CN114866368A - 用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质，涉及通信技术领域，该方法包括：主机、二总线以及一个或多个从机；其中，主机：为二总线通信网络供电，并根据人员操作和/或自动化程序控制向二总线通信网络进行通信的设备；二总线：为连接主机和各从机的两条长导线，其长度根据实际需要确定，主机通过它同时向从机供电和通信；从机：是并联连接在二总线上，接收主机供电和通信的设备，一个二总线通信网络中，有一个或多个从机。本发明能够提高通信速率，排除从机内部时钟源偏差带来的影响的效果。

Description

用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质。

背景技术

二总线通信是指通信总线上只有两根总线，不需要额外的电源线的一种通信方式。所有的通信节点都通过这两根总线从通信主节点取电和与主节点通信。现有技术中采用类似UART串行通信协议的方式，即以一段时间内的总线极性与不进行通信时的总线极性相同或是相反来区分数据位0或1，每8个数据位添加1个起始位和1个结束位作为同步信号。这种方法的缺点在于，每发送8个数据位才能够进行1次同步，对从机内置时钟源的精度要求较高。

其次，现有技术中目前还采用连续切换总线极性次数的不同来区分数据位0或1，公开号为CN110645851A的发明专利，公开了一种电子雷管起爆器与电子雷管有线调频通讯方法及电路，包括电子雷管起爆器中的数字逻辑处理电路初始化；数字逻辑处理电路对信号进行调制；数字逻辑电路输出调制信号到驱动电路，驱动电路对调制信号进行放大；电子雷管内置芯片对调制信号进行解调，并根据方法设计了电路，数字逻辑处理电路将需传输的调制信号调制到频率为f0和2×f0的两个频率较高的载频上，已调制的信号通过数字逻辑处理芯片IC1的I/O管脚输出；驱动电路对数字逻辑电路输出的已调信号进行放大，增大其传输距离和负载能力。该专利中方法的缺点在于，其在1个数据位内切换总线极性的次数过多，严重制约了其在长距离大负载场景下的通信速度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质。

根据本发明提供的一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质，所述方案如下：

第一方面，提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统，所述系统包括：主机、二总线以及一个或多个从机；

其中，主机：为二总线通信网络供电，并根据人员操作和/或自动化程序控制向二总线通信网络进行通信的设备；

二总线：为连接主机和各从机的两条长导线，其长度根据实际需要确定，主机通过它同时向从机供电和通信；

从机：是并联连接在二总线上，接收主机供电和通信的设备，一个二总线通信网络中，有一个或多个从机。

优选地，所述二总线上的电压由主机控制，主机通过使得二总线中其中一条总线的电压为工作电压，另一条总线的电压为0V的方式，向二总线通信网络中并联的所有从机供电。

优选地，所述主机通过将二总线中原本电压为工作电压的母线的电压切换为0V，原本电压为0V的母线的电压切换为工作电压的方式即切换总线极性，向二总线通信网络中并联的所有从机通信。

第二方面，提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信方法，所述方法包括：

当主机要向从机进行通信时，主机按如下步骤执行：

步骤S1：将通信信息编码成一串二进制数据位；

步骤S2：将这串数据位按顺序排成发送队列；

步骤S3：发送队列中的第一个数据位，然后将其移出发送队列；

步骤S4：循环执行步骤S3，直至发送队列为空，即整串数据位全部发送完成，如此，即完成一次通信过程。

优选地，发送每个数据位时，主机按如下步骤执行：

1)切换总线极性；

2)等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t1时间；若要发送的数据位是1，则等待t2时间；

3)再次切换总线极性；

4)再等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t2时间；若要发送的数据位是1，则等待t1时间，如此，即完成一个数据位的发送。

优选地，所述t1和t2需要满足t1≥2·t2或者t2≥2·t1。

第三方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过采用每个数据位中仅切换两次总线极性的方式，在长距离大负载场景下两次切换极性之间的时间间隔不能过短的条件下，达到了在尽可能短的时间里发送完一个数据位的效果，提高了通信速率；

2、本发明通过采用每个数据位发送开始时切换总线极性，且确保每个数据位的持续时间均为t1+t2的方式，使得每个数据位发送开始时的切换总线极性动作可以作为一个频率为1/(t1+t2)的同步信号，达到了排除从机内部时钟源偏差带来的影响的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为二总线通信网络图；

图2为二总线上的电压变化情况；

图3为通信过程示意图；

图4为发送数据位的过程示意图；

图5为二总线上的电压波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统，参照图1所示，该系统具体包括：主机、二总线以及一个或多个从机。

其中，主机为二总线通信网络供电，并根据人员操作和/或自动化程序控制向二总线通信网络进行通信的设备；二总线为连接主机和各从机的两条长导线，其长度根据实际需要确定，主机通过它同时向从机供电和通信；从机是并联连接在二总线上，接收主机供电和通信的设备，一个二总线通信网络中，有一个或多个从机，其具体数量根据实际需要确定。

二总线上的电压由主机控制，主机通过使得二总线中其中一条总线的电压为工作电压，另一条总线的电压为0V的方式，向二总线通信网络中并联的所有从机供电。

主机通过将二总线中原本电压为工作电压的母线的电压切换为0V，原本电压为0V的母线的电压切换为工作电压的方式即切换总线极性，向二总线通信网络中并联的所有从机通信。主机切换总线极性的过程中，二总线上的电压变化情况如图2所示，可见图2中T1时刻进行了一次总线极性切换，T1时刻前总线A的电压为工作电压，总线B的电压为0V，T1时刻后总线A的电压为0V，总线B的电压为工作电压；T2时刻也进行了一次总线极性切换，T2时刻后总线A和总线B的电压又和T1时刻前相同。

本实施例还提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信方法，参照图3所示，该方法具体包括：当主机要向从机进行通信时，主机按如下步骤执行：

步骤S1：将通信信息编码成一串二进制数据位。

步骤S2：将这串数据位按顺序排成发送队列。

步骤S3：发送队列中的第一个数据位，然后将其移出发送队列。

步骤S4：循环执行步骤S3，直至发送队列为空，即整串数据位全部发送完成，如此，即完成一次通信过程。

参照图4所示，发送每个数据位时，主机按如下步骤执行：

1)切换总线极性。

2)等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t1时间；若要发送的数据位是1，则等待t2时间。

3)再次切换总线极性。

4)再等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t2时间；若要发送的数据位是1，则等待t1时间，如此，即完成一个数据位的发送。

其中，t1和t2需要满足t1≥2·t2或者t2≥2·t1。

理想情况下，在二总线靠近主机和靠近从机的位置进行测量，二总线上的电压都应是一致的。但若二总线通信网络中二总线的长度特别长，或从机的数量特别多，也就是二总线通信网络用于长距离大负载场景下时，就会导致在主机切换总线极性时，在靠近从机的位置测量到的二总线上的电压产生迟滞和畸变。例如附图2中所示的连续两次切换总线极性的情况，若在长距离大负载场景下，在靠近从机的位置测量到的二总线上的电压波形实际会变为如附图5所示的畸变波形，可见图中T1至T2时刻中，总线A的电压从未完全降至0V，总线B的电压也从未完全升至工作电压，而T1和T2的间距越短，此种畸变就越严重。

上述客观存在的问题导致，在长距离大负载场景下，连续进行通信时，为确保从机能够正确识别主机发出的信号以正确通信，同时确保二总线中两条总线之间大部分时候存在较大的电压差以维持供电，两次切换总线极性之间的时间间隔不能过短。

本发明通过采用每个数据位中仅切换两次总线极性的方式，在长距离大负载场景下两次切换极性之间的时间间隔不能过短的条件下，达到了在尽可能短的时间里发送完一个数据位的效果，也即实现了尽可能快的通信速率。

另一方面，在二总线通信网络中，从机受限于功耗和成本，其内置时钟源的频率通常不准确，在不同电压、温度环境下的频率变化也较大，因此若主机不向从机提供同步信号，单纯依靠从机内部的时钟源进行通信信号识别，则可能会导致识别错误。

本发明，通过采用每个数据位发送开始时切换总线极性，且确保每个数据位的持续时间均为t1+t2的方式，使得每个数据位发送开始时的切换总线极性动作可以作为一个频率为1/(t1+t2)的同步信号，达到了排除从机内部时钟源偏差带来的影响的效果。

本发明实施例提供了一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统、方法及介质，使用数据位开始时切换总线极性，然后等待不同时间再次将总线极性切回的方式表示数据位0或1，同时确保每个数据位的用时相同。这一方面让每个数据位中仅需切换两次总线极性，因为切换总线极性的次数较少，使得发送每个数据位的用时可以较短；另一方面使得每个数据位开始时切换总线极性之间的间隔时间相同，可以作为同步信号，避免从机时钟偏差导致通信识别错误的风险，因此使得通信的可靠性得到提高。两方面优势相结合，使得长距离大负载场景下仍可保持不低的通信速率和可靠性。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种用于长距离大负载场景的二总线通信系统，其特征在于，包括：主机、二总线以及一个或多个从机；

其中，主机：为二总线通信网络供电，并根据人员操作和/或自动化程序控制向二总线通信网络进行通信的设备；

二总线：为连接主机和各从机的两条长导线，其长度根据实际需要确定，主机通过它同时向从机供电和通信；

从机：是并联连接在二总线上，接收主机供电和通信的设备，一个二总线通信网络中，有一个或多个从机。

2.根据权利要求1所述的用于长距离大负载场景的二总线通信系统，其特征在于，所述二总线上的电压由主机控制，主机通过使得二总线中其中一条总线的电压为工作电压，另一条总线的电压为0V的方式，向二总线通信网络中并联的所有从机供电。

3.根据权利要求2所述的用于长距离大负载场景的二总线通信系统，其特征在于，所述主机通过将二总线中原本电压为工作电压的母线的电压切换为0V，原本电压为0V的母线的电压切换为工作电压的方式即切换总线极性，向二总线通信网络中并联的所有从机通信。

4.一种用于长距离大负载场景的二总线通信方法，其特征在于，基于如权利要求1-3中任意一项所述的用于长距离大负载场景的二总线通信系统，包括：

当主机要向从机进行通信时，主机按如下步骤执行：

步骤S1：将通信信息编码成一串二进制数据位；

步骤S2：将这串数据位按顺序排成发送队列；

步骤S3：发送队列中的第一个数据位，然后将其移出发送队列；

步骤S4：循环执行步骤S3，直至发送队列为空，即整串数据位全部发送完成，如此，即完成一次通信过程。

5.根据权利要求4所述的用于长距离大负载场景的二总线通信方法，其特征在于，发送每个数据位时，主机按如下步骤执行：

1)切换总线极性；

2)等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t1时间；若要发送的数据位是1，则等待t2时间；

3)再次切换总线极性；

4)再等待一段时间，若要发送的数据位是0，则等待t2时间；若要发送的数据位是1，则等待t1时间，如此，即完成一个数据位的发送。

6.根据权利要求5所述的用于长距离大负载场景的二总线通信方法，其特征在于，所述t1和t2需要满足t1≥2·t2或者t2≥2·t1。

7.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求4至6中任一项所述的方法的步骤。

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