CN112769772A - 一种空调用协议转换装置及空调控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种空调用协议转换装置及空调控制系统，在空调方采用在HBS总线上叠加直流电源的方式，将空调室内电路板的HBS通信信号与室内基板的开关电源输出叠加后输出给协议转换装置，由空调用协议转换装置的解耦电路解析出直流电源和HBS差分信号，解析出的直流电源可作为外接控制器的供电电源以及自身的供电电源，在实现空调方控制协议与外接控制器的控制协议之间的转换同时，能够向外接控制器供电，外接控制器无需额外配置电源适配器，实现了省去额外配置电源适配器的技术效果，并降低了空调系统的安装成本以及布线难度。
Description
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，尤其涉及一种空调用协议转换装置及空调控制系统。
背景技术
目前的空调行业中，空调控制系统通过协议转换装置对接外接控制器的设计方案越来越多。
目前行业内各空调厂商使用不同的总线技术进行空调控制系统的部署，但很多通信总线受限于本身的技术特点，无法在总线通信时提供大功率供电的功能，因此如图1所示，外接控制器在与很多品牌空调对接时，必须额外使用电源适配器，这增加了空调控制系统的安装成本和布线难度。
发明内容
为解决现有空调器与外接控制器对接时，外接控制器需要额外配置电源适配器的问题，本发明提供一种空调用协议转换装置及空调控制系统，采用在HBS总线上叠加直流电源的方式，将空调室内电路板的HBS通信信号与室内基板的开关电源输出叠加后输出给协议转换装置，由协议转换装置解析出直流电源后作为外接控制器的供电电源，实现了协议转换装置为外接控制器提供电源，实现省去额外配置电源适配器的技术效果。
本发明采用如下技术方案：
提出一种空调用协议转换装置，包括：串联的HBS通信电路、主控MCU和RS485总线电路；还包括：HBS总线接口，用于与空调器的HBS总线输出接口对接；解耦电路，由第一磁珠、第二磁珠和第一差模电感组成，其中，所述第一磁珠和所述第二磁珠与所述HBS总线接口连接，用于滤除HBS总线上的共模干扰，以向所述HBS通信电路输出HBS差分信号；所述第一差模电感连接所述第一磁珠和所述第二磁珠的输出，用于滤除HBS差分信号后输出直流电源；桥式整流电路，对所述直流电源实施整流；直流电源输出接口，连接所述桥式整流电路的输出，用于为外接控制器供电；其中，所述空调器的HBS总线输出接口输出的HBS差分信号叠加所述直流电源。
提出一种空调控制系统，包括：空调器和外接控制器；在所述空调器和所述外接控制器之间连接有空调用协议转换装置；所述空调用协议转换装置，包括：串联的HBS通信电路、主控MCU和RS485总线电路；还包括：HBS总线接口，用于与空调器的HBS总线输出接口对接；解耦电路，由第一磁珠、第二磁珠和第一差模电感组成，其中，所述第一磁珠和所述第二磁珠与所述HBS总线接口连接，用于滤除HBS总线上的共模干扰，以向所述HBS通信电路输出HBS差分信号；所述第一差模电感连接所述第一磁珠和所述第二磁珠的输出，用于滤除HBS差分信号后输出直流电源；桥式整流电路，对所述直流电源实施整流；直流电源输出接口，连接所述桥式整流电路的输出，用于为外接控制器供电；其中，所述空调器的HBS总线输出接口输出的HBS差分信号叠加所述直流电源。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明提出的空调用协议转换装置及空调控制系统中，基于HBS总线采用差分传输、交流耦合的方式进行信号传输，使得HBS总线上叠加直流电源而不影响正常通信的特点，将空调室内基板的直流电源叠加到HBS总线上，得到带有直流电源的HBS总线，在空调用协议转换装置则采用解耦电路，将直流电源与HBS差分信号分离，得到的直流电源为外接控制器提供电源，取电方式简洁可靠，实现了省去采用外接控制器控制空调时需要额外配置电源适配器的技术效果，同时降低了空调系统的安装成本和布线难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中外接控制器与空调用协议转换装置和空调器的安装结构示意图；
图2为本发明提出的空调控制系统的功能架构图；
图3为本发明提出的空调用协议转换装置的功能结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提出的空调用协议转换装置，旨在通过电路设计，在实现空调方控制协议与外接控制器的控制协议之间的转换同时，能够向外接控制器供电，在应用外接控制器时无需额外配置电源适配器，降低空调系统的安装成本以及布线难度。
如图2所示，为本发明提出的空调用协议转换装置1与空调2和外接控制器3的接线框图及转换原理框图。
空调用协议转换装置1首先承担网关功能，为空调室内机和外接控制器提供双向协议转换；本发明申请实施例中，空调用协议转换装置1与外接控制器3采用485总线通信，与空调室内机采用HBS总线通信。
空调用协议转换装置1接收外接控制器3发送的控制指令和查询指令，经解析后下发给空调2的室内机，空调用协议转换装置1接收空调2的室内机反馈的状态信息和请求信息，经解析后上传给外接控制器3。
空调用协议转换装置1的工作由主控MCU完成。空调2的室内机与空调用协议转换装置1之间通讯使用的HBS总线是一种两线制通讯总线，采用差分传输、交流耦合的方式进行信号传输，基于此技术特点，HBS总线上可以叠加直流电源而不影响正常通信。
本发明基于上述特点，将空调2室内电路板的HBS通讯信号与室内基板开关电源的直流电源（通常为15V）输出通过叠加电路进行叠加，得到带有直流电源的HBS总线；空调用协议转换装置1则通过提取HBS总线上的信号分量获得通讯信息进行协议解析，同时通过滤波、整流和再滤波手段获得HBS总线上的直流电源分量，其中由于经过线损和整流压降，会得到幅值约为12V的直流电源，此电源不仅为空调用协议转换装置1自身供电，还为外接控制器3提供电源，整个取电方案的设计，使空调用协议转换装置1和外接控制器3的电源最终都取自空调2的室内机，整个取电方式简洁而可靠。
具体的，如图2和图3所示，本发明提出的空调用协议转换装置1包括串联的HBS通信电路、主控MCU和RS485总线电路；如图3所示，还包括HBS总线接口CN1和解耦电路U1，HBS总线接口CN1连接空调2的室内电路板的HBS总线输出接口，CN1的进线端首先通过第一磁珠FB1和第二磁珠FB2滤除总线上的共模干扰，防止长距离布线引入共模干扰而影响通讯质量。
之后，HBS总线分为两路，一路包含通讯信息的差分信号线HBS-A和HBS-B接入HBS通信回路进行通讯信息的提取；另一路包含直流电源的供电线被第一差模电感L1滤除通信信号后得到干净的电源，此处第一差模电感L1的作用是双向的，还起到将电源负载与通讯信号隔离开，防止两部分相互干扰，提高空调用协议转换装置1的抗干扰性能的作用。
经第一差模电感L1滤波后的直流电源再通过桥式整流电路DB1整流，以及滤波电路U2的二次滤波，产生稳定的12V电源；其中DB1整流桥的作用是可以消除通讯总线的极性问题，即无论两根通讯总线的接线次序如何，整流后都将得到极性正确的12V电源，这种设计方案可以防止接线极性错误而烧毁电路板，同时降低施工难度。12V电源一路通过直流电源输出接口CN2为外接控制器3提供电源，另外一路经直流降压斩波电路U3（开关电源回路）产生5V电源，作为空调用协议转换装置1的5V功能电路供电。
这其中，滤波电路U2由并联的电解电容E2和陶瓷电容C4组成。
上面所述的取电设计方案，同样适用于HBS总线与其他形式总线的转换装置，如HBS总线与CAN总线的转换、HBS与PLC总线的转换、HBS总线与KNX总线的转换等形式。
本发明提出的空调用协议转换装置1的HBS通信电路包括HBS通信芯片、发信侧电路和收信侧电路，其中，HBS通讯芯片可使用任一款支持HBS通讯的芯片；HBS总线属于半双工通信，收信时信号通过收信侧电容进行耦合，发信时通过发信侧电容进行耦合；在收信侧设计一个终端电阻回路，用于吸收长距离通信时产生的反射波，这能够提高HBS总线在长距离通信时的波形质量并延长通信距离；在发信侧设计一个总线驱动回路，用于提高发信时的总线驱动能力，提高总线的带载能力和节点数量；同时，在发信侧设计一个负电压保护回路，防止总线上的异常电压引起发信侧误动作。
HBS通信芯片收到的总线通讯信息经过收信侧调理电路，最终转换为串口数据RXD提供给主控MCU；同样的，主控MCU发送的串口数据TXD经过发信侧调理电路传递给HBS通讯芯片，HBS通信芯片再经内部处理后将数据发送到HBS总线上。
本发明实施中，RS485总线电路由RS485总线接口和RS485通信芯片组成，RS485总线接口连接RS485总线，总线进线端采用双向TVS管和限流电阻进行静电防护，防止静电损害485通讯芯片；RS485通讯属于半双工方式，收信和发信通过主控MCU的控制信号和进行切换。RS485通信芯片与主控MCU通过串口进行通讯，通信信号为RXD-485和TXD-485。
在本发明实施例中，空调用协议转换装置1还包括EEPROM存储电路、地址拨码电路和/或指示灯电路等；在EEPROM存储电路设计中采用三线制读写方式，读信号使用I2C-SDA-R，写信号使用I2C-SDA-W，同步时钟信号为I2C-SCL，可以提高电路可靠性及软件灵活性；在地址拨码电路设计中，采用4位拨码，可以实现16种形式的地址，外接控制器可以通过地址轮询的方式与16台空调用协议转换装置同时进行信息交互，即可以实现1台外接控制器拖带16台空调室内机的效果，显著降低空调控制系统的部署成本；指示灯电路设计中，设计2路状态指示灯，由主控MCU控制来实时反映HBS总线和RS485总线的运行状态，在正常运行和出现故障时予以相应的指示，便于直观获得控制系统的运行情况。
在本发明实施例中，主控MCU可使用任一款能够满足片上资源需求的产品，主控MCU是空调用协议转换装置的核心部分，负责控制代码的执行。包含晶振为MCU提供系统时钟；包含复位芯片，在空调用协议转换装置上电时及电源异常跌落时为主控MCU提供复位信号，防止电源异常导致程序跑飞。
基于上述提出的空调用协议转换装置，本发明还提出一种空调控制系统，系统架构图如图2所示，空调2室内电路板的HBS通讯信号与室内基板开关电源的直流电源（通常为15V）输出通过叠加电路进行叠加，得到带有直流电源的HBS总线；空调用协议转换装置1则通过提取HBS总线上的信号分量获得通讯信息进行协议解析，同时通过滤波、整流和再滤波手段获得HBS总线上的直流电源分量。
具体的，叠加电路在空调端实现直流电源与HBS差分信号的叠加，并提供干扰滤波功能，由第二差模电感和共模电感组成，空调2室内基板的直流电源经第二差模电感后与空调器的HBS总线连接，实现电源分量与HSB差分信号的叠加，第二差模电感能够将电源线和信号线上的差模信号隔离开，防止电源端与信号端的相互串扰。
叠加信号再经共模电感滤除共模干扰后，形成HBS总线信号。共模电感可以将内部电路和外部电路的共模干扰滤除，防止内部电路和外部电路产生共模干扰，也即滤除空调2室内机电路板与空调用协议转换装置1电路板的共模干扰。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种空调用协议转换装置，包括：
串联的HBS通信电路、主控MCU和RS485总线电路；
其特征在于，还包括：
HBS总线接口，用于与空调的HBS总线输出接口对接；
解耦电路，由第一磁珠、第二磁珠和第一差模电感组成，其中，所述第一磁珠和所述第二磁珠与所述HBS总线接口连接，用于滤除HBS总线上的共模干扰，以向所述HBS通信电路输出HBS差分信号；所述第一差模电感连接所述第一磁珠和所述第二磁珠的输出，用于滤除HBS差分信号后输出直流电源；
桥式整流电路，对所述直流电源实施整流；
直流电源输出接口，连接所述桥式整流电路的输出，用于为外接控制器供电；
其中，所述空调器的HBS总线输出接口输出的HBS差分信号叠加所述直流电源。
2.根据权利要求1所述的空调用协议转换装置，其特征在于，所述装置还包括：
直流降压斩波电路，连接所述桥式整流电路的输出，用于将所述直流电源处理为所述空调用协议转换装置的供电电源。
3.根据权利要求1所述的空调用协议转换装置，其特征在于，所述HBS通信电路包括：
HBS通信芯片；
发信侧电路，由发信侧调理电路、总线驱动回路和发信侧电容组成；主控制MCU输入的串口信号经所述发信侧调理电路传递给所述HBS通信芯片，经所述HBS通信芯片处理后发送至HBS总线上；所述总线驱动电路和所述发信侧电容连接于所述HBS总线上；
收信侧电路，由终端电阻回路、收信侧电容和收信侧调理电路组成；所述终端电阻回路和所述收信侧电容均连接于所述HBS总线上，所述HBS差分信号经所述HBS通信芯片处理后发送给所述收信侧调理电路，经所述收信侧调理电路转换为输入给主控MCU的串口信号。
4.根据权利要求3所述的空调用协议转换装置，其特征在于，所述发信侧电路还包括：
负电压保护回路，连接于所述HBS总线上。
5.根据权利要求1所述的空调用协议转换装置，其特征在于，所述RS485总线电路由RS485通信芯片和RS485总线接口组成；
其中，所述RS485总线接口与外接控制器的串行总线接口对接，RS485总线通过双向TVS管和限流电路实施静电防护。
6.根据权利要求1所述的空调用协议转换装置，其特征在于，所述桥式整流电路的输出端连接有滤波电路；所述滤波电路由电解电容和陶瓷电容并联组成。
7.一种空调控制系统，包括：
空调器和外接控制器；
其特征在于，在所述空调器和所述外接控制器之间连接有如权利要求1至权利要求6任一项所述的空调用协议转换装置。
8.根据权利要求7所述的空调控制系统，其特征在于，所述空调器包括：
叠加电路，由第二差模电感和共模电感组成，所述直流电源经所述第二差模电感后与空调器的HBS总线连接，实现电源分量与HSB差分信号的叠加，叠加信号再经所述共模电感形成HBS总线信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210507 |