CN112543130A - 一种智能通讯检测系统及其通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能通讯检测系统及其通讯方法，包括主机和单个或多个从机，主机是发起与从机进行一次信息交换的设备，从机是接收主机信息并与主机进行信息交换的设备；主机的通讯收发接口与从机的电源接口连接进行通讯；主机发送的电压变化信号为大于从机工作电压的低压信号。本发明通过在各种智能终端(即从机)嵌入安装上述从机的各个功能模块，使从机直接利用电源接口连接至检测设备(主机)即可实现低压段的通迅，可以方便的实现现场维护的需求；在智能终端的制造环节使用该通讯方式，可以低成本的实现产品的快速响应市场需求，解决规模化量产和定制化生产的矛盾。

Description

一种智能通讯检测系统及其通讯方法

技术领域

本发明涉及一种电力通讯的技术领域，尤其是涉及一种智能通讯检测系统及其通讯方法。

背景技术

随着科技的发展与进步，智能终端的种类越来越多，功能也越来越复杂，应用的场景及环境也各种各样，这些都对产品的设计制造、运行维护提出了更高的要求。传统的智能终端，使用无线通信向用户传递测量信息，同时将终端的自身状态信息传递给用户，整个智能终端产品往往只留有电池更换接口，其它功能接口由于防水设计、成本控制等原因，往往不会预留，因而在生产或后期维修过程中无法快速与检测设备进行通讯。另外智能终端是以电池或其他直流电源供电，在实际应用中当智能终端发生故障或终端功耗过大，或电池本身容量故障时，对智能终端的检修往往变的不可实现。由于检修装置一般都过于庞大复杂不方便携带，或智能终端产品本身由于设计制造无法拆开，造成只能更换电池，使得智能终端产品只得返厂维修，因此对传统的智能终端的出现的状态功耗变化或故障无法进行现场维护及检测。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种智能通讯检测系统及其通讯方法，通过对传统智能终端通讯及固件升级，能够实现与智能终端的通讯及对智能终端运行状态进行检测。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种智能通讯检测系统，包括主机和单个或多个从机，所述主机是发起与从机进行一次信息交换的设备，所述从机是接收主机信息并与主机进行信息交换的设备，主机的通讯收发接口与从机的电源接口连接进行通讯；所述主机包含主机通讯调压电路、主机通讯发送电路、主机通信接收及测量电路，所述从机包括从机通讯发送电路和从机通讯接收电路；主机通讯调压电路用于调节发送电压，主机通讯发送电路通过主机通讯收发接口将通讯信息转化为的电压变化信号发送至从机电源接口，再由从机通讯接收电路接收信号；从机通讯接收电路接收电压变化信号，并转化为串行通讯信息；从机通讯发送电路经从机电源接口将串行通讯信息转化为电流变化信号发送至主机通讯收发接口，再由主机通信接收及测量电路接收并转换为串行通讯信息，主机发送的电压变化信号为大于从机工作电压的低压信号。

进一步的，所述从机工作电压3.6V～14.4V，主机向从机发送的下行通讯信号为2.7～15V；

进一步的，从机向主机发送的上行通讯信号为电流变化10mA～20mA。

进一步的，所述主机为包括但不限于检测从机状态信息的设备。

进一步的，所述主机还包括电源限流保护电路，电流输出范围可调，为从机供电。

进一步的，本系统适用于通迅信号为直流电压2.7V～15V且通讯速率小于等于115200bps的通讯环境，上行、下行通讯为非对称传输速率。

进一步的，所述主机还包括通讯限流保护电路，电流输出范围可调，为从机供电。

进一步的，所述从机为单个或多个。

进一步的，所述从机在接通电源或满足预设条件后触发通信。

本发明还涉及一种智能通讯的方法，包括以下步骤：

S1、主机向从机发起通讯请求，通过从机电源接口将由通讯信息转换成的电压变化信号发送给从机；

S2、从机接收电压变化信号并转换为通讯信息后，向主机反馈串行通讯信息，将由串行通讯信息转换成的电流变化信号发送给主机；

S3、主机接收从机发送的电流变化信号并转换为串行通讯信息。

本发明的通讯方式及参数如下。

下行通讯：由主机发起对从机的通讯请求，主机通过发送电压变化的方式传送位信息，传号(逻辑信号为1)为大于等于从机的标称工作电压；空号(逻辑信号为0)为比传号电压低0.3～0.7V，同时从机允许在空号电压下稳定工作。

上行通讯：从机应答主机通讯请求时，通过电流变化的方式传送位信息，传号(逻辑信号为1)电流一般为装置的最低稳态工作电流；空号(逻辑信号为0)为传号电流再增加10mA～20mA。

需要注意的是，以上通信信号电参数包括但并不仅限于此工范围。

本发明适用于通迅信号为直流电压2.7V～15V且通讯速率小于等于115200bps的应用系统。根据系统的稳定性，在实际应用中可设计为上下行通讯为非对称传输速率。

本发明的功率测量功能在于对从机(智能终端)不同工况下的功耗测量。通过主机发出指令，从机响应主机指令完成各种功能动作，主机同时完成对从机各状态的功耗测量。

本发明的通信功能及固件升级功能：不仅可将从机设备的工作状态信息、自检信息等内容交互给主机，完成对从机设备的管理维护，还可对从机进行固件升级。

校准信号功能：如果从机为计量型仪表，也可以将相关信息(如计量信息)以脉冲信号输出做为校准信号，再由主机对信号解析，用于实现计量型仪表的校准。

本发明的通信触发条件：当从站仅在接通电源后或在特定条件下触发，在一定时限范围内进行检测是否与主站通迅，超时后从站关闭通信功能，防止因为电源电压的波动引起从站的误动作。

采用本发明的智能通讯系统及通讯方法后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明通过在各种智能终端(即从机)嵌入安装上述从机的各个功能模块，使从机直接利用电源接口连接至检测设备(主机)或其他设备即可实现通迅，还可以对智能终端进行状态检测检修等，可以方便的实现现场维护的需求；在智能终端的制造环节使用该通讯方式，可以低成本的实现产品的快速响应市场需求，解决规模化量产和定制化生产的矛盾。

附图说明

图1是一种智能通讯检测系统的结构框图；

图2是一种主机的通讯限流保护电路；

图3是一种主机通讯调压电路；

图4是一种主机通信接收及电流测量电路；

图5是一种主机通讯发送电路；

图6是图5的输出信号图；

图7是一种从机通信发送电路；

图8是一种从机通讯接收电路；

图9是图8的输出信号图；

图10是一种智能通讯方法的流程图。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，使得本方案更加清楚、明白，并不因此而限定本发明的保护范围。

本发明主要是一种应用于以直流电源(包括以电池为电源)的智能终端通讯及固件升级，实现运行状态检测的方案。对于普通的智能终端产品，通过本发明方案的嵌入，可使得智能终端的电源接口具有通信功能；若配合具备检测功能的各种作为主机的装置，可使智能终端产品实现更具经济效益的设计、生产、现场维护特性。

本实施例以3.6V锂电池为电源、通讯速率为19200bps为例对智能通讯系统进行具体说明。

如图1所示的一种智能通讯系统，包括主机和单个或多个从机，主机的通讯收发接口与从机的电源接口连接进行通讯；所述主机是发起与从机进行一次信息交换的设备，所述从机是接收主机信息并与主机进行信息交换的设备；所述主机包含通讯限流保护电路、主机通讯调压电路、主机通讯发送电路、主机通信接收及测量电路，所述从机包括从机通讯发送电路和从机通讯接收电路；主机通讯收发接口与从机电源接口连接；主机通讯发送电路通过主机通讯收发接口将通讯信息转化为电压变化信号发送至从机电源接口，再由从机通讯接收电路接收信号；从机通讯接收电路接收电压变化信号，并转化为串行通讯信息。从机通讯发送电路经从机电源接口将串行通讯信息转化为电流变化信号发送至主机通讯收发接口，再由主机通信接收及测量电路接收；主机通信接收及测量电路，用于接收从机的电流变化信号并转换为串行通讯信息，主机发送的电压变化信号为大于从机工作电压的低压信号。

主机通讯收发接口与从机电源接口之间连接实现主机与从机的通讯。

具体的，主机可以选择一个或多个从机，并发起与从机进行一次信息交换的设备；这里主要指与智能终端通信的设备(包括具备检测功能的各种设备)。从机是接收主机信息并与主机进行信息交换的设备；这里主要指各种智能终端产品。主机与从机通过本通讯系统进行通信，使得从机仅利用电源线就可以实现快速通讯。主机与从机使用主-从结构的半双工串行通讯方式。

本实施例中主机可以为具备检测从机状态信息的设备。状态信息包括智能终端在不同工作状态下的功耗情况，以及智能终端发生故障或者智能终端的电池本身容量故障。

优选的，本实施例中的从机工作电压为3.0V～3.6V时，对应的电压变化信号为大于0.3V。

在一种具体的实施方式中，主机为包括但不限于检测从机状态信息的设备。

本实施例的主机还包括电源限流保护电路，限制电流输出范围，为自身供电及从机供电。具体的，如图2所示，主机电源除了要供主机自身耗电外，还需责负为从机提供电源。一般由市电经变换后或直接由电池(锂电)提供直流电源。电源限流保护电路由限流芯片U4及外围电路组成。pow_BAT为电源供电输入(以3.6V为例)；pow_IBAT为电源限流输出；外围电路中CPU_pon经过R401控制电源开关作用；R402及发光二极管D301指示限流动作报警(亮灯)，并通过CPU_Ierror上报至CPU；电阻R405、电阻R406、电阻R407、电阻R408、电阻R409与拨码开关S4组成的电路，用于选择限流的大小，限流芯片可提供的限流输出范围75mA～1700mA。

如图4所示的一种主机通信接收及电流测量电路，该电路的设置用于接收从机通讯时产发的电流信号，同时也用于测量从机的工作电流功耗。电源VC经过电路输出至VD，VC输出的电流经过电路将信号转换为CPU可采集的电压信号。本主机通信接收及电流测量电路主要由运算放大器U201及外围电路组成。电阻R201为采样电阻，当电流流过时产生电压信号，再由运算放大器U201放大后送至CPU的ADC转换器，计算得到对应的电流通讯信息及从机的功耗情况；电阻R202用于控制放算放大器的电压放大倍数。图中VCC为主机系统电压，一般由储能型稳压模块或通过储能类稳压器提供。

如图5所示的一种主机通讯发送电路，主机通过该主机通讯发送电路产生电压变化，向从机发送通讯信号。本电路主要由电阻R104、电阻R103、三极管Q102组成第一级放大电路，主要是对通迅信号CPU_uartTx反极性放大，起到信号反向与电源匹配的作用；电阻R102、电阻R101、三极管Q101组成第二级放大电路，主要是对第一极信号再次放大，提高输出功率的作用。RR1主要用于起到一个匹配负载的作用，二级管D101用于在三极管Q101不导通时，输出电压信号。VD提供工作电源。

主机通讯发送电路的工作原理为：电路通过第一级放大电路将信号输出到R102电阻上，当输入通讯信号CPU_uartTx为高时，三极管Q102导通。再通过第二级放大电路将信号输出OUT_J,由于第一级电路的导通，使得VD经Q101导通至OUT_J。此时输出一个逻辑高电平信号。而当输入通讯信号CPU_uartTx为低时，Q102不导通，此刻Q101由于R101上拉控制亦不导通，这时VD经过二极管D101输出至OUT_J。

以上，由于CPU_uartTx的信号控制Q101的导通与关断，在关断期间由D101续流，使得输出的电源信号产生电压变化，从而达到通信信号发送的目的。产生的输出信号如下如图6所示。图6中，输出电压高电平为3.3V，低电平为2.7V，差压为0.56V。可以满足通信系统需要。

本实施例的主机还包括主机通讯调压电路，如图3所示，主机通讯调压电路由升压芯片U3及外围电路组成，pow_IBAT为电路的输入电源(经过限流电路的输出电源)，电容C301、电容C302、电容C303为滤波电容，L301为电感，R301，R302组成分压网络(电阻R301、电阻R302的阻值应根据实际使用需求选定设置)用于调节芯片的输出VC电压值。

主机通讯调压电路的设置，通过调节输出电压为从机供电，能适应不同的从机工作电源电压的需要。

本实施例中主机电源接口与从机电源接口连接实现主机与从机的通讯。当从机的电池组被去掉后，也可由主机为从机提供工作电源。主机通讯接口由于输出电压可调，因此可适用于不同电压等级的智能终端(从机)设置。

本实施例的从机通信发送电路，如图7所示，通过该电路产生电流变化，向主机发送通讯信号。由电阻R703、电阻R702和三极管Q701组成放大电路，VIN是系统输入电源电压(单节3.6V锂电池供电系统)。R701为匹配负载电阻，用于产生适当的信号电流。本电路的工作原理：将信号CPU_uartTX经过一级放大电路，在电阻R701上产生通断变化的负载电流(导通电流在20mA左右满足信号传输要求)。在从机VIN电源端产生变化的通信电流信号。CPU_uartTX信号应工作在开漏输出的工作模式。如果CPU没有开漏输出工作模式或系统工作电源电压更高，可以设计经过两极放大，第一用于电源电压与控制信号电压的匹配，第二级用于功率输出。电路可参数主机通讯发送电路的第一级放大部分。

本实施例的从机通信接收电路，如图8所示，目的是接收主机通讯时产发的电压信号，电路由两部分组成。第一部分为工作控制电路，在关断时可达到节能的目的；第二部分为信号比较检测电路，用于产生通迅信号。

从机通信接收电路的工作原理为：

第一级电路由电阻R807、电阻R806、三极管Q801组成，当控制信号CPU_EN为低时，三极管Q801导通，此后第二级电路开始工作；第二级电路由电阻R802、电阻R803、电阻R804、电阻R805、电容C801、比较器U8、二极管D24及电阻R801、电容C802组成。R802,R803组成分压电路接入比较器U8的正极；D24,R804,R805组成分压电路接入比较器U8的负极，C801为负极上的滤波电容；比较器U8由R801及电容C802组成上拉滤波输出。当信号源VIN的有电压变化信号时，电路将输出方波信号，如图8所示。图中VCC为从机系统电压，一般由储能稳压电路提供。图9中，当VCC为3V时，输入信号为3.3V/3.0V时(图中靠上位置)，输出信号为3.0V/41mV(图中靠下位置)。可以满足通信系统需要。

本实施例的数据传输方式为：

下行通讯：由主机发起对从机的通讯请求，主机通过发送电压变化的方式传送位信息，传号(逻辑信号为1)为大于等于从机的标称工作电压；空号(逻辑信号为0)为比传号电压低0.3～0.7V，同时从机允许在空号电压下稳定工作；

上行通讯：从机应答主机通讯请求时，通过电流变化的方式传送位信息，传号(逻辑信号为1)电流一般为装置的最低稳态工作电流；空号(逻辑信号为0)为传号电流再增加10mA～20mA。

注意：上述的通信信号电参数包括但并不仅限于此工范围，即上述通信信号电参数可随实际应用进行调整。

本实施例的从机在接通电源或满足预设条件后触发通信。预设条件可以为预设的时间段，即在一定时限范围内进行检测是否与主机通迅，超时后从机关闭通信功能，防止因为电源电压的波动引起从机的误动作。主机与从机通信：不仅可将从机(智能终端)的工作状态信息、自检信息等内容交互给主机，完成对从机设备的管理维护，还实现了对从机的固件升级。

从机电源接口(通信接口)包含了保护及滤波功能，保证通信可靠性。本发明巧妙利用利用终端工作电压范围，在终端产品中增加相关电路，使得终端装置的电源接口具备高速通信能力，实现固件升级、控制终端工作状态等功能；当利用主站提供的电源进行功耗测量时，可对终端在不同工作状态下的功耗情况进行检测。可以方便的实现现场维护的需求，同时在生产端工作电压范围，在终端产品(从机)中增加本实施例的相关功能模块，使得终端装置的制造环节使用该通讯方式，可以低成本的实现产品的快速响应市场需求，解决规模化量产和定制化生产的矛盾。

本实施例的功耗检测为：在去掉从机的直流电源或电池组后，接入主机提供的通信接口，由主机为从机提供工作电源。此刻主机不但可以实现与从机的通讯，同时可进行高精度的电流测量，实现从机在不同工状下的功耗电流测量。此功能尤其对于电池类产品(智能终端)的生产检验、现场维修，都有十分便利。

特定情况下，也可通过提高主机通信接口的电压(高于从机自身的电源电压且不超过从机的工作电压范围)时，也可以在不去掉从机的电源情况下达到检测功耗的目的。

采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：在普通的智能终端产品中，简单的嵌入上述几个模块，就可以实现通过电源接口与主机的通信功能。智能终端产品电源端口增加了通信功能后，提高了产品的生产及应用效率。在批量生产的过程中解决了规模化生产与定制化生产的矛盾。当检测装置做为主机时，提高了现场安装调试与维保检修的便利性

如图10所示，与系统相对应的，本实施例还涉及一种智能通讯方法，包括以下步骤：

S1、主机向从机发起通讯请求，通过从机电源接口将由通讯信息转换成的电压变化信号发送给从机；

S2、从机接收电压变化信号并转换为通讯信息后，向主机反馈串行通讯信息，将由串行通讯信息转换成的电流变化信号发送给主机；

S3、主机接收从机发送的电流变化信号并转换为串行通讯信息。

本方法中的电压变化信号为大于从机工作电压的低压信号。

本方法中的状态信息是指是指智能终端在不同工作状态下的功耗情况，以及智能终端发生故障或者智能终端的电池本身容量故障。

具体的，本方法步骤如下：

S1、主机向从机发起通讯请求，将串行通讯按位通过主机通讯发送电路转化为电压变化信号，通过从机电源接口传送给从机；

S2、从机接收电压变化信号，通过从机通讯接收电路转化为串行通讯，传输给从机CPU；当从机响应主机请求时，发送(反馈)串行通迅信息，并将串行通迅信息按位通过主机通讯发送电路转化为电流变化信号，转递给主机；

S3、主机接收到从机发送的电流变化信号，通过主机通讯接收及检测电路转化为串行通讯信息，传输给主机CPU；完成本次通讯。

通过采用本发明的系统和方法可以方便的实现现场维护的需求，在智能终端中增加相关模块，使得智能终端的制造环节使用该通讯方式，可以低成本的实现产品的快速响应市场需求，解决规模化量产和定制化生产的矛盾。

以上为本发明的优选实施方式及所运用技术原理，本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能通讯检测系统，其特征在于，包括主机和单个或多个从机，所述主机是发起与从机进行一次信息交换的设备，所述从机是接收主机信息并与主机进行信息交换的设备；主机的通讯收发接口与从机的电源接口连接进行通讯；

所述主机包含主机通讯调压电路、主机通讯发送电路、主机通信接收及测量电路，所述从机包括从机通讯发送电路和从机通讯接收电路；主机通讯调压电路用于调节发送电压，主机通讯发送电路通过主机通讯收发接口将通讯信息转化为的电压变化信号发送至从机电源接口，再由从机通讯接收电路接收信号；从机通讯接收电路接收电压变化信号，并转化为串行通讯信息；从机通讯发送电路经从机电源接口将串行通讯信息转化为电流变化信号发送至主机通讯收发接口，再由主机通信接收及测量电路接收并转换为串行通讯信息，主机发送的电压变化信号为大于从机工作电压的低压信号。

2.根据权利要求1所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，所述从机工作电压为3.6V～14.4V，主机向从机发送的下行通讯信号为2.7V～15V。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，本系统适用于通迅信号为直流电压2.7V～15V且通讯速率小于等于115200bps的通讯环境，上行、下行通讯为非对称传输速率。

4.根据权利要求1所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，所述主机为包括但不限于检测从机状态信息的设备。

5.根据权利要求1所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，所述主机还包括通讯限流保护电路，电流输出范围可调，为从机供电。

6.根据权利要求1所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，从机向主机发送的上行通讯信号为电流变化10mA～20mA。

7.根据权利要求1-2任一所述的一种智能通讯检测系统，其特征在于，所述从机在接通电源或满足预设条件后触发通信。

8.一种智能通讯方法，包括以下步骤：

S1、主机向从机发起通讯请求，将由通讯信息转换成的电压变化信号通过从机电源接口发送给从机；

S2、从机接收电压变化信号并转换为通讯信息后，向主机反馈串行通讯信息，将由串行通讯信息转换成的电流变化信号发送给主机；

S3、主机接收从机发送的电流变化信号并转换为串行通讯信息。

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