CN113364076A - 一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，它包括防溜器具箱主站、16个智能铁鞋从站、以及PowerBus总线；16个智能铁鞋从站基于PowerBus总线连接于防溜器具箱主站上。主站检测到某铁鞋电量后、动态判断是否需充电、远程启动或关闭从站充电电路，动态调整充电电流供给；铁鞋电量充满后，电量采集电路输出一个控制信号断开电源充电开关，停止给铁鞋充电。

Description

一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统及其方法
技术领域
本发明涉及铁路车辆防溜领域，尤其是适用于铁鞋使用管理密度较大站场，具体涉及一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统及其方法。
背景技术
传统的智能铁鞋充电方式是将防溜器具箱充电线路上直接串联多个智能铁鞋，充电供电线路与铁鞋的电量数据通信线路相互独立，需要铁鞋对外接口多，不易提高铁鞋防护等级，造成维护难、不易工程实施或实施成本高的问题；对于铁鞋使用管理密度较大的站场，大量铁鞋数据与充电系统通信时会导致上传数据拥塞甚至错误，并有可能导致整个系统崩溃。现有的铁鞋充电系统，不易集中管理铁鞋充电，没有智能化充电方法，铁鞋与防溜器具箱之间通信不可靠、数据不同步、实时性差、数据传输效率低。无法根据铁鞋数量进行相应的电源数量配置，导致系统电量浪费、充电电流不稳定以及充电效率低。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统及其方法。
技术方案：
本发明首先公开了一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，它包括防溜器具箱主站、16个智能铁鞋从站、以及PowerBus总线；16个智能铁鞋从站基于PowerBus总线连接于防溜器具箱主站上。
优选的，所述的防溜器具箱主站包括主站控制器、主站通信模块、显示模块、存储模块、以太网模块、以及电源转化模块；
所述的主站控制器是防溜器具箱的控制核心，协调各模块的运行以及对数据进行处理，具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口；其中，一路UART串口与主站通信模块的串行数据总线连接；一路I2C接口与显示模块的二线制同步串行总线连接；SPI1接口与存储模块的通信接口连接；SPI2接口与以太网模块通信接口连接；所述的主站通信模块负责对总线提供电源管理，实现对总线的供电、通讯和故障检测；
所述的主站通信模块输入端与电源转化模块输出端相连，主站通信模块输出端与所述的 PowerBus总线相连接以调制控制信号并提供充电电源，主站通信模块的串口通信接口与主站控制器的串口UART连接；
所述的显示模块为LCD显示屏，显示模块显示各个从站智能铁鞋编码以及剩余电量，显示模块的二线制同步串行总线与主站控制器的I2C接口连接；
所述的存储模块为FLASH非易失存储器，存储模块的通信接口与主站控制器的SPI1接口连接；
所述的以太网模块支持硬件化的TCP/IP协议，将防溜器具箱与防溜监控系统上位机连接在一起，以太网模块的通信接口与主站控制器SPI2接口连接；
所述的电源转化模块包括降压电路、整流电路、多路电子开关以及供电电源，电源转化模块输入端接市电220V，将其降压和整流输出为12V，多路电子开关根据需要充电铁鞋的数量动态调整电源供给数量，电源转化模块的输入端接市电，电源转化模块的输出端与主站通信模块的输入端相连。
优选的，所述的智能铁鞋从站包括从站控制器、从站通信模块、隔离电路、电源模块、以及状态检测单元；
所述的从站控制器是智能铁鞋的控制核心，协调各模块的运行以及对数据进行计算处理，具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口；其中，串口UART1与电源模块串行数据总线连接，串口UART2与隔离电路的逻辑输出接口连接，从站控制器通信总线与状态检测单元通信接口连接；
所述的从站通信模块从PowerBus总线上取电，满足供电和通信一体化需求，通信速率可以自适应主站通信模块，从站通信模块的串口通信接口与隔离电路的逻辑输入接口连接，从站通信模块输入端与所述的PowerBus总线连接实现主从站之间的通信；
所述的隔离电路采用标准数字隔离器，采用双转化通道实现从站通信模块输出端与从站控制器之间的信号传输，隔离电路的逻辑输入接口与从站通信模块的串口通信接口连接，隔离电路的逻辑输出接口与从站控制器的串口UART2连接；
所述的电源模块包括充电电路、可充电电池、电子开关、以及电量采集电路，电源模块输入端与PowerBus总线相连接收电能，电源模块采集铁鞋剩余电量发送给从站控制器，电源模块串口通信接口与从站控制器串口UART1连接。
所述的状态检测单元包括温度传感器模块、加速度模块、RFID识别模块、定位模块、近铁开关在轨识别模块，状态检测单元通信接口分别与从站控制器通信总线连接。
优选的，所述的PowerBus总线以二总线协议组网的方式实现半双工通讯，属于低压供电总线技术，通信与供电线路合二为一，防溜器具箱通过两根无极性PowerBus总线与多个智能铁鞋从站相连接以提供直流电源及进行实时信号传输，采用满幅电压发送，电流信号回传的方式，替代了智能铁鞋传统分离的控制电线和供电电线并大幅度提高通讯稳定性。
本发明还公开了一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,主站整体流程包括以下步骤：
(1)设备初始化，定时中断唤醒，启动总线故障检测；
(2)判断总线是否故障，若总线发生故障，立即自动关断总线，转到步骤(2)；若总线未发生故障，则主从站握手建立通信；
(3)获取当前从站铁鞋总量p，需充电铁鞋数量S＝0，令j＝1；
(4)根据应用层协议轮询第j个从站；
(5)j＝j+1，判断j是否大于铁鞋总量p，若不大于，则转到步骤(4)；若大于，则转到步骤(6)；
(6)通过多路电子开关动态调整电源供给数量Y＝[S/4.1]+1，[]为取整符号；
(7)主站发送远程关闭需充电铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关闭合。
具体的，步骤(1)中，所述总线故障检测：当总线发生线上短路时，主站通信模块检测到短路后会立刻自动关断PowerBus总线供电，防止线路意外，并保护主站功率器件防止损坏，并置位故障报警信号，主站通信模块BRK引脚会输出低电平，可将此信号作为指示灯信号，等待防溜监控系统的查询；主站通信模块检测到总线未短路，自动开启PowerBus 总线并恢复总线供电和通讯，BRK引脚转为正常状态输出高电平。
具体的，步骤(2)中，主从站握手建立通信：主站通信模块与多个从站通信模块之间通过PowerBus总线连接，主站通过总线向从站发送握手信号，每一从站需要监听总线上的握手信号，握手信号包括从站智能铁鞋地址码，从站接收到握手信号后，从中解析出地址码，并将解析出的地址码与自身地址核对，若相符，则主从站建立通信；不相符的继续监听等待下一次握手信号。
具体的，步骤(4)中，主站轮询一次从站包括以下步骤:
(401)主站发送轮询第j个从站的指令；
(402)主站接收到第j个从站回复的数据，数据验证是否成功，若验证失败，则转到
步骤(402)；若验证成功，则比较剩余电量值L与主站设定的上下限；
(403)若电量L≥100％，则主站发送远程断开铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关断开，主站充电标志置0，转到步骤(409)；若电量L≤20％，则主站充电标志置1，转到步骤(404)；若20％<电量L<100％，则主站充电标志保持不变，转到步骤(404)；
(404)查询优先级字节，若为0xFF，则主站优先，转到步骤(405)；若为0x80，则主从站同级，转到步骤(406)；若为0x00，则从站优先，转到步骤(407)；
(405)判断主站充电标志是否为1，若为1.则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(406)判断主从站充电标志是否均为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(407)判断从站充电标志是否为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(408)记录需充电铁鞋编码n并计算充电铁鞋数量S＝S+1，返回编码n以及数量S；
(409)结束。
具体的，所述的数据验证：
首先进行BBC校验，把所有数据都和一个指定的初始值0异或一次，最后的结果就是校验值，把它附在通讯数据的最后一起发送出去，接收方收到数据后自己也计算一次异或和校验值，如果和收到的校验值一致就说明收到的数据是完整的；
其次，进行准确性验证，设定管理的铁鞋编号范围为k～k+15，判断主站接收到的铁鞋编码信息n是否处于设定的管理的铁鞋编号范围内；
当k≤n≤k+15时，则判定铁鞋编码在管理范围；
当n<k或n>k+15时，则判定铁鞋编码不在管理范围或读取铁鞋编码错误，并进行第二次读取，若第二次读取编码与前一次一致，则判定铁鞋编码不在管理范围；
最后为合理性验证，设定铁鞋电量正常取值范围为0～m，电量采用百分比的形式，L＝当前电量/标称容量Ls，根据获取的剩余电量L判断是否出现不符合铁鞋电量正常取值范围的异常数据；
当0≤L≤m时，则判定获取的剩余电量合理；
当L<0或L>m时，则判定获取的剩余电量不合理。
具体的，从站包括以下步骤:
(1)设备初始化，与主站握手建立通信；
(2)接收到主站轮询指令，电源模块采集铁鞋剩余电量；
(3)电量值L与从站设定的上下限进行比较；
(4)若电量L≥100％，则从站充电标志置0；若电量L≤20％，则从站充电标志置1；若 20％<电量L<100％，则从站充电标志保持不变；
(5)回复剩余电量L、铁鞋编码n以及充电标志给主站；
(6)结束。
有益效果
主站检测到某铁鞋电量后、动态判断是否需充电、远程启动或关闭从站充电电路，动态调整充电电流供给；铁鞋电量充满后，电量采集电路输出一个控制信号断开电源充电开关，停止给铁鞋充电。
硬件方面
(1)PowerBus的主从站设计，代替了传统分离的控制电路以及供电电路，实现了充电与通信线路合并，智能铁鞋仅通过两个触点即可接受充电，又可以进行异步通信将铁鞋信息发送至铁鞋箱，工程实施极其便捷。
(2)将Powerbus低压供电总线技术运用在智能铁鞋中，通讯模块能适应现场使用的各种线材，支持无极性布线，达到方便工作人员进行施工布线的同时简化了电缆施工维护的效果，避免了在施工作业中出现的接线错误，大幅度提高了智能铁鞋通讯的稳定性。
(3)市电经过电源转化模块降压整流可输出相应的充电限制电压用作铁鞋箱电源充电，再基于PowerBus铁鞋箱给铁鞋充电，铁鞋向铁鞋箱发送铁鞋编码与剩余电量，能够实时检测铁鞋电量信息，而且可以通过以太网模块将铁鞋数据上传至防溜监控上位机。
(4)PowerBus总线具有故障检测机制，当主站通信模块检测到短路后会立即自动关断总线供电，保护总线上的功率器件防止损坏，降低意外风险以及维修难度。
算法方面
(1)实现了主站与多个从站之间一对多的有序轮询通信，避免了传统方式导致上传数据拥塞甚至出现错误，提高系统数据传输效率和数据可靠性，也解决了主站串口有限的问题。
(2)主站可通过多路电子开关根据充电铁鞋的数量需要动态调整电源供给数量，提高了电源充电合理性，有效的延长了电池使用年限，充分发挥了电池性能，提高充电稳定性以及能源利用率。
(3)主站可根据铁鞋电量及时发送远程控制铁鞋电子开关的命令给从站，从站控制器控制相应的电子开关闭合或断开，能够及时充电以及防止铁鞋电池过度充电。
(4)特定的数据验证方式，保证了铁鞋信息的完整性、准确性以及合理性。电量值与设定上、下限进行比较给出充电标志，并结合实际情况设置主从站的优先级，避免了单方面判断出现误差的可能。
附图说明
图1主从站系统框架图
图2多路电子开关电源控制图
图3数据帧格式图
图4主站整体算法流程图
图5主站轮询一次算法流程图
图6从站算法流程图
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。
如图1所示，一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，其特征是它包括防溜器具箱主站、16个智能铁鞋从站、以及PowerBus总线；
防溜器具箱主站包括主站控制器、主站通信模块、显示模块、存储模块、以太网模块、以及电源转化模块；
主站控制器是防溜器具箱的控制核心，协调各模块的运行以及对数据进行处理，选用意法半导体公司的基于ARM Cortex-M3的超低功耗32位微控制器STM32L151CBT6-A芯片，具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口。其中，一路UART串口与主站通信模块的串行数据总线连接；一路I2C接口与显示模块的二线制同步串行总线连接；SPI1接口与存储模块的通信接口连接；SPI2接口与以太网模块通信接口连接。
主站通信模块采用集成主站协议的PB620芯片作为通信主芯片，负责对总线提供电源管理，实现对总线的供电、通讯和故障检测。主站通信模块输入端与电源转化模块输出端相连，主站通信模块输出端与所述的PowerBus总线相连接以调制控制信号并提供充电电源，主站通信模块的串口通信接口与主站控制器的串口UART连接；
显示模块采用型号为LCD12864液晶显示屏，显示模块显示各个从站智能铁鞋编码以及剩余电量，显示模块的二线制同步串行总线与主站控制器的I2C接口连接；
存储模块选用型号为W25Q128的大容量FLASH非易失存储器，存储模块的通信接口与主站控制器的SPI1接口连接；
以太网模块选用W5100芯片，支持硬件化的TCP/IP协议，将防溜器具箱与防溜监控系统上位机连接在一起，以太网模块的通信接口与主站控制器SPI2接口连接。
电源转化模块包括降压电路、整流电路、多路电子开关以及供电电源，多路开关选用型号为CD4067BM的电子开关芯片，电源模块选用WDF600W全砖电源，电源转化模块输入端接市电220V，将其降压和整流输出为12V，多路电子开关根据需要充电铁鞋的数量动态调整电源供给数量，电源转化模块的输出端与主站通信模块的输入端相连。
智能铁鞋从站包括从站控制器、从站通信模块、隔离电路、电源模块、以及状态检测单元；
从站控制器是智能铁鞋的控制核心，协调各模块的运行以及对数据进行计算处理，选用意法半导体公司的基于ARM Cortex-M3的超低功耗32位微控制器STM32L151CBT6-A芯片，该芯片具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口。其中，串口UART1与电源模块串行数据总线连接，串口UART2与隔离电路的逻辑输出接口连接，从站控制器通信总线与状态检测单元通信接口连接；
从站通信模块从站采用一个从站通信芯片PB331，从PowerBus总线上取电，满足供电和通信一体化需求，通信速率可以自适应主站通信模块，从站通信模块的串口通信接口与隔离电路的逻辑输入接口连接，从站通信模块输入端与所述的PowerBus总线连接实现主从站之间的通信；
隔离电路采用型号为ADUM1201的标准数字隔离器，采用双转化通道实现从站通信模块输出端与从站控制器之间的信号传输，隔离电路的逻辑输入接口与从站通信模块的串口通信接口连接，隔离电路的逻辑输出接口与从站控制器的串口UART2连接；
电源模块包括充电电路、可充电电池、电子开关、以及电量采集电路，充电电路选用电源管理芯片TPS54239，可充电电池为VBAT锂电池，电子开关选用UCC2803开关控制器，电量采集电路采用运算放大器LMV3211DBVR组成电压跟随器，电源模块输入端与 PowerBus总线相连接收电能，电源模块采集铁鞋剩余电量发送给从站控制器，电源模块串口通信接口与从站控制器串口UART1连接；所述的状态检测单元包括温度传感器模块、加速度模块、RFID识别模块、定位模块、近铁开关在轨识别模块，状态检测单元通信接口分别与从站控制器通信总线连接。
所述的PowerBus总线以二总线协议组网的方式实现半双工通讯，属于低压供电总线技术，通信与供电线路合二为一，防溜器具箱通过两根无极性PowerBus总线与多个智能铁鞋从站相连接以提供直流电源及进行实时信号传输，采用满幅电压发送，电流信号回传的方式，替代了智能铁鞋传统分离的控制电线和供电电线并大幅度提高通讯稳定性。
本发明还公开了一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,结合图4，主站整体流程包括以下步骤：
(1)设备初始化，定时中断唤醒，启动总线故障检测；
(2)判断总线是否故障，若总线发生故障，立即自动关断总线，转到步骤(2)；若总线未发生故障，则主从站握手建立通信；
(3)获取当前从站铁鞋总量p，需充电铁鞋数量S＝0，令j＝1；
(4)根据应用层协议轮询第j个从站；
(5)j＝j+1，判断j是否大于铁鞋总量p，若不大于，则转到步骤(4)；若大于，则转到步骤(6)；
(6)通过多路电子开关动态调整电源供给数量Y＝[S/4.1]+1，[]为取整符号；
(7)主站发送远程关闭需充电铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关闭合，如图2所示。
具体的，步骤(1)中，所述总线故障检测：当总线发生线上短路时，主站通信模块检测到短路后会立刻自动关断PowerBus总线供电，防止线路意外，并保护主站功率器件防止损坏，并置位故障报警信号，主站通信模块BRK引脚会输出低电平，可将此信号作为指示灯信号，等待防溜监控系统的查询；主站通信模块检测到总线未短路，自动开启PowerBus 总线并恢复总线供电和通讯，BRK引脚转为正常状态输出高电平。
具体的，步骤(2)中，主从站握手建立通信：主站通信模块与多个从站通信模块之间通过PowerBus总线连接，主站通过总线向从站发送握手信号，每一从站需要监听总线上的握手信号，握手信号包括从站智能铁鞋地址码，从站接收到握手信号后，从中解析出地址码，并将解析出的地址码与自身地址核对，若相符，则主从站建立通信；不相符的继续监听等待下一次握手信号。
具体的，步骤(4)中，结合图5，主站轮询一次从站包括以下步骤:
(401)主站发送轮询第j个从站的指令；
(402)主站接收到第j个从站回复的数据，数据验证是否成功，若验证失败，则转到步骤(402)；若验证成功，则比较剩余电量值L与主站设定的上下限；
(403)若电量L≥100％，则主站发送远程断开铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关断开，主站充电标志置0，转到步骤(409)；若电量L≤20％，则主站充电标志置1，转到步骤(404)；若20％<电量L<100％，则主站充电标志保持不变，转到步骤(404)；
(404)查询优先级字节，若为0xFF，则主站优先，转到步骤(405)；若为0x80，则主从站同级，转到步骤(406)；若为0x00，则从站优先，转到步骤(407)；
(405)判断主站充电标志是否为1，若为1.则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(406)判断主从站充电标志是否均为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(407)判断从站充电标志是否为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(408)记录需充电铁鞋编码n并计算充电铁鞋数量S＝S+1,返回编码n以及数量S；
(409)结束。
结合图3，数据帧格式包括起始位、数据域、校验位以及停止位，支持标准时序数据；所述的起始位采用一个低电平信号作为数据帧的开始位；所述的数据域自适应支持9位数据方式，可以设置传输和接收是最低有效位优先还是最高有效位优先；所述的BCC校验位是将所有数据经过异或操作而得出；所述的停止位为一位逻辑1的信号，标志一帧数据结束。
具体的，所述的数据验证：
首先进行BBC校验，把所有数据都和一个指定的初始值0异或一次，最后的结果就是校验值，把它附在通讯数据的最后一起发送出去，接收方收到数据后自己也计算一次异或和校验值，如果和收到的校验值一致就说明收到的数据是完整的；
其次，进行准确性验证，设定管理的铁鞋编号范围为k～k+15，判断主站接收到的铁鞋编码信息n是否处于设定的管理的铁鞋编号范围内；
当k≤n≤k+15时，则判定铁鞋编码在管理范围；
当n<k或n>k+15时，则判定铁鞋编码不在管理范围或读取铁鞋编码错误，并进行第二次读取，若第二次读取编码与前一次一致，则判定铁鞋编码不在管理范围；
最后为合理性验证，设定铁鞋电量正常取值范围为0～m，电量采用百分比的形式，L＝当前电量/标称容量Ls，根据获取的剩余电量L判断是否出现不符合铁鞋电量正常取值范围的异常数据；
当0≤L≤m时，则判定获取的剩余电量合理；
当L<0或L>m时，则判定获取的剩余电量不合理。
具体的，结合图6，从站包括以下步骤:
(1)设备初始化，与主站握手建立通信；
(2)接收到主站轮询指令，电源模块采集铁鞋剩余电量；
(3)电量值L与从站设定的上下限进行比较；
(4)若电量L≥100％，则从站充电标志置0；若电量L≤20％，则从站充电标志置1；若 20％<电量L<100％，则从站充电标志保持不变；
(5)回复剩余电量L、铁鞋编码n以及充电标志给主站；
(6)结束。

Claims (10)

1.一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，其特征是它包括防溜器具箱主站、16个智能铁鞋从站、以及PowerBus总线；16个智能铁鞋从站基于PowerBus总线连接于防溜器具箱主站上。
2.根据权利要求1所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，其特征是所述的防溜器具箱主站包括主站控制器、主站通信模块、显示模块、存储模块、以太网模块、以及电源转化模块；
所述的主站控制器具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口；其中，一路UART串口与主站通信模块的串行数据总线连接；一路I2C接口与显示模块的二线制同步串行总线连接；SPI1接口与存储模块的通信接口连接；SPI2接口与以太网模块通信接口连接；
所述的主站通信模块输入端与电源转化模块输出端相连，主站通信模块输出端与所述的PowerBus总线相连接以调制控制信号并提供充电电源，主站通信模块的串口通信接口与主站控制器的串口UART连接；
所述的显示模块为LCD显示屏，显示模块显示各个从站智能铁鞋编码以及剩余电量，显示模块的二线制同步串行总线与主站控制器的I2C接口连接；
所述的存储模块为FLASH非易失存储器，存储模块的通信接口与主站控制器的SPI1接口连接；
所述的以太网模块支持硬件化的TCP/IP协议，将防溜器具箱与防溜监控系统上位机连接在一起，以太网模块的通信接口与主站控制器SPI2接口连接；
所述的电源转化模块包括降压电路、整流电路、多路电子开关以及供电电源，电源转化模块输入端接市电220V，将其降压和整流输出为12V，多路电子开关根据需要充电铁鞋的数量动态调整电源供给数量，电源转化模块的输入端接市电，电源转化模块的输出端与主站通信模块的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，其特征是所述的智能铁鞋从站包括从站控制器、从站通信模块、隔离电路、电源模块、以及状态检测单元；
所述的从站控制器是智能铁鞋的控制核心，协调各模块的运行以及对数据进行计算处理，具有3路串口、2路I2C接口、2路SPI接口；其中，串口UART1与电源模块串行数据总线连接，串口UART2与隔离电路的逻辑输出接口连接，从站控制器通信总线与状态检测单元通信接口连接；
所述的从站通信模块从PowerBus总线上取电，从站通信模块的串口通信接口与隔离电路的逻辑输入接口连接，从站通信模块输入端与所述的PowerBus总线连接实现主从站之间的通信；
所述的隔离电路采用标准数字隔离器，采用双转化通道实现从站通信模块输出端与从站控制器之间的信号传输，隔离电路的逻辑输入接口与从站通信模块的串口通信接口连接，隔离电路的逻辑输出接口与从站控制器的串口UART2连接；
所述的电源模块包括充电电路、可充电电池、电子开关、以及电量采集电路，电源模块输入端与PowerBus总线相连接收电能，电源模块采集铁鞋剩余电量发送给从站控制器，电源模块串口通信接口与从站控制器串口UART1连接。
所述的状态检测单元包括温度传感器模块、加速度模块、RFID识别模块、定位模块、近铁开关在轨识别模块，状态检测单元通信接口分别与从站控制器通信总线连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电系统，其特征是所述的PowerBus总线以二总线协议组网的方式实现半双工通讯，属于低压供电总线技术，通信与供电线路合二为一，防溜器具箱通过两根无极性PowerBus总线与多个智能铁鞋从站相连接以提供直流电源及进行实时信号传输。
5.一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于主站整体流程包括以下步骤：
(1)设备初始化，定时中断唤醒，启动总线故障检测；
(2)判断总线是否故障，若总线发生故障，立即自动关断总线，转到步骤(2)；若总线未发生故障，则主从站握手建立通信；
(3)获取当前从站铁鞋总量p，需充电铁鞋数量S＝0，令j＝1；
(4)根据应用层协议轮询第j个从站；
(5)j＝j+1，判断j是否大于铁鞋总量p，若不大于，则转到步骤(4)；若大于，则转到步骤(6)；
(6)通过多路电子开关动态调整电源供给数量Y＝[S/4.1]+1，[]为取整符号；
(7)主站发送远程关闭需充电铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关闭合。
6.根据权利要求5所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于步骤(1)中，所述总线故障检测：当总线发生线上短路时，主站通信模块检测到短路后会立刻自动关断PowerBus总线供电，防止线路意外，并保护主站功率器件防止损坏，并置位故障报警信号，主站通信模块BRK引脚会输出低电平；主站通信模块检测到总线未短路，自动开启PowerBus总线并恢复总线供电和通讯，BRK引脚转为正常状态输出高电平。
7.根据权利要求5所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于步骤(2)中，主从站握手建立通信：主站通信模块与多个从站通信模块之间通过PowerBus总线连接，主站通过总线向从站发送握手信号，每一从站需要监听总线上的握手信号，握手信号包括从站智能铁鞋地址码，从站接收到握手信号后，从中解析出地址码，并将解析出的地址码与自身地址核对，若相符，则主从站建立通信；不相符的继续监听等待下一次握手信号。
8.根据权利要求5所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于步骤(4)中，主站轮询一次从站包括以下步骤:
(401)主站发送轮询第j个从站的指令；
(402)主站接收到第j个从站回复的数据，数据验证是否成功，若验证失败，则转到步骤(402)；若验证成功，则比较剩余电量值L与主站设定的上下限；
(403)若电量L≥100％，则主站发送远程断开铁鞋电子开关的命令给从站，从站通过从站控制器控制相应的电子开关断开，主站充电标志置0，转到步骤(409)；若电量L≤20％，则主站充电标志置1，转到步骤(404)；若20％<电量L<100％，则主站充电标志保持不变，转到步骤(404)；
(404)查询优先级字节，若为0xFF，则主站优先，转到步骤(405)；若为0x80，则主从站同级，转到步骤(406)；若为0x00，则从站优先，转到步骤(407)；
(405)判断主站充电标志是否为1，若为1.则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(406)判断主从站充电标志是否均为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(407)判断从站充电标志是否为1，若为1，则转到步骤(408)；若不为1，则转到步骤(409)；
(408)记录需充电铁鞋编码n并计算充电铁鞋数量S＝S+1,返回编码n以及数量S；
(409)结束。
9.根据权利要求8所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于所述的数据验证：
首先进行BBC校验，把所有数据都和一个指定的初始值0异或一次，最后的结果就是校验值，把它附在通讯数据的最后一起发送出去，接收方收到数据后自己也计算一次异或和校验值，如果和收到的校验值一致就说明收到的数据是完整的；
其次，进行准确性验证，设定管理的铁鞋编号范围为k～k+15，判断主站接收到的铁鞋编码信息n是否处于设定的管理的铁鞋编号范围内；
当k≤n≤k+15时，则判定铁鞋编码在管理范围；
当n<k或n>k+15时，则判定铁鞋编码不在管理范围或读取铁鞋编码错误，并进行第二次读取，若第二次读取编码与前一次一致，则判定铁鞋编码不在管理范围；
最后为合理性验证，设定铁鞋电量正常取值范围为0～m，电量采用百分比的形式，L＝当前电量/标称容量Ls，根据获取的剩余电量L判断是否出现不符合铁鞋电量正常取值范围的异常数据；
当0≤L≤m时，则判定获取的剩余电量合理；
当L<0或L>m时，则判定获取的剩余电量不合理。
10.根据权利要求5所述的一种基于PowerBus总线的铁鞋动态智能充电方法,其特征在于从站包括以下步骤:
(1)设备初始化，与主站握手建立通信；
(2)接收到主站轮询指令，电源模块采集铁鞋剩余电量；
(3)电量值L与从站设定的上下限进行比较；
(4)若电量L≥100％，则从站充电标志置0；若电量L≤20％，则从站充电标志置1；若20％<电量L<100％，则从站充电标志保持不变；
(5)回复剩余电量L、铁鞋编码n以及充电标志给主站；
(6)结束。
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