]接收到从站机[Sn]第一个应急请求“位”信号后，在发送应答“位”信号的同时，即向上位机[U]发出REQ请求信号。REQ请求信号的一个实施例，在主站机检测到第二个由从站机发出的请求“位”信号后即发出REQ请求信号，以排除偶然干扰的误触发。REQ请求的一个实施例，是由专门的引脚向上位机[U]发送的。图7是REQ请求的一个实施例，REQ请求信号被调制在串行异步码构成的数据帧之内，且REQ超过所述固定波特率一个字节以上的宽度，以便上位机[U]能够准确识别。

第三步，发送完请求“位”信号的从站机会不断侦测二总线上的信号，根据侦测结果采取不同的应对措施。本发明的从站机会至少区分以下几种不同情况，实施不同的竞争应对措施：（1）如果侦测到了电压调制的、符合协议约定特征和规律的“位”信号，但出现的时间间隔提前到了约定时间间隔之外，说明主站机已经响应了其他从站机的应急上报请求“位”信号，那么，该从站机应放弃本次请求发送，延迟等待一个经计算的时间延迟后，再进行竞争发送。（2）如果侦测到电压调制的、符合协议约定特征和规律的“位”信号，且出现的时间间隔在约定的时间间隔范围以内，说明主站机已经响应了本从站机的的请求“位”信号，那么该从站机即可进行后续的请求“位”发送。从站机随后即可以依次发送“请求域”的其他请求“位”信号，且每次都在协议约定的时间内检测应答“位”信号，如果从站机每次发送请求“位”信号后，均能在约定的时间内检测到应答“位”信号，则从站机完成了“请求域”的请求，可以进入下一个区段。“请求域”的一个实施例，请求域由5个请求“位”信号构成；一个请求“位”信号的下降沿与前一个请求“位”信号的下降沿之间，总共间隔8个“位”信号周期。在发送请求“位”信号过程中，如果第一个“位”信号没有收到应答“位”信号，则应该忽略该“位”信号，以连续有应答“位”信号作为“请求域”应发送的请求“位”信号。

第四步，从站机发送完“请求域”请求“位”信号后，以“空闲”等待并不断检测主站机[M]发送的同步“位”信号。同步“位”信号按照本发明的设计，有固定的时序位置。它由主站机[M]主动用电压调制信号、在系统协议约定的时间、以“位”信号的周期发送。图6是所述系统协议约定的时间发送同步“位”信号的一个实施例局部示意图：主站机在“仲裁场”发送的第一个同步“位”信号，是在从站机最后一个请求“位”信号发送结束后，延迟了29个“位”周期后发出的；这其中7个“位”周期，是“请求城”最后一个请求“位”信号发送后，依据协议都需要延时的周期数，另外22个位周期则相当于一11个bit的固定波特率字节时长。在这个实施例中，固定波特率异步串行码一个bit的数据位时长相当于二个“位”信号周期数，所以22个“位”周期相当于一个由11个数据位构成的字节时长。在“仲裁场”中，相邻同步“位”约定协议的一个实施例：一是前一个同步“位”信号的下降沿与后一个同步“位”信号的上升沿之间，有25个“位”周期的间隔；二是同步“位”信号发送后，间隔5个“位”信号周期，是从站机第一个竞争地址“位”数据以仲裁“位”信号发送的时序位置；三是从站机第一个和第二个竞争地址“位”数据间的时间间隔为：相邻仲裁“位”信号下降沿之间有10个“位”周期的间隔。

本发明的一个实施例，主站机[M]进入“仲裁场”后，总是：（1）向二总线发送电压调制的同步“位”信号，且总是在同步“位”信号发送的同时，给发往上位机[U]的串行信息帧中发送一个bit“0”电平的起始位；（2）在接收到从站机发送的第一个和第二个仲裁“位”信号后，会同时调制生成串行码D2位和D7位，且将其余数据位D0、D1、D3、D4、D5、D6由主站机[M]主动置“0”或者“1”；（3）将在P1、P2、P3、P4停止位期间全部置为“1”电平；（4）由一个“0”电平的起始位、二个有效数据位（D2、D7位）、六个自定义无意义填充位（D0、D1、D3、D4、D5、D6位）和四个“1”电平的停止位构成一个完整的、发送给上位机的“分码”字节；（5）从站机的一个“仲裁场”字节的信息通过4个字节“分码”字节来构建，从而实现本发明的下述目标：其一，构建起一个可被上位机[U]识别和解释的串行码“分码”字节，且D2和D7位为有效的由从站机发送的仲裁“位”信号；通过主站机调制、编辑的4个“分码”字节传递一个字节的从站机仲裁域信息；其二，在主站机发出应答“位”信号后均有6个“位”信号的空闲时间，使之确保二总线电路稳定且能有效接收下一个仲裁“位”信号。

在本发明中，从站机在“仲裁场”竞争发送均有以下步骤和协议：

第一，确定上传是“0”信号“位”调制模式还是“1”信号“位”调制模式。“0”信号“位”调制模式是指：从站机待发送地址或数据字节中，数据位是“0”时，发送电流调制脉冲信号，而数据位是“1”时则不发送电流调制脉冲信号；由于串行码“空闲”状态为“1”，使用“0”信号“位”调制模式时不需要发送，因此这种模式是最常用模式。“1”信号“位”调制模式是指：从站机待发送地址或数据字节中，数据位是“1”时，发送电流脉冲信号，而数据位是“0”时则不发送电流脉冲信号。

第二，通过系统设置确定“仲裁场”从站机应急上报的字节数量。本发明本身不限制“仲裁场”字节数，但由于这种通信方式会引起主站机频繁进行发送和接收的切换，且每次切换都需要有延迟时间，所有单字节的通信效率较低。按本发明提供的实施例计算，一个字节的内容约需用4个字节的时间发送，效率只有正常通信的四分之一，因此，“仲裁场”字节数受到通信效率限制。一个实施例，“仲裁场”字节数场是2个字节，且前一个字节为从站机地址，用于竞争仲裁；后一个字节为数据，用于标识应急上报的内容；竞争上报的二个字节经主站机调制编辑为8个异步串行“分码”帧，发送给上位机[U]。协议约定的“仲裁场”字节数通过本地或远程方式，在系统进行应急通信前设置到主站机和从站机中，保证通信过程中直接使用。

第三，一个实施例，采用“0”信号“位”调制模式。在“0”信号“位”调制模式下，从站机地址中“0”数据位有比“1”数据位更高的优先级：从站机在竞争发送时，发送“仲裁域”待发送字节的数据位是“0”数据位时，由于“0”数据的仲裁“位”信号优先级高，可以直接发送；但在发送“1”数据位时，则需要侦测二总线上主站机[M]的应答“位”信号，如果在从站机发送“1”数据位后，发现在的主站机发应答“位”的期间有应答“位”信号，则说明优先级高的从站机已经竞争成功，检测中优先级低的从站机应立即退出竞争，待延迟一个协议约定时间后再重新发起竞争。这样通过对于二总线的侦测和竞争处理，实现了通过地址码的竞争排序。

本发明通过以上步骤，实现了从站机在竞争排序中主动应急上报请求。

一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议，至少有主站机[M]、从站机[S]，有支持从站机主动应急通信的协议，其特征是：

a、主站机[M]下行电压调制信号是由调制下行通信信息的高电压区段和保障从站机供电的低电压区段构成；

b、通信开始后按约定的固定波特率通信，且由主站机[M]主动发送的由从站机[S]接收的电压调制信息是按约定的固定波特率通信的；

c、由从站机[S]主动发起的上行电流调制的应急通信信息，由拥有独特波形特征的应急帧构成，且应急帧至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”；

d、由从站机[S]主动发出的、应急通信信息中的信号以“位”信号形式发送，每一“位”信号的波特率均高于所述约定的固定波特率，而且可以在波特率允许的误差和解调误差范围内正确区别从站机[S]主动发起的应急“位”信号和主站机[M]主动发送的和从站机[S]应答的固定波特率电压调制信号；

e、从站机[S]主动发出应急通信信息中的“位”信号，无论在“请求域”还是在“仲裁场”，主站机[M]在接收后，一定会在协议约定的时间内向二总线发出由电压调制的、有特征的、且从站机[S]都能接收到的应答“位”信号；

f、需要应急上报的从站机[Sn]都需要在“仲裁场”进行按约定的从站机地址代码进行竞争排序发送：地址代码优先级低的从站机让位优先级高的从站机进行发送。

附图说明

图1是本发明系统的架构示意图。图中[U]代表系统的上位机，是本发明整个系统中提供系统电源供给、完成数据管理、采集、控制的管理中心。[M]是主站机；它首先完成对来自上位机的下行信号进行电压调制，实现供电和下行信息的调制；其次完成从站机[S]发送的上行电流信号解调；再次，主站机还要完成从站机[S]应急主动上报信息的识别、解调、转发和分发；完成其他向上位机请求、置忙等等任务。[S]是从站机群的总称，可以用Sn代表从站机群中的某一个从站机。图1中Uo-Mi是上位机[U]发送给主站机的信息流，其中既包括下发给系统中从站机[S]的下行信息，也包括由[U]发送至[M]的由主站机[M]执行的指令信息；该信息也可以认为是[M]的输入信息；Ui-Mo是主站机[M]发送给上位机[U]的信息；该信息也可以认为是[U]的输入信息。REQ是本发明的实施例专用引脚信息。

图2是本发明一个实施例的电路原理框图。图中[1]是主站机[M]中的微处理电路单元。它完成下行电压信号的调制，上行电流信号的解调、接收和转发，信息的采集、协调、处理和管理。[2]是上位机[U]中的电源供给单元，下行电压调制信号，由两个电压段构成。[3]是上位机[U]中的通信管理中心单元，是本发明系统完成系统运行目标、实现人机对话的系统枢纽。[4]是从站机[S]中下行电压调制信号解调电路单元。[5]是从站机[S]中的上行信号电流调制电路单元。[6]是从站机[S]中的核心处理电路单元；它不仅完成与主站机[M]的双向通信的管理，还完成从站机的应用功能任务。

在图2主站机[M]中，KM2是等效电子切换单元。根据[M]接收到的由[U]发出的RX下行通信信号：在逻辑电平为“1”和“0”时，分别接通VH电源和VL电源，实现本发明所述电压调制。调制有信号的电压段均在超过VL的部分，从而可以保证二总线BUSL1和BUSL2之间始终保持有超过VL的电源电压。二极管DM1可以防止电流向VL倒灌，也可以保证在BUSL1未和VH接通期间，由所述二极管向二总线提供接近VL的电平输出。KM1是一个实施例中，在[M]发送下行电压调制信号期间短接电感LM1的等效开关，用以减小电感对二总线通信的影响。

图2主站机[M]中，电容CM1、RM1构成的微分电路，电容CM2、RM2构成的微分电路，比较放大器AM1、AM2，可调偏置电源VM1、VM2，以及采样电感LM1共同构建了本发明主站机[M]的电流解调实施例电路单元。当[S]发送上行电流调制方波信号时，在电感LM1、电容器CM1、电阻RM1的作用下，产生一个微分信号，加在比较放大器AM1的输入端，而偏置电压VM1加在比较放大器的另一个输入脚上，产生比较偏置。图2是一个实施例，在这个实施例中，比较放大器AM2由VM2产生了一个负电压偏置，比较放大器AM2可以检验出上行电流源信号的下降沿；比较放大器AM1由VM1产生了一个正偏置，比较放大器AM1可以检验出上行电流调制信号的上升沿。通过[M]中微处理电路单元[1]的判断和处理就可以解调出上行电流信号TX，发送给[U]。

在图2从站机[S]中，二极管DS2、DS3、DS4、DS5是构成从站机无极性工作设计的一个实施例，串联在二总线中的电阻RS1、RS2是保护电阻，DS1是一个过压保护元件，用以削除过压脉冲危害。图2从站机[S]中，二极管DS6、电感LS1、电阻RS3、滤波电容CS1、稳压器件US1和滤波电容器CS2构成一个从站机电源供给实施例。二极管DS7、电感LS2、电阻RS4、滤波电容CS3构成另一个从站机电源供给实施例，这个电源全部通过外部元器件提供，因此输出功率容限限制小，可以实现较大电流供给。

图3是主站机[M]下行电压调制信号的实施例示意图。图中Uo-Mi是来自上位机的待调制下行信号，Mo-Si是主站机[M]调制后发送至从站机[S]的电压调制信号。调制后的信号由两个电压区段构成。其中△VH电平信号调制区段用于信号调制；另一个低压保证区段，由电源VL提供保障从站机工作所必需的总线最低工作电压源。

图4是本发明系统装置通过本发明协议实现从站机可主动发送的信息帧结构和协议示意图。图4中，Mo-Sit是主站机[M]接收并判定从站机发出的请求“位”信号、仲裁“位”信号后，会延迟一个协议约定的时间间隔后，自动对每一个请求“位”、仲裁“位”信号，发送一个应答“位”信号，Mo-Sit就是应答信号帧示意图。Mo-Ui1是主站解调和编辑成的应急上报数据帧。Mo-Ui2是拥有专用REQ引脚应急请求信号。应急通信可以分为三个区间，即“请求域”区间、“空闲”区间、仲裁场+数据域”（简称“仲裁场”）区间。在“仲裁场”从站机的每两个“位”构建成一个“仲裁X”“分码”；从站机一个字节的仲裁码可以编辑出“仲裁1”、“仲裁2”、“仲裁3”、“仲裁4”4个“分码”。

图5是一个局部“请求域”的实施例示意图。Mo-Sit是主站机[M]接收并判定是从站机发出的请求“位”信号、仲裁“位”信号后，会延迟一个协议约定的时间间隔后，自动对每一个请求“位”、仲裁“位”信号，发送一个应答“位”信号，Mo-Sit就是应答信号帧示意图。Mo-Ui2是拥有专用REQ引脚应急请求信号。应急通信可以分为三个区间，即“请求域”区间、“空闲”区间、仲裁场+数据域”（简称“仲裁场”）区间。在“仲裁场”从站机的每两个“位”构建成一个“仲裁X”“分码”；从站机一个字节的仲裁码可以编辑出“仲裁1”、“仲裁2”、“仲裁3”、“仲裁4”4个“分码”。

图6是将“仲裁场”中的同步“位”信号分离表示的局部信号时序及协议示意图。图6中“So-Mit”是从站机[Sn]待竞争发送的仲裁“位”信号信息帧；“Mo-Sit主动同步”是主站机依据协议约定，在规定时刻发送的同步“位”信号帧，是由主站机在“仲裁场”主动发送的电压调制同步“位”信号分离后的示意图。该实施例中，每一个同步“位”信号同步两个从站机发送的仲裁“位”信号。“Mo-Ui1应答”信息帧，是对从站机上传的仲裁“位”信号的应答“位”信号，其特征是：主站机[M]在“仲裁场”的应答，和在“请求域”的应答有不同的延迟时间；在“仲裁场”主站机[M]接收到仲裁“位”信号后，会延迟二个“位”信号周期后才会发送应答“位”信号，而在“请求域”则是延迟一个“位”信号周期就发送应答“位”信号。“Mo-Ui2合成”信息帧是将为说明方便而拆开示意的“主动同步”帧和应答信息帧合并后的“合成”帧，是恢复实际状态的信息帧。“Mo-Ui”数据帧，是主站机[M]将从站机竞争发送的信息，编制进发送至上位机的实施例。由主站机发送至上位机的“Mo-Ui”信息帧中，主站机[M]总是在同步“位”信号发送的同时发送一个bit“0”电平的起始位，并在接收到从站机发送的第一个和第二个仲裁“位”信号的同时，调制编辑生成串行码的D2位和D7位。而将其余数据位D0、D1、D3、D4、D5、D6由主站机[M]主动置“0”或者“1”，将在停止位的P1、P2、P3、P4期间全部置为“1”电平，构建成一个由两个有效数据位构成的“分码”数据字节。

图7是图4实施例的另一种REQ输出方式实施例。Mo-Sit是主站机[M]接收并判定是从站机发出的请求“位”信号、仲裁“位”信号后，会延迟一个协议约定的时间间隔后，自动对每一个请求“位”、仲裁“位”信号，发送一个应答“位”信号，Mo-Sit就是应答信号帧示意图。Mo-Ui1是主站解调和编辑成的应急上报数据帧，且REQ输出且被编辑在Mo-Ui1信号帧中，没有专用REQ引脚，可以获得最简单的外部结构。应急通信可以分为三个区间，即“请求域”区间、“空闲”区间、仲裁场+数据域”（简称“仲裁场”）区间。在“仲裁场”从站机的每两个“位”构建成一个“仲裁X”“分码”；从站机一个字节的仲裁码可以编辑出“仲裁1”、“仲裁2”、“仲裁3”、“仲裁4”4个“分码”。

图8是可以直接进行从站机与从站机间进行应急通信的协议实施例。在“空闲”区间，从站机在发送请求位信号后，在约定的时序位置上，多发出一个“从站机间通信请求位”域请求“位”信号，主站机[M]同样发送应答“位”信号。直接进行从站机与从站机间进行应急通信的协议要求“仲裁场”至少有三个以上的字节数。其中至少包含发起请求的源从站机地址字节、指令字节和目的地从站机地址字节。从站机间应急通信至少包括四个区间：“请求域”区间、“空闲”区间、仲裁场+数据域”（简称“仲裁场”）区间、从站机响应域。从站机之间的应急通信，有最高的优先级。因此主站机在检测到“从站机间通信位”后，一直到通信完成，由主站机[M]发往上位机[U]的Mo-Ui的信息帧，也即REQ始终置低，限制上位机发送信息。

图4至图8中，右侧标注了信号的参考电平。其中，0V是0V参考电平，VDD是工作电平，VH、VL是电压调制的高压段电平和低压段电平。

具体实施方式

本发明的具体实施方式在主要内容中已有所涉及，下面再做进一步说明。

图8是可以直接进行从站与从站间进行应急通信的协议实施例。在“空闲”区间，从站机在发送请求位信号后，在约定的时序位置上，多发出一个“从站机间通信请求位”域请求“位”信号，主站机[M]同样发送应答“位”信号。直接进行从站与从站间进行应急通信的协议要求“仲裁场”至少有三个以上的字节数。其中至少包含发起请求的源从站机地址字节、指令字节和目的地从站机地址字节。从站机间应急通信至少包括四个区间：“请求域”区间、“空闲”区间、仲裁场+数据域”（简称“仲裁场”）区间、从站机响应域。从站机之间的应急通信，有最高的优先级。因此主站机在检测到“从站机间通信位”后，一直到通信完成，由主站机[M]发往上位机[U]的Mo-Ui的信息帧，也即REQ始终置低，限制上位机发送信息。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：主站机[M]在“仲裁场”中，会按照约定的协议，在约定的时间点向从站机主动发出同步“位”信号，同步从站机的上行应急信号发送时间。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：主站机[M]接收到从站机应急上报的“位”信号结束至发送应答“位”信号的时间间隔，“请求域”的时间间隔和在“仲裁场”在的时间间隔有可以准确判定的特征区别，且“仲裁场”发送应答“位”信号的时间间隔是“请求域”发送应答“位”信号时间间隔的一倍。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：在“仲裁场”中，从站机[Sn]上传的信息每两个bit的数据位信息，被编辑调制在发往上位机[U]信息的、由D0至D7构成字节中的D2和D7两个数据位中。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：

a、“请求域”由五个等间隔的、持续时间是所述固定波特率电压调制信息一个bit时间间隔一半的从站机应急上报“位”信号组成；

b、主站机[M]自接收到从站机[Sn]所述应急上报的“位”信号起，向上位机[U]发出REQ请求信号，请求信号REQ一直持续到第五个从站机应急上报的“位”信号结束后一个约定的时间，REQ信号输出是以下两种方式之一：一是通过独立的REQ引脚输出，二是和主站机[M]发送给上位机[U]的串行通信信息组合在一起、产生一个超长的“0”电平REQ特征电平输出；

c、“请求域”五个所述从站机应急上报的“位”信号发送后，有一个超过所述固定波特率下一个字节所需时间的“空闲”时间；

d、所述“空闲”时间结束后，即进入“仲裁场”帧时间段，在所述“仲裁场”帧时间段，总是首先由主站机主动发送一个同步从站机数据位发送的同步“位”信号，且所述“位”信号的信号宽度是所述固定波特率一个bit时间间隔的一半；

e、主站机[M]发送完所述同步“位”信号后，从站机[Sn]发起竞争上传，竞争上传总是从上传从站机通信地址信息开始，且在“0”发送电流调制信号而“1”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“0”地址位比“1”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，设计为立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急通信；而在“1”发送电流调制信号而“0”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“1”地址位比“0”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，设计为立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求。

在本发明中，一直在侦测二总线信号的系统内从站机，通过主站机的应答“位”信号读取源从站机发出的源从站机地址信息、指令信息和目的地从站机地址信息。当目的地址信息与正在侦测的从站机匹配时，应立即在主站机发出的同步“位”信号同步下，按照命令返回数据，最终完成通信。从站机之间通信的一个约定协议实施例，从站机间通信请求“位”信号是在最后一个请求“位”信号上升沿开始，延迟7个位周期后，由从站机发送，主站机则延迟2个“位”周期后进行应答“位”信号发送。

所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：

a、“请求域”和“仲裁场”之间的“空闲”时间段中，设计有由从站机发送的、有特征的“从站机间通信请求位”协议位；

b、从站机之间通信有比从站机和主站机之间的通信及其他通信更高的通信优先级，欲进行从站机和主站机间应急通信的从站机，发现在“从站机间通信请求位”协议位处，有“位”信号时，该从站机设计为放弃本次应急通信；

c、在应急请求帧进入“仲裁场”后，最先发送的是从站机通信地址代码，且在“0”发送电流调制信号，而“1”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“0”地址位比“1”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，应立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求；而在“1”发送电流调制信号，而“0”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“1”地址位比“0”地址有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，会立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求；

d、发起应急请求的发送侧从站机经过“竞争场”竞争发出地址代码后，会根据协议至少发送应急接收侧从站机地址代码和指令代码，发送侧从站机发送的这些代码，主站机[M]同样按“竞争场”的协议进行“位”应答；

e、接收侧从站机在接收到发送侧从站机请求后也用“位”信号进行应答，主站机[M]仍然作为“仲裁场”协议对接收侧从站机发送的信息进行“位”应答发送，“位”应答是将数据字节中的“0”和“1”通过“位”信号的“有”和“无”实现。

发明的效果：

一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置、协议和方法，通过有应急需要的从站机，发送有约定特征的、由请求“位”信号构成的“请求域”信息以及由仲裁“位”信号构成的“仲裁场”信息，再通过主站机对每一个“位”信号的应答，使得所有从站机都能及时掌握其他从站机的应急发送情况。在这种情况下，从站机在进入“仲裁场”后采用“0”数据位优先于“1”数据的竞争方式，完成了竞争排序上报的仲裁机制，实现了从站机自主上报的目标。主站机在“仲裁场”还自主发送同步“位”信号，可以有效同步系统的发送，降低了系统对于终端的技术要求。本发明不仅解决了用二总线供电、通信的难题，还解决了主从结构系统，从站机不能自主发送的难题，可以广泛应用于从站机有应急发送需求的物联网系统中。

Claims (7)

1.一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议，至少有主站机[M]、从站机[S]，有支持从站机主动应急通信的协议，其特征是：

a、主站机[M]下行电压调制信号是由调制下行通信信息的高电压区段和保障从站机供电的低电压区段构成；

b、通信开始后按约定的固定波特率通信，且由主站机[M]主动发送的由从站机[S]接收的电压调制信息是按约定的固定波特率通信的；

c、由从站机[S]主动发起的上行电流调制的应急通信信息，由拥有独特波形特征的应急帧构成，且应急帧至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”；

d、由从站机[S]主动发出的、应急通信信息中的信号以“位”信号形式发送，每一“位”信号的波特率均高于所述约定的固定波特率，而且可以在波特率允许的误差和解调误差范围内正确区别从站机[S]主动发起的应急“位”信号和主站机[M]主动发送的和从站机[S]应答的固定波特率电压调制信号；

e、从站机[S]主动发出应急通信信息中的“位”信号，无论在“请求域”还是在“仲裁场”，主站机[M]在接收后，一定会在协议约定的时间内向二总线发出由电压调制的、有特征的、且从站机[S]都能接收到的应答“位”信号；

f、需要应急上报的从站机[Sn]都需要在“仲裁场”进行按约定的从站机地址代码进行竞争排序发送：地址代码优先级低的从站机让位优先级高的从站机进行发送。

2.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：主站机[M]在“仲裁场”中，会按照约定的协议，在约定的时间点向从站机主动发出同步“位”信号，同步从站机的上行应急信号发送时间。

3.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议的应急帧中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，

其特征是：“请求域”的“位”信号发送间隔和“仲裁场”的“位”信号发送时间间隔有可以准确判定的特征区别。

4.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：主站机[M]接收到从站机应急上报的“位”信号结束至发送应答“位”信号的时间间隔，“请求域”的时间间隔和在“仲裁场”在的时间间隔有可以准确判定的特征区别，且“仲裁场”发送应答“位”信号的时间间隔是“请求域”发送应答“位”信号时间间隔的一倍。

5.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：在“仲裁场”中，从站机[Sn]上传的信息每两个bit的数据位信息，被编辑调制在发往上位机[U]信息的、由D0至D7构成字节中的D2和D7两个数据位中。

6.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：

a、“请求域”由五个等间隔的、持续时间是所述固定波特率电压调制信息一个bit时间间隔一半的从站机应急上报“位”信号组成；

b、主站机[M]自接收到从站机[Sn]所述应急上报的“位”信号起，向上位机[U]发出REQ请求信号，请求信号REQ一直持续到第五个从站机应急上报的“位”信号结束后一个约定的时间，REQ信号输出是以下两种方式之一：一是通过独立的REQ引脚输出，二是和主站机[M]发送给上位机[U]的串行通信信息组合在一起、产生一个超长的“0”电平REQ特征电平输出；

c、“请求域”五个所述从站机应急上报的“位”信号发送后，有一个超过所述固定波特率下一个字节所需时间的“空闲”时间；

d、所述“空闲”时间结束后，即进入“仲裁场”帧时间段，在所述“仲裁场”帧时间段，总是首先由主站机主动发送一个同步从站机数据位发送的同步“位”信号，且所述“位”信号的信号宽度是所述固定波特率一个bit时间间隔的一半；

e、主站机[M]发送完所述同步“位”信号后，从站机[Sn]发起竞争上传，竞争上传总是从上传从站机通信地址信息开始，且在“0”发送电流调制信号而“1”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“0”地址位比“1”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，设计为立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急通信；而在“1”发送电流调制信号而“0”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“1”地址位比“0”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，设计为立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求。

7.根据权利要求1所述一种同时提供电源和进行通信二总线的应急通信装置和协议中，至少有帧导引的“请求域”、进行竞争发送的“仲裁场”，其特征是：

a、“请求域”和“仲裁场”之间的“空闲”时间段中，设计有由从站机发送的、有特征的“从站机间通信请求位”协议位；

b、从站机之间通信有比从站机和主站机之间的通信及其他通信更高的通信优先级，欲进行从站机和主站机间应急通信的从站机，发现在“从站机间通信请求位”协议位处，有“位”信号时，该从站机设计为放弃本次应急通信；

c、在应急请求帧进入“仲裁场”后，最先发送的是从站机通信地址代码，且在“0”发送电流调制信号，而“1”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“0”地址位比“1”地址位有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，应立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求；而在“1”发送电流调制信号，而“0”不发送电流调制信息的调制系统中，地址中的“1”地址位比“0”地址有更高的优先级，从站机在发送自己的地址时，会监测二总线主站机的应答“位”信号，从应答监测中发现有更高级的从站机已经同时在发起应急请求时，会立即退出竞争，延迟必要时间后才能重新发起应急请求；

d、发起应急请求的发送侧从站机经过“竞争场”竞争发出地址代码后，会根据协议至少发送应急接收侧从站机地址代码和指令代码，发送侧从站机发送的这些代码，主站机[M]同样按“竞争场”的协议进行“位”应答；

e、接收侧从站机在接收到发送侧从站机请求后也用“位”信号进行应答，主站机[M]仍然作为“仲裁场”协议对接收侧从站机发送的信息进行“位”应答发送，“位”应答是将数据字节中的“0”和“1”通过“位”信号的“有”和“无”实现。