CN112415940A - 总线主站控制器、总线通信供电系统及其通信供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及总线通信技术领域，具体公开了一种总线主站控制器、总线通信供电系统及其通信供电方法，包括PCB板（100）和设置在PCB板上的第一MCU模块（200）、第一解码电路模块（300）和第一驱动电路模块（400），所述第一MCU模块分别与第一解码电路模块和第一驱动电路模块连接。本发明具有体积较小、信号不会被干扰和监控精确性不会受到影响的特点。

Description

总线主站控制器、总线通信供电系统及其通信供电方法

技术领域

本发明涉及总线通信技术领域，特别涉及一种总线主站控制器、总线通信供电系统及其通信供电方法。

背景技术

微控制单元MCU又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。目前微控制单元MCU主要用于手机、PC外围、遥控器，汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂和消防监控系统的控制等。其中消防监控系统一般包括消防应急照明与疏散指示系统、消防防火门监控系统、消防电源监控系统、消防电气火灾系统、消防火在报警系统以及智能照明控制系统等。目前通过MCU进行控制的消防监控系统，其供电功能和通信功能是分开的，在整个消防监控系统内需要分别设置供电模块和通信模块，而供电模块需要使用供电电缆进线电力输送，通信模块需要使用通信电缆进线信号输送，从而造成整个系统的体积较为庞大，同时供电和通信之间会产生信号干扰，造成信号的输送存在不稳定性，使得整个消防监控的精确性受到影响。

因此，现有的消防监控系统，存在体积较大、信号会被干扰和监控精确性会受到影响的问题。

发明内容

本发明为了解决现有消防监控系统所存在的上述技术问题，提供了一种体积较小、信号不会被干扰和监控精确性不会受到影响的总线主站控制器、总线通信供电系统及其通信供电方法。

本发明的第一种技术方案：总线主站控制器，包括PCB板和设置在PCB板上的第一MCU模块、第一解码电路模块和第一驱动电路模块，所述第一MCU模块分别与第一解码电路模块和第一驱动电路模块连接。本发明通过将第一驱动电路模块和第一解码电路模块集成在同一张PCB板上，将供电功能和通信功能集合在一起，最终通过一条总线将电力和通信信号从总线主站控制器同时输出，从而大大减小了总线主站控制器的体积，也避免了供电和通信由于通路不同而产生的信号干扰问题，保证了信号输送的稳定性和信号监控的精确性，具有了集成度高、稳定性可靠、体积小和信号处理更可靠的特点。

作为优选，所述第一解码电路模块包括三端可调正稳压器、第一固定电阻R1、第二固定电阻R2、第三固定电阻R3、第四固定电阻R4、第五固定电阻R5、第六固定电阻R6、第七固定电阻R7、第八固定电阻R8、第三十三固定电阻R33、第二二极管D2、第七三极管VT7和第一三极管VT1；所述第一固定电阻R1的一端与第一MCU模块连接，所述第一固定电阻R1另一端与第一三极管VT1的基极连接；所述第一三极管VT1的集电极与三端可调正稳压器连接，所述三端可调正稳压器与第三十三固定电阻R33的一端连接，所述第三十三固定电阻R33的一端与第四固定电阻R4的一端连接，所述第四固定电阻R4另一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的正极与第一MCU模块连接；所述第二固定电阻R2的一端与第二二极管D2和第四固定电阻R4之间的节点连接，所述第二固定电阻R2的一端与第七三极管VT7的基极连接，所述第二固定电阻R2的另一端与第三固定电阻R3的一端和第一三极管VT1的发射极一起连接后接地；所述第三固定电阻R3的另一端与第五固定电阻R5的一端连接，所述第五固定电阻R5的另一端与第三十三固定电阻R33和三端可调正稳压器之间的节点连接；所述第五固定电阻R5和第三固定电阻R3之间的节点与第一三极管VT1和三端可调正稳压器之间的节点连接；所述第六固定电阻R6的一端与第四固定电阻R4和第三十三固定电阻R33之间的节点连接，所述第六固定电阻R6的另一端与第七三极管VT7的发射极连接，所述第七三极管VT7的集电极与第八固定电阻R8的一端连接，所述第八固定电阻R8的另一端与第一MCU模块连接；所述第七固定电阻R7的一端与第八固定电阻R8和第七三极管VT7之间的节点连接，所述第七固定电阻R7的另一端接地。第一解码电路模块的具体电路设计，将总线电源通信电路输出的信号转换成第一MCU模块可识别的信号，该第一解码电路模块与普通的解码电路相比，普通的解码电路是通过普通差分放大信号的，但是由于IC本身差异性及温度影响，CK会有误判断，而本发明中的第一解码电路模块不因器件差异性造成误判断，稳定性强，从而极大地提高了检测精度高；第一解码电路模块连将总线电源通信电路输入到的第一MCU模块的反馈信号转换成第一MCU模块可识别的信号。

作为优选，所述第一驱动电路模块包括第九固定电阻R9、第十固定电阻R10、第十一固定电阻R11、第十二固定电阻R12、第二三极管VT2、第三三极管VT3和第四三极管VT4；所述第九固定电阻R9一端与第一MCU模块连接，所述第九固定电阻R9另一端与第二三极管VT2的基极连接；所述第二三极管VT2的集电极与第十一固定电阻R11一端连接，所述第十一固定电阻R11另一端与第四三极管VT4的集电极连接，所述第四三极管VT4的基极与第十一固定电阻R11和第二三极管VT2之间的节点连接，所述第四三极管VT4的发射极与第三三极管VT3的集电极连接，所述第三三极管VT3的发射极与第十固定电阻R10的一端连接后接地，所述第十固定电阻R10另一端与第二三极管VT2的发射极连接，所述第三三极管VT3的基极与第四三极管VT4的基极连接；所述第十二固定电阻R12的一端与第三三极管VT3和第四三极管VT4之间的节点连接，所述第十二固定电阻R12的另一端与第一MCU模块连接。第一驱动电路模块的具体电路设计，具有驱动稳定性较好的特点。

本发明的第二种技术方案：总线通信供电系统，包括外部MOS管模块和总线主站控制器；所述总线主站控制器通过内部的第一驱动电路模块与外部MOS管模块连接，所述外部MOS管模块上连接有总线电源通信电路，所述总线电源通信电路与总线主站控制器内的第一解码电路模块连接，所述总线电源通信电路上电连接有终端模块。本发明中的总线主站控制器上的串口接收外部设备指令，总线主站控制器通过内部的第一驱动电路模块驱动外部MOS管模块向总线电源通信电路发出PWM脉冲波形电信号，总线电源通信电路将高低脉冲信号数据传送给终端模块，终端模块自身将接收到的高低脉冲信号数据解码成功后将信号返回给总线主站控制器，总线主站控制器内部通过第一解码电路模块进行解码，再通过总线主站控制器上的串口将解码信号通信给外部设备，从而达到对外部设备运行情况监控的目的，这个信号的传输过程中，信号的编码转换较为高效，信号传输过程较为稳定；本发明将第一驱动电路模块和第一解码电路模块在PCB板上集成后具有了同一根总电缆供电和通信的双重功能，能够适用于18V〜48V电压和50A电流的负载，对负载的应用范围较广，可以适用于消防应急照明与疏散指示系统、消防防火门监控系统、消防电源监控系统、消防电气火灾系统、消防火灾报警系统及智能照照控制系统等多个方面；本发明通过总线电源通信电路将供电线与信号线合二为一，也就是将通电电缆和通信电缆合二为同一根总电缆，能够同时输送总线主站控制器的电力信号和通信信号，实现了信号和供电共用一个总线的技术，同时节省了施工和线缆成本，给现场施工和后期维护带来了极大的便利，由于总线电源通信电路可为现场设备供电，所以在使用的时候无需再布设其他电源线，使得信号的传输具有了更强的抗干扰能力，使得在现场使用时布线更容易，也更节省人工和施工费用；本发明灵活布线拓扑，支持星形、树形和总线型拓扑；本发明的通讯距离较远，通讯距离可以达到1000〜3000米，在远距离通信过程中均无需使用中继器；本发明由于在总线电源通信电路中设置有连接桥，因此可以无极性接线，当在一个区域网络中几百点子站应用中，一旦接反其中一点子站，无极性接线的方式避免了接错了电子站时检查起来费时费力的问题；本发明对线缆要求低，二总线技术抗干扰能力很强；本发明在自检的时候无需人工配合，系统能够自行完成自检工作，检测手段非常方便，检测精度也较为理想；本发明中的总线主站控制器集成度较高、体积较小、性能稳定性较好，在消防监控系统中使用时带载能力较好，通信距离较远，现场应用时通信不容易受到干扰，布线方式较为灵活，具有交广的应用领域和范围。

作为优选，所述外部MOS管模块包括第十三固定电阻R13、第十四固定电阻R14、第十五固定电阻R15、第十六固定电阻R16、第三二极管D3、第三电解电容C3、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第五三极管VT5和第六三极管VT6；所述第三二极管D3的正极接地，所述第三二极管D3的负极与第二MOS管M2的源极连接，所述第二MOS管M2的漏极与总线电源通信电路连接；所述第三电解电容C3的正极与第二MOS管M2和第三二极管D3之间的节点连接，所述第三电解电容C3的负极接地；所述第一MOS管M1的源极与第三二极管D3的负极连接，所述第一MOS管M1的栅极与第十三固定电阻R13的一端连接，所述第十三固定电阻R13的另一端与第一驱动电路模块连接，所述第一MOS管M1的漏极与第二MOS管M2的漏极连接；所述第二MOS管M2的栅极与第十四固定电阻R14的一端连接，所述第十四固定电阻R14的一端与第一驱动电路模块连接；所述第五三极管VT5的发射极与第二MOS管M2的漏极连接，所述第五三极管VT5的集电极与第六三极管VT6的基极连接，所述第六三极管VT6的集电极接地，所述第六三极管VT6的发射极与第十六固定电阻R16的一端连接，所述第十六固定电阻R16的另一端与第二MOS管M2的漏极连接；所述第五三极管VT5的基极与第十五固定电阻R15的一端连接，所述第六三极管VT6和第十六固定电阻R16之间的节点连接。

作为优选，包括外部设备和RX-TX通信串口，所述总线主站控制器通过RX-TX通信串口与外部设备连接。RX-TX通信串口能够对总线电源通信电路进行小电流的发码回码。

作为优选，还包括第一电源，所述第一电源的正极与第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极连接，所述第一电源的正极还与第四三极管VT4的发射极连接。

作为优选，还包括第二电源，所述第二电源的正极与三端可调正稳压器连接，所述第二电源的负极连接在第一电容C1与第七固定电阻R7之间。

作为优选，还包括第三电源，所述第三电源的正极与第一MCU模块连接；所述第一电源的电压为36V；所述第二电源的电压为12V；第三电源的电压为3.3V。

本发明的第三种技术方案：总线通信供电方法，包括以下步骤，

（S01）驱动外部MOS管模块通过总线电源通信电路向终端模块发出PWM脉冲波形电信号；

（S02）终端模块以拉小电流的形式通过总线电源通信电路反馈信号给总线主站控制器；

（S03）总线主站控制器通过第一解码电路模块对反馈信号进行解码；

（S04）解码后，所述总线主站控制器通过RX-TX通信串口通信给外部设备，从而达到收发通信功能。

本发明利用终端模块发出检测指令，检测指令经RX-TX通信串口进行解码，通过总线电源通信电路将解码后的检测指令传递给第一MCU模块，第一MCU模块通过第一解码电路模块对检测指令进行解码，并将解码后的检测指令传递至第一MCU模块，第一MCU模块通过串口通信将检测指令信息数据传递给外部设备，外部设备根据相应的检测指令生成动作信号,动作信号通过串口通信向第一MCU模传递；然后第一MCU模块根据接收到的外部设备的动作信号传输转换成高低脉冲信号给终端模块，终端模块中的RX-TX通信串口对总线电源通信电路传输来的高低脉冲信号进行解码，并将解码后的信息数据传递给第二MCU模块，第二MCU模块则根据解码后的动作信号得到外部设备的检测结果。

本发明具有如下有益效果：

（1）通过将第一驱动电路模块和第一解码电路模块集成在同一张PCB板上，将供电功能和通信功能集合在一起，最终通过一条总线将电力和通信信号同时输出，也就是将通电电缆和通信电缆合二为同一根总电缆，从而大大减小了总线主站控制器的体积，也避免了供电和通信由于通路不同而产生的信号干扰问题，保证了信号输送的稳定性和信号监控的精确性，具有了集成度高、稳定性可靠、体积小和信号处理更可靠的特点；

（2）总线主站控制器上的串口接收外部设备指令，总线主站控制器通过内部的第一驱动电路模块驱动外部MOS管模块向总线电源通信电路发出PWM脉冲波形电信号，总线电源通信电路将高低脉冲信号数据传送给终端模块，终端模块自身将接收到的高低脉冲信号数据解码成功后将信号返回给总线主站控制器，总线主站控制器内部通过第一解码电路模块进行解码，再通过总线主站控制器上的串口将解码信号通信给外部设备，从而达到对外部设备运行情况监控的目的，这个信号的传输过程中，信号的编码转换较为高效，信号传输过程较为稳定。

附图说明

图1是本发明中总线主站控制器的信号传输模块图；

图2是本发明中总线通信供电系统的信号传输模块图；

图3是本发明中第一MCU模块和第二MCU模块的电路图；

图4是本发明中第一解码电路模块和第二电路模块的电路图；

图5是本发明中第一驱动电路模块和第二驱动电路模块的电路图；

图6是本发明中外部MOS管模块的电路图；

图7是本发明中外部设备没有指令数据给总线主站控制器时，总线主站控制器发给终端模块的PWM脉冲波形电信号；

图8是本发明中外部设备有指令数据传输给总线主站控制器时，总线主站控制器发给终端模块的PWM脉冲波形电信号；

图9是本发明中外部MOS管模块在处理通信波时的一种波形图；

图10是本发明中RX-TX电路模块处的电路图；

图11是本发明中总线电源通信电路的电路图。

附图中的标记为：100-PCB板，200-第一MCU模块，300-第一解码电路模块，301-三端可调正稳压器，400-第一驱动电路模块，500-外部MOS管模块，600-总线主站控制器，700-总线电源通信电路，701-连接桥，800-终端模块，801-第二MCU模块，802-RX-TX电路模块，803-DC-DC电路模块，804-开路短路检测模块，805-第二驱动电路模块，900-外部设备，1000-RX-TX通信串口，1100-第一电源，1200-第二电源，1300-第三电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

如图1所示的总线主站控制器，包括PCB板100和设置在PCB板上的如图3所示的第一MCU模块200、第一解码电路模块300和第一驱动电路模块400，第一MCU模块分别与第一解码电路模块和第一驱动电路模块连接。图3中的电容是滤波电容，第一电感L1是第一MCU模块采样抗干扰电感。

如图4所示的第一解码电路模块包括三端可调正稳压器301、第一固定电阻R1、第二固定电阻R2、第三固定电阻R3、第四固定电阻R4、第五固定电阻R5、第六固定电阻R6、第七固定电阻R7、第八固定电阻R8、第三十三固定电阻R33、第二二极管D2、第七三极管VT7和第一三极管VT1；第一固定电阻R1的一端与第一MCU模块连接，第一固定电阻R1另一端与第一三极管VT1的基极连接；第一三极管VT1的集电极与三端可调正稳压器连接，三端可调正稳压器与第三十三固定电阻R33的一端连接，第三十三固定电阻R33的一端与第四固定电阻R4的一端连接，第四固定电阻R4另一端与第二二极管D2的正极连接，第二二极管D2的正极与第一MCU模块连接；第二固定电阻R2的一端与第二二极管D2和第四固定电阻R4之间的节点连接，第二固定电阻R2的一端与第七三极管VT7的基极连接，第二固定电阻R2的另一端与第三固定电阻R3的一端和第一三极管VT1的发射极一起连接后接地；第三固定电阻R3的另一端与第五固定电阻R5的一端连接，第五固定电阻R5的另一端与第三十三固定电阻R33和三端可调正稳压器之间的节点连接；第五固定电阻R5和第三固定电阻R3之间的节点与第一三极管VT1和三端可调正稳压器之间的节点连接；第六固定电阻R6的一端与第四固定电阻R4和第三十三固定电阻R33之间的节点连接，第六固定电阻R6的另一端与第七三极管VT7的发射极连接，第七三极管VT7的集电极与第八固定电阻R8的一端连接，第八固定电阻R8的另一端与第一MCU模块连接；第七固定电阻R7的一端与第八固定电阻R8和第七三极管VT7之间的节点连接，第七固定电阻R7的另一端接地。

第一解码电路模块300将DC12V电压按照Vo=1.25V*(1+R5/R3)+Iadj*R3降成所需的电压；PIN LL用于控制模块输出；Pout1用于接入微型处理器；第一固定电阻R1起限流作用；第一三极管VT1是NPN三极管；PIN LL高电压导通时，可控制三端可调正稳压器301的电压输出；第三十三固定电阻R33是限流电阻；第八固定电阻R8通Pout1输出给第一MCU模块200采样；第六固定电阻R6、第七固定电阻R7和第七三极管VT7起到导通并分压的作用；第二二极管D2阻断高于三端可调正稳压器电压的输出电压反串；由R8通Pout1输出给第一MCU模块采样；第四固定电阻R4起到导通进分压作用；第二固定电阻R2是第七三极管VT7的基极限流电阻。

如图5所示的第一驱动电路模块400包括第九固定电阻R9、第十固定电阻R10、第十一固定电阻R11、第十二固定电阻R12、第二三极管VT2、第三三极管VT3和第四三极管VT4；第九固定电阻R9一端与第一MCU模块连接，第九固定电阻R9另一端与第二三极管VT2的基极连接；第二三极管VT2的集电极与第十一固定电阻R11一端连接，第十一固定电阻R11另一端与第四三极管VT4的集电极连接，第四三极管VT4的基极与第十一固定电阻R11和第二三极管VT2之间的节点连接，第四三极管VT4的发射极与第三三极管VT3的集电极连接，第三三极管VT3的发射极与第十固定电阻R10的一端连接后接地，第十固定电阻R10另一端与第二三极管VT2的发射极连接，第三三极管VT3的基极与第四三极管VT4的基极连接；第十二固定电阻R12的一端与第三三极管VT3和第四三极管VT4之间的节点连接，第十二固定电阻R12的另一端与第一MCU模块200连接。

如图5中的第一驱动电路模块400能够驱动外部功率P沟道MOS管开关，即调节脉宽输出信号；PIN_HH是第一MCU模块200控制信号；第九固定电阻R9起限流电阻；第二三极管VT2起控制输出导通作用；第十固定电阻R10起限流作用；第三三极管VT3和第四三极管VT4组合使用后起输出开关作用；第十一固定电阻R11和第十二固定电阻R12起限流作用。

如图2所示的总线通信供电系统，包括外部MOS管模块500和总线主站控制器600；总线主站控制器通过第一驱动电路模块400与外部MOS管模块连接，外部MOS管模块上连接有总线电源通信电路700，总线电源通信电路通过第一解码电路模块300与总线主站控制器电连接，总线电源通信电路上电连接有终端模块800。

终端模块800由第二MCU模块801、如图10所示的RX-TX电路模块802、DC-DC电路模块803、开路短路检测模块804和第二驱动电路模块805组成；其中RX-TX电路模块连接在总线电源通信电路700的总线信号端与第二MCU模块之间，用于接收总线电源通信电路发出的高低脉冲信号并进行解码，同时由第二MCU模块控制向总线电源通信电路发出返回信息信号；DC-DC电路模块与第二MCU模块相连，用于对终端模块进行降压；开路短路检测模块分别与第二驱动电路模块和第二MCU模块相连，用于在第二驱动电路模块发生开路或短路故障时向第二MCU模块输出表示第二驱动电路模块发生故障的信号，可通过软件上传第二驱动电路模块的回路故障；第二驱动电路模块与第二MCU模块相连，用于驱动输出不同的电流，第二驱动电路模块具有短路和开路的保护功能。

RX-TX电路模块802包括第十七固定电阻R17 、第十八固定电阻R18 、第十九固定电阻R19 、第二十固定电阻R20 、第二十一固定电阻R21 、第四二极管D4 、第七三极管VT7和第八三极管VT8 ；第十八固定电阻R18 、第十九固定电阻R19 、第二十固定电阻R20 的一端接地；第七三极管VT7的发射极接地； 第七三极管VT7的基极与第十七固定电阻R17的一端连接，第十七固定电阻R17的另一端连接有POUT输出端，POUT输出端与第二MCU模块上的POUT引脚连接；第七三极管VT7的发射极与第十八固定电阻R18的另一端连接，第七三极管VT7的集电极分别同第四二极管D4的阴极、第十九固定电阻R19的另一端连接，第四二极管D4的阳极和第二十固定电阻R20 的另一端分别与第八三极管VT8第三三极管VT 3 的发射极连接后接地；第八三极管VT8的集电极与第二十一固定电阻R21的一端连接，并连接有PINin输入端，PIN in输入端与第二MCU模块上的PIN in引脚连接；第二十一固定电阻R21的另一端连接有VDD电压端。本发明通过设置特定的RX-TX电路模块来对总线电源通信电路700进行小电流的发码和回码。

如图11所示的总线电源通信电路700包括保险丝F1、第五二极管D5、连接桥701、第六二极管D6、第八电解电容C8、第二十二固定电阻R22、第二十三固定电阻R23、第七二极管D7、第四电感L4、第二十四固定电阻R24、第二十五固定电阻R25、第九电解电容C9、第七电容C7和第二十六固定电阻R26组成；连接桥由第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10和第十一二极管D11；图11所示的总线电源通信电路通过连接桥701给终端模块800供电，目的是不分正负极；第五二极管D5是瞬变管起到保护电路作用；第八电解电容C8滤波使电源波形平滑；U3是DC-DC降压芯片，U3第一次降压之后再通过U1降压成MCU模块的电压；第二十四固定电阻R24和第二十五固定电阻R25是降压芯片U1的反馈信号；第七二极管D7起续流作用；第四电感L4和第九电解电容C9起充放电的储能作用。

如图6所示的外部MOS管模块500包括第十三固定电阻R13、第十四固定电阻R14、第十五固定电阻R15、第十六固定电阻R16、第三二极管D3、第三电解电容C3、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第五三极管VT5和第六三极管VT6；第三二极管D3的正极接地，第三二极管D3的负极与第二MOS管M2的源极连接，第二MOS管M2的漏极与总线电源通信电路连接；第三电解电容C3的正极与第二MOS管M2和第三二极管D3之间的节点连接，第三电解电容C3的负极接地；第一MOS管M1的源极与第三二极管D3的负极连接，第一MOS管M1的栅极与第十三固定电阻R13的一端连接，第十三固定电阻R13的另一端与第一驱动电路模块400连接，第一MOS管M1的漏极与第二MOS管M2的漏极连接；第二MOS管M2的栅极与第十四固定电阻R14的一端连接，第十四固定电阻R14的一端与第一驱动电路模块连接；第五三极管VT5的发射极与第二MOS管M2的漏极连接，第五三极管VT5的集电极与第六三极管VT6的基极连接，第六三极管VT6的集电极接地，第六三极管VT6的发射极与第十六固定电阻R16的一端连接，第十六固定电阻R16的另一端与第二MOS管M2的漏极连接；第五三极管VT5的基极与第十五固定电阻R15的一端连接，第六三极管VT6和第十六固定电阻R16之间的节点连接。

图6中的第三二极管D3是一种瞬变管；Vo2表示由外部电源输入高达48V的电压；第三电解电容C3起滤波作用；BH是从mBH输入控制P沟道MOS管；第一MOS管M1和第二MOS管M2并联使用是为了提高输出功率；第十三固定电阻R13和第十四固定电阻R14起限流作用；第十五固定电阻R15、第十六固定电阻R16、第五三极管VT5和第六三极管VT6组成目的对地拉电流。

包括外部设备900和RX-TX通信串口1000，总线主站控制器600通过RX-TX通信串口与外部设备连接。还包括第一电源1100，第一电源的正极与第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极连接，第一电源的正极还与第四三极管VT4的发射极连接。还包括第二电源1200，第二电源的正极与三端可调正稳压器301连接，第二电源的负极连接在第一电容C1与第七固定电阻R7之间。还包括第三电源1300，第三电源的正极与第一MCU模块200连接；第一电源的电压为36V；第二电源的电压为12V；第三电源的电压为3.3V。总线电源通信电路设置有连接桥701。

总线通信供电方法，包括以下步骤，

（S01）外部MOS管模块通过总线电源通信电路向终端模块发出PWM脉冲波形电信号；

（S02）终端模块以拉小电流的形式通过总线电源通信电路反馈信号给总线主站控制器；

（S03）总线主站控制器通过第一解码电路模块对反馈信号进行解码；

（S04）解码后，总线主站控制器通过RX-TX通信串口通信给外部设备，从而达到收发通信功能。

本发明属于低压供电通信二总线技术，将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术，外部MOS管模块500采用满幅电压发送，在供电电缆上调制控制信号，通过微型处理器高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码，以微小电流信号回传的方式，下行数据采用电压信号，上行数据采用电流信号，在多点数、远距离和布线复杂的应用领域提供了可靠的稳定性和抗干扰能力。本发明通过在供电电缆上调制控制信号，替代了传统分离的控制电缆和供电电缆，并大幅度提高通讯稳定性；采用满幅电压发送和电流信号回传的方式，提供了高通讯抗干扰能力；能适应现场使用的各种线材，并实现了远距离通讯的功能。电缆可以是总线型、树型或星型等任意方式铺设，极大方便了施工布线，并且可以防止错接发生，简化施工维护；可支持总线电流50A，总线抗干扰能力强，可同时挂接250个设备，通讯距离可达3000m；支持无极性布线，节约了客户的安装调试时间；布线灵活，可以为任意线缆，如双绞线和BV线，能适应现场使用的各种线材并实现远距离通讯的功能；最大总线电压可达48V；具有优秀的抗干扰能力,EMC兼容性好，无需磁环，对负载无要求,对电流波动无限制，适用于消防监控、智能楼宇和智能照明等众多领域；

本发明整体均采用二总线通信，二总线通信与现有监控系统中使用的RS-485通信之间的对比如表1所示，

表1：用于消防监控系统中的RS-485通信和二总线通信性能比较

本发明通过集成MOS管达到向外发出PWM脉冲波形的目的，同时通信终端拉小电流的形式反馈给总线主站控制器600，从而达到收发通信功能，同时外部MOS管模块500能够提升驱动总线的带载能力，外部MOS管模块处的通信波如图9所示；第一MCU模块和第二MCU模块均为微型单片机处理器，用于处理各种任务及数据处理；第一MCU模块经串口通信模块与外部设备通信连接，用于接收外部设备的设备指令，同时向外部设备传送指令信息。第一MCU模块通过二总线通信的方式向第一MCU模块传递信息。

如图5所示的第一驱动电路模块400和第二驱动电路模块805用于驱动外部MOS管模块500输出脉冲波形，即用于驱动数据码，图中PIN_HH引脚之间相连接，DCIN用于外接电源输入，DCIN out1引脚与外接电源连接，用于外接电源输出。

如图4所示的第一解码电路模块300用于对总输出电压和电流进行监测，以达到检测回码效果；PIN_LL引脚之间相互连接；Pout1引脚之间相连接；PIN_out38_IN_Vm引脚、L+out引脚和L+引脚MCU均用于MCU单片机的信号引出。

如图6所示的外部MOS管模块500用于向总线发波形数据，可以控制MOS管的导通或截止，BL目的是拉关闭总线部分电流，图中BH引脚和BL引脚用于与MCU模块连接，L+引脚之间相连接，Vo2引脚是与外部电源连接；第一MCU模块200的PIN_LL引脚，第一MCU模块的Pout1引脚，三端可调正稳压器301ADJ引脚，三端可调正稳压器OUT引脚。

本发明中的第一MCU模块200通过第一驱动电路模块400驱动外部MOS管模块500向总线电源通信电路700发出PWM脉冲波形电信号，从而使得终端模块800接收到PWM脉冲波形电信号；第一解码电路模块300将总线电源通信电路输入到的第一MCU模块的反馈信号转换成第一MCU模块可识别的信号。图3中第三电容C3的一端、第四电容C4的一端和第五电容C5的一端均接地，对第一MCU模块起电压保护作用。第一驱动电路模块连接在第一MCU模块与外部MOS管模块之间，用于驱动外部MOS管模块向总线电源通信电路发出PWM脉冲波形电信号，从而使得终端模块接收到PWM脉冲波形电信号；总线主站控制器通过RX-TX通信串口接收外部设备指令，第一驱动电路模块驱动外部MOS管模块，外部MOS管模块通过总线电源通信电路向终端模块发出PWM脉冲波形电信号，终端模块以拉小电流的形式通过总线电源通信电路反馈信号给第一MCU模块，第一MCU模块通过第一解码电路模块对反馈信号进行解码，再通过RX-TX通信串口通信给外部设备，从而达到收发通信功能；外部MOS管模块连接在第一驱动电路模块与总线电源通信电路之间，用于向总线电源通信电路发出PWM脉冲波形电信号，从而使得终端模块接收到PWM脉冲波形电信号。

第一电源1100为外部MOS管模块500提供电源，一般为36V，使得外部MOS管模块能够发出PWM脉冲波形电信号；第二电源1200为第一解码电路模块300提供电源，一般为12V，使得第一解码电路模块能够发出PWM脉冲波形电信号。

图7与图8相比较我们可以看到，本发明中外部设备900给总线主站控制器600发送指令数据后，本发明中的总线主站控制器便向终端模块800发出PWM脉冲波形电信号，具体是第一解码电路模块300通过PWM脉冲波形电信号对外部设备的指令进行编码后，第一MCU模块200通过总线电源通信电路700传送到了终端模块。

Claims (10)

1.总线主站控制器，其特征是：包括PCB板（100）和设置在PCB板上的第一MCU模块（200）、第一解码电路模块（300）和第一驱动电路模块（400），所述第一MCU模块分别与第一解码电路模块和第一驱动电路模块连接；所述第一解码电路模块包括三端可调正稳压器（301）、第一固定电阻R1、第二固定电阻R2、第三固定电阻R3、第四固定电阻R4、第五固定电阻R5、第六固定电阻R6、第七固定电阻R7、第八固定电阻R8、第三十三固定电阻R33、第二二极管D2、第七三极管VT7和第一三极管VT1；所述第一固定电阻R1的一端与第一MCU模块连接，所述第一固定电阻R1另一端与第一三极管VT1的基极连接；所述第一三极管VT1的集电极与三端可调正稳压器连接，所述三端可调正稳压器与第三十三固定电阻R33的一端连接，所述第三十三固定电阻R33的一端与第四固定电阻R4的一端连接，所述第四固定电阻R4另一端与第二二极管D2的正极连接，所述第二二极管D2的正极与第一MCU模块连接；所述第二固定电阻R2的一端与第二二极管D2和第四固定电阻R4之间的节点连接，所述第二固定电阻R2的一端与第七三极管VT7的基极连接，所述第二固定电阻R2的另一端与第三固定电阻R3的一端和第一三极管VT1的发射极一起连接后接地；所述第三固定电阻R3的另一端与第五固定电阻R5的一端连接，所述第五固定电阻R5的另一端与第三十三固定电阻R33和三端可调正稳压器之间的节点连接；所述第五固定电阻R5和第三固定电阻R3之间的节点与第一三极管VT1和三端可调正稳压器之间的节点连接；所述第六固定电阻R6的一端与第四固定电阻R4和第三十三固定电阻R33之间的节点连接，所述第六固定电阻R6的另一端与第七三极管VT7的发射极连接，所述第七三极管VT7的集电极与第八固定电阻R8的一端连接，所述第八固定电阻R8的另一端与第一MCU模块连接；所述第七固定电阻R7的一端与第八固定电阻R8和第七三极管VT7之间的节点连接，所述第七固定电阻R7的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的总线主站控制器，其特征是：所述第一驱动电路模块包括第九固定电阻R9、第十固定电阻R10、第十一固定电阻R11、第十二固定电阻R12、第二三极管VT2、第三三极管VT3和第四三极管VT4；所述第九固定电阻R9一端与第一MCU模块连接，所述第九固定电阻R9另一端与第二三极管VT2的基极连接；所述第二三极管VT2的集电极与第十一固定电阻R11一端连接，所述第十一固定电阻R11另一端与第四三极管VT4的集电极连接，所述第四三极管VT4的基极与第十一固定电阻R11和第二三极管VT2之间的节点连接，所述第四三极管VT4的发射极与第三三极管VT3的集电极连接，所述第三三极管VT3的发射极与第十固定电阻R10的一端连接后接地，所述第十固定电阻R10另一端与第二三极管VT2的发射极连接，所述第三三极管VT3的基极与第四三极管VT4的基极连接；所述第十二固定电阻R12的一端与第三三极管VT3和第四三极管VT4之间的节点连接，所述第十二固定电阻R12的另一端与第一MCU模块连接。

3.总线通信供电系统，其特征是：包括外部MOS管模块（500）和权利要求1〜2中任一项所述的总线主站控制器（600）；所述总线主站控制器通过第一驱动电路模块与外部MOS管模块连接，所述外部MOS管模块上连接有总线电源通信电路（700），所述总线电源通信电路通过第一解码电路模块与总线主站控制器电连接，所述总线电源通信电路上电连接有终端模块（800）。

4.根据权利要求3所述的总线通信供电系统，其特征是：所述外部MOS管模块包括第十三固定电阻R13、第十四固定电阻R14、第十五固定电阻R15、第十六固定电阻R16、第三二极管D3、第三电解电容C3、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第五三极管VT5和第六三极管VT6；所述第三二极管D3的正极接地，所述第三二极管D3的负极与第二MOS管M2的源极连接，所述第二MOS管M2的漏极与总线电源通信电路连接；所述第三电解电容C3的正极与第二MOS管M2和第三二极管D3之间的节点连接，所述第三电解电容C3的负极接地；所述第一MOS管M1的源极与第三二极管D3的负极连接，所述第一MOS管M1的栅极与第十三固定电阻R13的一端连接，所述第十三固定电阻R13的另一端与第一驱动电路模块连接，所述第一MOS管M1的漏极与第二MOS管M2的漏极连接；所述第二MOS管M2的栅极与第十四固定电阻R14的一端连接，所述第十四固定电阻R14的一端与第一驱动电路模块连接；所述第五三极管VT5的发射极与第二MOS管M2的漏极连接，所述第五三极管VT5的集电极与第六三极管VT6的基极连接，所述第六三极管VT6的集电极接地，所述第六三极管VT6的发射极与第十六固定电阻R16的一端连接，所述第十六固定电阻R16的另一端与第二MOS管M2的漏极连接；所述第五三极管VT5的基极与第十五固定电阻R15的一端连接，所述第六三极管VT6和第十六固定电阻R16之间的节点连接。

5.根据权利要求3所述的总线通信供电系统，其特征是：所述总线电源通信电路包括保险丝F1、第五二极管D5、连接桥（701）、第六二极管D6、第八电解电容C8、第二十二固定电阻R22、第二十三固定电阻R23、第七二极管D7、第四电感L4、第二十四固定电阻R24、第二十五固定电阻R25、第九电解电容C9、第七电容C7和第二十六固定电阻R26组成；连接桥由第八二极管D8、第九二极管D9、第十二极管D10和第十一二极管D11。

6.根据权利要求3所述的总线通信供电系统，其特征是：包括外部设备（900）和RX-TX通信串口（1000），所述总线主站控制器通过RX-TX通信串口与外部设备连接。

7.根据权利要求4所述的总线通信供电系统，其特征是：还包括第一电源（1100），所述第一电源的正极与第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极连接，所述第一电源的正极与第四三极管VT4的发射极连接。

8.根据权利要求7所述的总线通信供电系统，其特征是：还包括第二电源（1200），所述第二电源的正极与三端可调正稳压器连接，所述第二电源的负极与第一电容C1和第七固定电阻R7之间的节点连接。

9.根据权利要求8所述的总线通信供电系统，其特征是：还包括第三电源（1300），所述第三电源的正极与第一MCU模块连接；所述第一电源的电压为36V；所述第二电源的电压为12V；第三电源的电压为3.3V。

10.总线通信供电方法，其特征是：包括以下步骤，

（S01）外部MOS管模块通过总线电源通信电路向终端模块发出PWM脉冲波形电信号；

（S02）终端模块以拉小电流的形式通过总线电源通信电路反馈信号给总线主站控制器；

（S03）总线主站控制器通过第一解码电路模块对反馈信号进行解码；

（S04）解码后，所述总线主站控制器通过RX-TX通信串口通信给外部设备，从而达到收发通信功能。

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