CN114900394B - 一种电源通信二总线的调制解调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电源通信二总线的调制解调方法，将电源线与通信线合二为一共用一根总线，当总线保持高电平，总线处于供电状态时，主站为从站提供电源；当总线需要通信时，主站或从站拉低总线电平进行信号传输；上行通信和下行通信均采用宽窄脉冲信号进行调制。本发明降低了整体成本，总线无极性设计特性，大幅降低布线出错率，方便现场施工，加快工程验收时间，对于后期维护方便排查与维修，避免发生不小心接错烧毁整个系统的情况，在消防、仪表、传感器和工业控制等领域广泛应用。本发明上行、下行通信均采用宽窄脉冲信号，突破了总线电压、节点供电能力的限制，消除了大功率系统下信号波形容易受到总线电感电容效应的影响，扩大了应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及总线控制的技术领域，尤其涉及一种电源通信二总线的调制解调方法。
背景技术
二总线是一种相对于传统四总线（两根电源线、两根通信线），将电源和通信线合二为一，实现了电源和通信共用一个总线的技术，降低了整体成本，总线无极性设计特性，大幅降低布线出错率，方便现场施工，加快工程验收时间，方便后期问题排查与维修，避免发生不小心接错烧毁整个系统的情况，在消防、仪表、传感器和工业控制等领域广泛应用。
现有的二总线通信方式为下行电压，上行电流环，该方案节点供电能力有限，只适用于小功率系统，对单个从站功耗要求严苛，总线电压受限，对总线上从站数量和布线长度都有限制，而在可燃气体探测系统、消防电源监控系统等大功率系统在现有二总线的通信方式下信号波形在大电流的情况下容易受到总线电感电容效应的影响，通信质量没有办法得到保证。
申请号为201610736947.8的发明专利公开了一种两线供电及通信系统及方法，主控设备通过两条总线为受控设备供电，并通过二进制数字信号调制与受控设备进行双向通信，同时通过调整发送二进制数字“0”的实际时间与理论时间的比值可改变主控设备向受控设备的供电量，通过调整主控设备向受控设备发送一个字节数据的时间间隔可改变主控设备与受控设备之间的通信速度。该发明不仅满足功率稍大设备的供电及通信，而且可避免布置复杂的通信网络及电缆线对通信线造成干扰，使得结构简单可靠、施工方便、成本低。但是，该方法需要多种电源电压产生装置，对信号电压的精度要求比较高，调制电路相对复杂，供电电压范围也有限制。
发明内容
针对现有总线调制为下行数据采用电压信号、上行数据采用电流信号通信方式的二总线方案供电能力有限只适用于小功率系统的技术问题，本发明提出一种电源通信二总线的调制解调方法，上下行通信均采用宽窄脉冲信号，消除了信号波形在大电流的情况下容易受到总线电感电容效应的影响，适用于大功率系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种电源通信二总线的调制解调方法，将电源线与通信线合二为一共用一根总线，当总线保持高电平，总线处于供电状态时，主站为从站提供电源；当总线需要通信时，主站或从站拉低总线电平进行信号传输；上行通信和下行通信均采用宽窄脉冲信号进行调制。
优选地，总线处于供电状态时，主站通过总线强上拉电路为从站提供电源，当总线需要通信时，主站通过总线强下拉电路或从站通过总线恒流源下拉电路拉低总线电平进行信号传输。
优选地，所述宽窄脉冲信号的实现方法为低电平宽脉冲和低电平窄脉冲分别代表0或1来实现二进制通信。
优选地，所述主站和从站间的数据传输包括起始位、数据部分和结束标志三个部分，起始位的作用是确定数据传输方向，数据部分为主从站间通信的具体内容，结束标志为本次数据传输的结束。
优选地，还包括总线仲裁机制，当多个从站同时发送数据时，采用低电平宽脉冲优先逐位仲裁的原则实现总线从站发送数据的无损仲裁。
优选地，在总线空闲时间，主站通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，时长T1过后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线拉高，保持时长为T2；当从站通过自身的电平监测电路II监听到总线电平为低电平时，如果从站不需要发送数据则从站不动作，如果从站需要发送数据则通过总线恒流源下拉电路将总线电平恒流拉低，时长为T1+T2；如果起始位的低电平时长为T1，则表明主站发送数据、从站接收数据；如果在起始位低电平时长为T1+T2，则表明从站发送数据、主站接收数据。
优选地，主站发送数据时，主站每隔时长T3通过总线强下拉电路发出低电平宽脉冲或低电平窄脉冲分别代表0和1来进行数据传输，从站通过其自身的电平监测电路II监听低电平脉冲宽度接收数据，直到数据部分传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
优选地，从站发送数据时，主站首先通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，然后通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线电平拉高，从站根据需要上传的数据内容通过总线恒流源下拉电路发送低电平宽脉冲或低电平窄脉冲，主站通过自身的电平监测电路I监听低电平脉冲宽度接收数据，同时从站也通过自身的电平监测电路II检测总线电平，如果总线电平与所发电平一致说明该从站具有总线使用权可继续发送，反之则停止发送等待下一个发送窗口，数据传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
优选地，所述总线仲裁机制的实现方法为：如果有从站发送的数据位0为低电平宽脉冲，其它从站发送的数据位1为低电平窄脉冲，则总线将最终呈现数据位0，此时发送1的从站将放弃发送并等待下一次发送机会，实现总线从站发送数据时的无损仲裁。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1. 本发明相对于传统四总线，降低了整体成本，总线无极性设计特性，大幅降低布线出错率，方便现场施工，加快工程验收时间，对于后期维护方便排查与维修，避免发生不小心接错烧毁整个系统的情况，在消防、仪表、传感器和工业控制等领域广泛应用。
2. 本发明上行、下行通信均采用宽窄脉冲信号，相对于现有的下行电压、上行电流环方式，突破了总线电压、节点供电能力的限制，消除了大功率系统下信号波形容易受到总线电感电容效应的影响，从站的节点供电能力、总线电压、通信距离等参数取决于元器件参数的选型，适用于传感器、仪表、消防和工业控制等领域，扩大了应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的主站和从站的连接关系的结构示意图。
图2为本发明的主站和从站的结构框图。
图3为本发明的主站的通信时序图。
图4为本发明的从站的通信时序图。
图5为本发明的无损仲裁的时序图。
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付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。
一种电源通信二总线的调制解调方法，将电源线与通信线合二为一共用一根总线，当总线保持高电平，总线处于供电状态时，主站为从站提供电源；当总线需要通信时，主站或从站拉低总线电平进行信号传输。二总线通信方式的上行通信和下行通信均采用宽窄脉冲信号进行调制。如图1所示为主站和从站的连接关系，1个主站和n个从站并联设置在总线上。信号波形在大电流的情况下不会受到总线电感电容效应的影响，从站的节点供电能力、总线电压、通信距离等参数取决于元器件参数的选型。
所述宽窄脉冲信号的实现方法为低电平宽脉冲和低电平窄脉冲分别代表0或1来实现二进制通信。
所述主站和从站间的数据传输包括起始位、数据部分和结束标志三个部分，起始位、数据部分和结束标志依次排列。起始位的作用是确定数据传输方向，即确定主站发送数据还是从站发送数据，低电平宽脉冲或低电平窄脉冲分别代表0和1来区分主从站间数据传输方向，数据部分为主从站间通信的具体内容，结束标志为本次数据传输的结束。
还包括总线仲裁机制，当多个从站同时发送数据时，采用低电平宽脉冲优先逐位仲裁的原则实现总线从站发送数据的无损仲裁。总线仲裁机制可确保主站能接收到所有从站发来的数据，从站间相互竞争，被淘汰的从站进入下一个发送窗口，直至所有从站发送完成。
如图2所示，主站内设有总线强上拉电路、总线恒流源上拉电路、总线强下拉电路和电平监测电路I，从站内设有总线恒流源下拉电路和电平监测电路II。总线处于供电状态时，主站通过总线强上拉电路为从站提供电源，当总线需要通信时，主站通过总线强下拉电路或从站通过总线恒流源下拉电路拉低总线电平进行信号传输。
起始位确定数据传输方向，在总线空闲时间，如图3和图4所示，主站通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，时长T1过后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线拉高，保持时长为T2；当从站通过电平监测电路II监听到总线电平为低电平时，如果从站不需要发送数据则从站不动作，如果从站需要发送数据则通过总线恒流源下拉电路将总线电平恒流拉低，时长为T1+T2；如果起始位的低电平时长为T1，则表明主站发送数据、从站接收数据；如果在起始位低电平时长为T1+T2，则表明从站发送数据、主站接收数据，主从站间以低电平宽窄脉冲时长的约定来明确主从站间数据传输的方向。
主站发送数据时，主站每隔时长T3通过总线强下拉电路发出低电平宽脉冲或低电平窄脉冲分别代表0和1来进行数据传输，从站通过电平监测电路II监听低电平脉冲宽度接收数据，直到数据部分传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
从站发送数据时，主站首先通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，然后通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线电平拉高，从站根据需要上传的数据内容通过总线恒流源下拉电路发送低电平宽脉冲或低电平窄脉冲，主站通过其内电平监测电路I监听低电平脉冲宽度接收数据，同时从站也通过其自身的电平监测电路II检测总线电平，如果总线电平与所发电平一致说明该从站具有总线使用权可继续发送，反之则停止发送等待下一个发送窗口，数据传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
所述总线仲裁机制的实现方法为：如果有从站发送的数据位0为低电平宽脉冲，其它从站发送的数据位1为低电平窄脉冲，则总线将最终呈现数据位0，此时发送1的从站将放弃发送并等待下一次发送机会，实现总线从站发送数据时的无损仲裁。如图5所示，2#从机数据部分第2位传输数据为1，而1#从机为0，根据总线逐位仲裁机制，总线优先选择1#从机的数据，2#从机的数据被淘汰，等待下一个发送窗口。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电源通信二总线的调制解调方法，将电源线与通信线合二为一共用一根总线，其特征在于，当总线保持高电平，总线处于供电状态时，主站为从站提供电源；当总线需要通信时，主站或从站拉低总线电平进行信号传输；上行通信和下行通信均采用宽窄脉冲信号进行调制；
所述宽窄脉冲信号的实现方法为低电平宽脉冲和低电平窄脉冲分别代表0或1来实现二进制通信；
还包括总线仲裁机制，当多个从站同时发送数据时，采用低电平宽脉冲优先逐位仲裁的原则实现总线从站发送数据的无损仲裁；
在总线空闲时间，主站通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，时长T1过后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线拉高，保持时长为T2；当从站通过自身的电平监测电路II监听到总线电平为低电平时，如果从站不需要发送数据则从站不动作，如果从站需要发送数据则通过总线恒流源下拉电路将总线电平恒流拉低，时长为T1+T2；如果起始位的低电平时长为T1，则表明主站发送数据、从站接收数据；如果在起始位低电平时长为T1+T2，则表明从站发送数据、主站接收数据。
2.根据权利要求1所述的电源通信二总线的调制解调方法，其特征在于，总线处于供电状态时，主站通过总线强上拉电路为从站提供电源，当总线需要通信时，主站通过总线强下拉电路或从站通过总线恒流源下拉电路拉低总线电平进行信号传输。
3.根据权利要求1或2所述的电源通信二总线的调制解调方法，其特征在于，所述主站和从站间的数据传输包括起始位、数据部分和结束标志三个部分，起始位的作用是确定数据传输方向，数据部分为主从站间通信的具体内容，结束标志为本次数据传输的结束。
4.根据权利要求1所述的电源通信二总线的调制解调方法，其特征在于，主站发送数据时，主站每隔时长T3通过总线强下拉电路发出低电平宽脉冲或低电平窄脉冲分别代表0和1来进行数据传输，从站通过其自身的电平监测电路II监听低电平脉冲宽度接收数据，直到数据部分传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
5.根据权利要求4所述的电源通信二总线的调制解调方法，其特征在于，从站发送数据时，主站首先通过总线强下拉电路将总线电平低阻拉低，保持时长为T1，然后通过总线恒流源上拉电路以恒定电流将总线电平拉高，从站根据需要上传的数据内容通过总线恒流源下拉电路发送低电平宽脉冲或低电平窄脉冲，主站通过自身的电平监测电路I监听低电平脉冲宽度接收数据，同时从站也通过自身的电平监测电路II检测总线电平，如果总线电平与所发电平一致说明该从站具有总线使用权可继续发送，反之则停止发送等待下一个发送窗口，数据传送完毕，然后主站通过总线恒流源上拉电路以恒定电流拉高电平保持时长T4结束数据传输。
6.根据权利要求2、4、5中任意一项所述的电源通信二总线的调制解调方法，其特征在于，所述总线仲裁机制的实现方法为：如果有从站发送的数据位0为低电平宽脉冲，其它从站发送的数据位1为低电平窄脉冲，则总线将最终呈现数据位0，此时发送1的从站将放弃发送并等待下一次发送机会，实现总线从站发送数据时的无损仲裁。
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Legal Events
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