CN116248434B - 一种二总线的通信方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二总线通信技术领域，具体提供一种二总线的通信方法、装置、设备及存储介质，旨在解决二总线长距离、多节点带载下通信能力变差或者不能通信的问题。为此目的，本发明提供的方法包括在发送下行数据后，设置接收窗口期，在接收窗口期内控制总线功耗，使得反馈电流可以传递到总线控制器，再经过采样和放大处理，得到理想数据信号。通过上述方法，使得二总线通信距离和节点带载量显著增加。

Description

一种二总线的通信方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及二总线通信技术领域，具体涉及一种二总线的通信方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

二总线是一种相对于四线系统，将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术。二总线接线无极性要求，给现场施工和后期维护带来了极大的便利，节省了施工和线缆成本。在消防，仪表，传感器，数码电子雷管，工业控制等领域广泛的应用。

二总线在发展过程中，为适应不同行业、不同场景的应用，经过了一些演变和分支。早期的方案一，下行和上行通信均采用电压方式，此种方式下行数据通过总线控制器控制，上行数据，如图2所示，需要主机控制器总线高电位测串联一个采样电阻（R21），节点通过开关短接总线两端，将总线拉低，进而实现通信。此种方法的优点是总线逻辑简单，波形清晰。弊端是，当节点数量增加后，总线电流增加，由于总线串联采样电阻阻值较大，会造成总线压降过大。如果采样电阻取值变小，又会造成上行数据波形幅度变小，无法正常解析。

后来一种改进方案二是采用下行电压信号，上行电流信号。如图3所示，此方法总线上的采样电阻（R31）就可以做小，然后经过放大再做解析。此种方法解决了部分解决的上一方案的负载电流增大总线压降过大的问题，但是它也会面临两种问题。第一随着节点数量增加后，总线电流增加，采样电阻会有一个基础压降，这个压降会影响运算放大器的放大倍数，需要处理掉。第二，节点端一般是有全桥或者半桥，用以实现总线通信时节点工作电压的保持。当某个节点反馈数据时，采样电阻电压增加，总线上电压减小，此时由于节点的电压（VCC）高，总线的电压（A）低，节点会用自身的电容储能供电。就造成了节点的电流减少，节点的电流加上反馈的电流，共同传输到控制器端采样电阻进行采样。此过程是一个动态变化的过程，造成的结果是，反馈电流的变化量和节点功耗电流的变化量互相抵消，控制器采样电阻上的电流变化小且不平滑，对数据解码造成很大困难，随着节点数量增加，甚至无法解码。

和上述第二种方法类似，还存在一种检测电阻（R41）位于总线回路低电位测（B）的方案三，同样存在上述两个问题无法解决，如图4所示。

相应地，本领域需要一种新的二总线通信方法，解决上述问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明，本发明在下行电压信号，上行电流信号的基础上，做了修改优化，解决了上述两个问题，从根本上解决了二总线长距离、多节点负载通信差的问题，并且同样适合短距离的情况和少负载的情况下的通信。

在第一方面，提供一种二总线通信方法种所述通信方法包括，所述方法包括：

在发送完下行数据后，控制节点使总线降低基础功耗；总线电压稳定后，总线控制器对保持电容进行充电采样。采样完成后，开启接收窗口，在接收窗口期内总线信号和保持信号做减法运算，最后再经过放大，输出用于数字解码。

在上述二总线通信方法的一个技术方案中，“控制节点使总线降低基础功耗”的方法包括：

节点和总线间具有二极管，电流从总线流向节点，节点具有储能电容。在发送完下行数据后降低总线电压，接收窗口期结束后，恢复总线电压。

在上述二总线通信方法的一个技术方案中，“对保持电容进行充电采样”的具体步骤包括：

待总线电压稳定后，控制开关，将总线电流信号和保持电容导通，对保持电容充电。待保持电容充满电，断开总线电流信号和保持电容导通。保持电容在接收窗口期内，保持当前总线电流信号。

在上述二总线通信方法的一个技术方案中，“开启接收窗口”的具体步骤包括：

接收窗口期内，接收通过电流反馈节点数据，期间总线电压应小于节点储能电容加二级管的压降之和。

在上述二总线通信方法的一个技术方案中，“总线信号和保持信号做减法运算”的具体步骤包括：

总线控制器含有采样电阻，测量采样电阻两端电压，对电压做一级放大，控制开关导通，对保持电容充电，待充满后，控制开关断开，对当前保持信号进行测量；将一级放大后的信号和保持信号做减法运算。

在上述二总线通信方法的一个技术方案中，降低总线电压的降低量和接收窗口时间成正比。

在第二方面，提供一种二总线通信装置，所述装置包括：总线、节点和总线控制器，所述节点与总线控制器并联在总线上；所述节点部分包含节点储能电容（C51）、节点二极管（D1）；所述总线控制器部分包含发送电路、开关（S61）、接收电路、采样电阻（R61）、接收电源、一级放大器（U61）、保持电容（C61）、开关（S63）、电压跟随器（U62）；

其中，所述开关（S61）连接总线，位于发送电路和总线之间；所述采样电阻（R61）一端接总线,另一端连接接收电源；所述一级放大器（U61）的输入端连接采样电阻（R61）两端；所述一级放大器（U61）的输出端连接保持电容（C61）和电压跟随器（U62）的同相输入端；所述开关（S63）位于一级放大器（U61）输出和保持电容（C61）之间。

发送完下行数据后，发送电路和总线间的开关（S61）由导通变为断开，接收电路电源（PWOER）和采样电阻（R61）间的开关（S62）；

接收电路电源低于发送电路的通信高电压；并且在接收期间总线电压始终低于节点储能电容（C51）加二极管（D1）的压降之和；

电流信号经过采样电阻变为电压信号，电压信号经过一级放大器（U61）放大；

待总线电压稳定后，一级放大器（U61）输出和保持电容（C61）之间的开关（S63）导通，为保持电容（C61）充电。待保持电容（C61）采样完毕，关闭开关（S63）。保持电容（C61）经过电压跟随器（U62）输出保持信号；

完成采样后，开启接收窗口，在接收窗口内接收数据。期间一级放大（U61）输出信号和保持信号做减法运算；

最后将做完减法运算的信号放大输出做数字解析。

在第三方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器适于存储一条或多条程序代码，所述一条或多条程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述二总线的通信方法的技术方案中任一项技术方案所述的二总线通信方法。

在第四方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条计算机程序，所述计算机程序适于由处理器加载并运行以执行上述二总线的通信方法的技术方案中任一项技术方案所述的二总线通信方法。

本发明有4个显著效果：

第一在发送完数据后，降低总线电压，使得节点使用自身电容能量工作，此时节点和总线间不存在充放电，从而使得反馈电流可以传递到总线控制器的采样电阻。

第二采用上述方法即便是较小的反馈电流，也可以传递到采样电阻。这样可以使节点串入总线的电阻可以适当选大，从而具有更好的保护作用；并且较低的反馈电流可以实现多节点反馈，基于多节点反馈可以设计出更多的应用协议。

第三采用上述方法，使用较低的反馈电流可以实现多节点反馈，基于多节点反馈可以设计出更多的应用协议。

第四在降低总线电压后，对总线电流采样保持，再和后面的总线电流信号做减法运算，可以消除总线漏电等其他基础消耗，使得放大器可以放大更多倍数而不超其量程，可将较小的反馈电流放大到合适波形进行解析。

当实现上述四个显著效果后，即从根本上解决二总线远距离，多负载的问题，在理论上节点的多和少对接收解析电路不再产生影响。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。其中：

图1是根据本发明二总线的通信方法的主要步骤流程示意图；

图2是现有技术方案一的主要结构图；

图3是现有技术方案二的主要结构图；

图4是现有技术方案三的主要结构图；

图5是根据本发明的二总线的通信装置节点部分的主要结构图；

图6是根据本发明的二总线的通信装置总线控制器部分的主要结构图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。

在本发明的描述中，“开关”可以包括机械开关、继电器、场效应管、三极管和组合而成的开关芯片。

参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的二总线的通信方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的二总线的通信方法主要包括下列步骤S101至步骤S106。

步骤S101：发送数据完毕，切换总线到检测电路。

发送数据是指，发送电路发送电压信号。在数据发送完毕后，切断发送电路和总线，将总线联通到检测电路。

步骤S102：等待总线电压平稳。

检测电路电压低于发送电路高电平电压。在数据发送完毕总线切换的时候。总线电压会由高变低，需等待总线电压稳定，等待时间和总线上的寄生电容有关系，时间大约几个ms。

步骤S103：打开开关，为保持电容充电。

保持电容是指用采样信号为其充电，然后断开信号源，电容可保持当前信号状态。

总线上的电流信号，经过采样电阻做一级放大，放大输出信号经过开关，连接到保持电容，同时保持电容连接电压跟随器。打开开关为保持电容充电，保持电容大小根据需要保持的电压跟随器的输入阻抗、保持时间和压降范围确定。本实施例中为nF级别。

步骤S104：充电完毕，关闭开关。

保持电容充电完毕，完成对总线信号采样，保持电容断开和总线信号的链接，保持电容电压进入保持状态。

步骤S105：开启接收窗口，检测信号和保持信号做减法运算。

开启接收窗口是指:在完成采样后，进入接收状态，可以接收数据。在收到数据时，总线上电流会产生变化，检测电阻上的电压经过放大，输出检测信号，检测信号和保持信号做减法运算，去除总线漏电或其他基础功耗。去除基础功耗的信号，在经过放大输出给接收电路做数据解码。

步骤S106：等待数据接收完毕或超时，关闭接收窗口，切换总线到发送电路。

当接收完完整数据后或者超过接收窗口时间最大值，关闭接收窗口，不在接收数据。将总线由检测电路切换回发送电路。

参阅附图6，图6是根据本发明的一个实施例的二总线的通信装置的主要结构示意图。

如图6所示，发送电路通过开关（S61）连接总线（A）。总线（A）接采样电阻（R61）,采样电阻（R61）另一端通过开关（S62）连接接收电源（PWOER）；采样电阻（R61）两端连接运算放大器（U61）的输入端；放大器的输出端分为两路，一路通过开关（S63）连接保持电容（C61）和电压跟随器（U62）的同相输入端；另一路连接运算放大器U63的同相输入端。保持电容（C61）的另一端连接GND；电压跟随器（U62）的输出端连接运算放大器（U63）的反向输入端。运算放大器（U63）的输出端连接接收解码电路。

发送完下行数据后，发送电路和总线间的开关（S61）由导通变为断开，接收电路电源（PWOER）和采样电阻（R61）间的开关（S62）。

接收电路电源低于发送电路的通信高电压；并且在接收期间总线电压始终低于节点储能电容（C51）加二极管（D1）的压降之和。

电流信号经过采样电阻变为电压信号，电压信号经过一级放大器（U61）放大。

待总线电压稳定后，一级放大器（U61）输出和保持电容（C61）之间的开关（S63）导通，为保持电容（C61）充电；待保持电容（C61）采样完毕，关闭开关（S63）；保持电容（C61）经过电压跟随器（U62）输出保持信号。

完成采样后，开启接收窗口，在接收窗口内接收数据；期间一级放大（U61）输出信号和保持信号做减法运算。

最后将做完减法运算的信号放大输出做数字解析。

作为一种电流环的反馈通信方法，上述实施例中采样电阻位于总线回路的高电压测，同样的将检测电阻放置在总线回路的低电压测，上述方法同样有效。

进一步，本发明还提供了一种计算机设备。

在根据本发明的一个计算机设备的实施例中，计算机设备包括处理器和存储器，存储器可以被配置成存储执行上述方法实施例的二总线通信方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储器中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的二总线通信方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机设备可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。

进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。

在根据本发明的一个计算机可读存储介质的实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的二总线通信方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述二总线通信方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。

至此，已经结合附图所示的实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二总线的通信方法，其特征在于，所述方法包括：

在发送完下行数据后，总线控制器控制节点使总线降低基础功耗；待总线电压稳定后，总线控制器对保持电容进行充电采样；采样完成后，开启接收窗口，在接收窗口期内总线信号和保持信号做减法运算，最后再经过放大，输出用于接收数据解码，

其中，所述总线控制器控制节点使总线降低基础功耗的具体步骤包括：所述节点和总线间具有二极管，电流从总线流向节点，节点具有储能电容；在发送完下行数据后降低总线电压，在接收窗口期结束后，恢复总线电压。

2.根据权利要求1所述的二总线的通信方法，其特征在于，所述对保持电容进行充电采样的具体步骤包括：

待总线电压稳定后，将总线电流信号和保持电容导通，对保持电容充电采样；待保持电容充电完毕，断开总线电流信号和保持电容导通；保持电容在接收窗口期内，保持当前总线电流信号。

3.根据权利要求1所述的二总线的通信方法，其特征在于，所述接收窗口为在接收窗口期内，接收通过电流反馈节点数据，期间总线电压应小于节点储能电容加二级管的压降之和。

4.根据权利要求1所述的二总线的通信方法，其特征在于，所述总线信号和保持信号做减法运算的具体步骤包括：

所述总线控制器含有采样电阻，测量所述采样电阻两端电压，对该电压信号做一级放大，控制开关导通，对保持电容充电，待充满后，控制开关断开，对当前保持信号进行测量；将一级放大后的信号和保持信号做减法运算。

5.根据权利要求1所述的二总线的通信方法，其特征在于，所述降低总线电压，其电压的降低量和接收窗口时间成正比。

6.一种二总线通信装置，其特征在于，包括：总线、一个或多个节点和总线控制器，所述一个或多个节点与总线控控制器并联在总线上；所述节点包含节点储能电容（C51）、节点二极管（D1）；所述总线控制器包含发送电路、开关（S61）、接收电路、采样电阻（R61）、接收电源、一级放大器（U61）、保持电容（C61）、开关（S63）、电压跟随器（U62）；

其中，所述开关（S61）连接总线，位于发送电路和总线之间；所述采样电阻（R61）一端接总线，另一端连接接收电源；所述一级放大器（U61）的输入端连接采样电阻（R61）两端；所述一级放大器（U61）的输出端连接保持电容（C61）和电压跟随器（U62）的同相输入端；所述开关（S63）位于一级放大器（U61）输出和保持电容（C61）之间。

7.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器适于存储一条或多条程序代码，所述一条或多条程序代码适于由所述至少一个处理器加载并运行以执行权利要求1至5中任一项所述的二总线的通信方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条计算机程序，所述计算机程序适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至5中任一项所述的二总线的通信方法。

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