CN118018356B - 一种基于二总线分时复用的供电通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于二总线分时复用的供电通讯系统，包括二总线以及连接在二总线上的节点单元，所述节点单元在二总线上传输信号的通讯时隙和在二总线上取电的供电时隙交替进行，且所述通讯时隙的二总线电压始终比所述供电时隙的二总线电压低，至少一个所述节点单元包括控制器和与所述控制器连接的收发模块和储能模块，在所述通讯时隙所述储能模块停止从所述二总线取电，无论在什么状态下，始终实现高压供电低压通讯，这样保证了大功率的同时控制高速通讯产生的电磁干扰，同时降低了功耗，在通讯时隙禁止储能模块充电，这样不容易导致总线过载电流过大，确保了即便在热插拔的情况下，不会让没有电的储能模块直接连通二总线干扰正常通讯。
Description
技术领域
本发明涉及到的技术领域，特别是涉及到一种基于二总线分时复用的供电通讯系统。
背景技术
高压供电能够实现同样供电功率情况下电流更小，降低系统因电流产生的发热，提高系统能够传输的最大功率；低压通讯有助于实现高速信号传输，电磁辐射小，切换通讯电平消耗的能量更少。目前多个设备连接总线组建通讯网络时，为了实现高压供电、低压通讯，通常需要采用不同的线路来分别建立供电和通讯，但是这样线路连接成本高，现有技术中，也有通过二总线来进行供电和通讯，即通过两条总线同时建立供电和通讯，采用同时复用的方式实现供电和通讯，但是这种情况下，如果没有发送会导致总线电压拉低或拉高的信号，都是处于供电状态，这种方案势必有一个通讯信号电压等于供电电压，实现不了始终持续高压供电低压通讯的高效运作模式，而且通讯供电同时进行，会导致通讯最大速率受限，通讯时能耗很高，在热插拔节点时总线过载，电流过大，甚至损坏设备。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种基于二总线分时复用的供电通讯系统，旨在解决现有中采用二总线方案没办法始终持续高压供电低压通讯且会出现总线过载电流过大的技术问题。
基于上述目的，本发明提出一种基于二总线分时复用的供电通讯系统，包括二总线以及连接在所述二总线上的节点单元，所述节点单元在所述二总线上传输信号的通讯时隙和在所述二总线上取电的供电时隙交替进行，且所述通讯时隙的二总线电压始终比所述供电时隙的二总线电压低，至少一个所述节点单元包括控制器和与所述控制器连接的收发模块和储能模块，在所述通讯时隙所述储能模块停止从所述二总线取电。
进一步地，所述节点单元还包括充电模块，所述充电模块检测出当前时隙为供电时隙时，所述储能模块从所述二总线取电，所述充电模块检测出当前时隙为通讯时隙时，所述储能模块停止从所述二总线取电。
进一步地，所述充电模块包括用于判断当前时隙的时隙判断单元以及用于对储能模块进行限流充电的充电单元；
所述充电单元包括用于对所述储能模块充电的恒流充电电路以及用于在指定时刻禁止对储能模块充电的禁用储能充电电路，所述恒流充电电路、所述禁用储能充电电路均连接于所述储能模块；
或者，所述充电单元包括充电芯片分别连接所述时隙判断单元、储能模块；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、PTC元件以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述PTC元件连接，所述PTC元件与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、限流电感以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述限流电感连接，所述限流电感与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、限流电阻以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述限流电阻连接，所述限流电阻与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间。
进一步地，所述节点单元包括所述控制器连接的时隙检测模块，所述时隙检测模块检测所述二总线的电平信号，并转化所述电平信号传输至所述控制器，以让所述控制器确定当前时隙，所述控制器发送相应控制信号至所述收发模块。
进一步地，所述收发模块包括发送电路和接收电路，所述发送电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管第一端连接用于输入控制信号的第一信号线，第二端连接正电压线，第三端连接所述二总线，所述第二开关管第一端连接用于输入控制信息的第二信号线，第二端连接负电压线，第三端连接所述二总线；
所述第一信号线和第二信号线分别连接所述控制器的第一TX端和第二TX端，通过所述控制器控制所述第一开关管和所述第二开关管工作，或者；
所述收发模块还包括控制开关，所述控制开关的第一端分别连接所述第一信号线以及所述控制器的TX端，所述控制开关的第二端连接所述第二信号，所述控制开关的第三端分别连接所述时隙检测模块及所述控制器。
进一步地，所述时隙检测模块包括时隙检测电路，所述时隙检测电路包括下拉电阻、第一二极管以及第三开关管，所述下拉电阻一端接负电压线，另一端分别接第一二极管一端、第三开关管第一端，所述第一二极管另一端连接所述二总线，所述第三开关管第二端连接负电压线，第三端连接所述控制器。
进一步地，所述节点单元包括供电子单元，所述供电子单元还包括用于控制供电的开关模块，所述开关模块分别连接电源和所述二总线；
所述供电子单元还包括通讯时隙静态参考电压提供电路，所述通讯时隙静态参考电压提供电路包括第四开关管和第一电阻，所述第一电阻和第四开关管串联连接于所述二总线和参考电压线之间，所述第四开关管连接所述控制器。
进一步地，当多个所述节点单元为供电子单元，多个所述供电子单元连接于所述二总线时，开机在先的供电子单元或优先级高的供电子单元为供电主机，其余为供电从机。
进一步地，在所述通讯时隙，按设定可进入总线仲裁模式或高速通讯模式，当进入总线仲裁模式时，多个所述节点单元允许发送信号，当进入高速通讯模式时，至多一个所述节点单元允许发送信号。
进一步地，所述节点单元包括通讯主机和多个通讯从机，所述通讯主机在所述高速通讯模块进行广播，各所述通讯从机在所述总线仲裁模式中发送信号，以争抢回复所述广播的上报资格，并在争抢成功后在所述高速通讯模块回复所述广播，或在未争抢成功后停止上报并在下一次总线仲裁模式中再次进行争抢回复所述广播的上报资格。
本发明提供的基于二总线分时复用的供电通讯系统，无论在什么状态下，始终实现高压供电低压通讯，这样保证了大功率的同时，控制高速通讯产生的电磁干扰，同时降低了功耗，在通讯时隙禁止储能模块充电，这样节省了信号发送节点的储能模块能量消耗，使得信号发送节点在一个通讯时隙内能够工作更长时间，发送更多数据，而不会消耗完其储能模块的能量，且不容易导致总线过载电流过大，确保了即便在热插拔的情况下，不会让没有电的储能模块直接连通二总线干扰正常通讯。
附图说明
图1 是本发明基于二总线分时复用的供电通讯系统一实施例的示意图；
图2 是本发明节点单元一实施例的电路结构示意图；
图3 是本发明节点单元一实施例的电路结构示意图
图4 是本发明供电子单元一实施例的部分电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以中间串联连接有其他元件，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-4，本发明提供的基于二总线10分时复用的供电通讯系统，包括二总线10以及连接在二总线10上的节点单元20，上述节点单元20可以是耗电节点的设备也可以是供电节点的设备，此处不作限制，节点单元20在二总线10上传输信号的通讯时隙和在二总线10上取电或供电的供电时隙交替进行，实现分时复用，本实施例中通讯时隙和供电时隙的时间间隔一致，且通讯时隙的二总线10电压始终比供电时隙的二总线10电压低，这样无论在什么状态下，始终实现高压供电低压通讯，在另外实施例中，通讯时隙和供电时隙的时间间隔也可以不一致，具体根据实际情况设置，本发明对此不作限制，本实施例中，高压供电可为24V供电，低压可为3.3V或0V通讯，这样保证了大功率的同时，控制高速通讯产生的电磁干扰，同时降低了功耗。至少一个节点单元20包括控制器210和与控制器210连接的收发模块250和储能模块220，在通讯时隙储能模块220停止从二总线10取电，上述控制器210可为目前市场上现有的控制芯片，此处不作限制，上述收发模块250可为收发电路，储能模块220可为电容，在通讯时隙禁止储能模块220充电，这样不容易导致总线过载电流过大，确保了即便在热插拔的情况下，不会让没有电的储能模块220直接连通二总线10干扰正常通讯，二总线10可连接多个节点单元20，节点单元20可以为耗电子单元，也可以为供电子单元，当节点单元20为耗电子单元时，可以不包含有储能模块220，也可以包含有储能模块220，具体可根据实际情况设定。
在一个可选实施例中，节点单元20还包括充电模块230，充电模块230检测出当前时隙为供电时隙时，储能模块220从二总线10取电，充电模块230检测出当前时隙为通讯时隙时，储能模块220停止从所述二总线10取电，可通过充电模块230进行检测并实现充电，上述充电模块230可通过多种方案实现，例如采用主储能电容的恒流充电方案，具体包括通过开关管和时隙判断电路来实现，或者主储能电容和二总线10之间设置诸如二极管的电流单向电路等来实现，那么低压通讯的时候二总线10电压始终都比主储能电容电压低，所以主储能电容隐含地没有从总线上取电。
在一个可选实施例中，充电模块230包括用于判断当前时隙的时隙判断单元以及用于对储能模块220进行限流充电的充电单元；上述时隙判断单元搭配充电单元可以有多种实现方式，充电单元可包括用于对储能模块220充电的限流电路、用于在指定时刻禁止对储能模块220充电的禁用储能充电电路以及电流单向电路，三者任意串联连接在储能模块220和二总线10之间。
举例地，上述限流电路可以为恒流充电电路，恒流充电电路和禁用储能充电电路均连接于储能模块220，在本例子中，恒流充电电路可通过具体的恒流充电电路结构与比较器来实现；参照图3，包括MOS管Q1，三极管Q4，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，比较器U2，电感L1，储能模块220为储能电容C1，MOS管Q1的第一端连接二总线10以及电阻R11的一端，MOS管Q1的第二端连接电阻R11的另一端和电阻R10的一端，MOS管Q1的第三端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极分别连接电感L1的一端以及二极管D2的负极，电感L1的另一端连接储能电容C1的一端，二极管D2的正极连接负电压线GND以及电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接储能电容C1和二极管D3的一端，二极管D3的另一端连接比较器U2的IN+端；电阻R10的另一端连接三极管Q4的第一端，三极管Q4的第二端连接电阻R7的一端，电阻R7的连接并联的电阻R6和电阻R8的一端，以及比较器U2的IN+端和OUT端，电阻R8的另一端分别连接电阻R3一端、电阻R2一端和二极管D4负极，电阻R2另一端连接二总线10，电阻R6的另一端分别连接电阻R3的另一端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接二极管D4的正极和负电压线GND，三极管Q4的第三端连接时隙判断单元。
此方案中，上述MOS管Q1为禁用储能充电电路、恒流充电电路的公共器件，通过MOS管Q1来控制停止对储能电容C1充电，也可以控制对储能电容C1进行充电，在另一例子中MOS管Q1也可以替换成三极管或在集成电路芯片当中，当充电单元采用充电芯片时，MOS管Q1可直接关断充电芯片的输入引脚电源或输出引脚对储能电容的输出，或MOS管Q1可以为充电芯片内部开关管，或MOS管Q1控制充电芯片的使能信号。
参照图3，上述时隙判断单元包括二极管D6、三极管Q3、电阻R60以及电阻R9，二极管D6的负极连接二总线10，二极管D6的正极分别连接电阻R9的一端和电阻R60的一端，电阻R60另一端接负电压线GND，电阻R9另一端连接三极管Q3的第一端，三极管Q3第二端连接负电压线GND，第三端连接三极管Q4的第三端。
本实施例中设定二极管D6的击穿电压为5.6V，二总线10的通讯电平为3.3V和0V，供电电平为24V，当处于通讯时隙，二总线10电压低于5.6V时，稳压二极管D6不导通，电阻R9左侧电压会被电阻R60拉至低电压，没有电流通过电阻R9，所以三极管Q3不导通，故而MOS管Q1不导通，禁用储能电容C1从二总线10上取电；当处于供电时隙，二总线1024V电压远高于5.6V时，稳压二极管D6会维持正极电压=总线电压-5.6V，也就是说电阻R9左侧是高电压，所以电阻R9通过三极管Q3有电流流过，使得三极管Q3导通，使得MOS管Q1导通，使储能电容C1可以从二总线10取电，当取电电流>1A时禁用一小下，直到电流回落至1A以下。
其中，上述电流单向电路为二极管D1，也可以为基于开关管的电路，如理想二极管，此处不作限制，只要达到防止储能电容C1反向向二总线10供电即可，上述时隙判断单元中的三极管可换成MOS管，或者在恒流充电电路采用恒流充电芯片时，利用恒流充电芯片的Enable引脚或Disable引脚或类似功能的引脚，配合时隙检测电路使用，或者基于比较器或放大器的电压比较来实现，或者基于三极管导通电流或MOS管导通电压的检测控制方案来实现，本发明对此不作限制，只要实现对当前时隙进行判断即可。
本发明提供的系统，可以避免现有技术中在二总线10连接有多个节点单元20时，由于直接充电的充电方式在接入一个新的节点单元20时会使瞬间电流过大烧毁器件，且会导致二总线10电压过低，其他节点单元20无法正常工作的问题，通过上述方式，可使得新接入的节点能够采用较小的电流恒流给储能模块220慢慢充电，不会导致供电节点过载，也不会导致总线过载，也不会导致连接件电流过大，而且也不会严重拉低总线电压，其他耗电节点依然能够在供电时隙拿到所需的电压。
在另一个例子中，充电单元包括充电芯片分别连接时隙判断单元、储能模块220；
在另一个例子中，充电单元包括禁用储能充电电路、PTC元件以及电流单向电路，具体地，禁用储能充电电路分别与时隙判断单元及所述PTC元件连接，PTC元件与电流单向电路串联在二总线10和储能模块220之间；
在另一个例子中，充电单元包括禁用储能充电电路、限流电感以及电流单向电路，禁用储能充电电路分别与时隙判断单元及限流电感连接，限流电感与电流单向电路串联在二总线10和储能模块220之间；
在另一例子中，充电单元包括禁用储能充电电路、限流电阻以及电流单向电路，禁用储能充电电路分别与时隙判断单元及限流电阻连接，限流电阻与电流单向电路串联在二总线10和储能模块220之间。
在一个可选实施例中，节点单元20包括控制器210连接的时隙检测模块240，时隙检测模块240检测二总线10的电平信号，并转化电平信号传输至控制器210，以让控制器210确定当前时隙，通过时隙检测模块240来检测当前二总线10的电平，如为高电平或低电平，然后将这一信息传递到控制器210，使得控制器210获得当前二总线10的电平情况，进而控制器210相应的后续操作工作，此时控制器210可发送相应控制信号至收发模块250，例如根据当前测到的电平，进入通讯模式或充电模式。
在一个可选实施例中，时隙检测模块240包括时隙检测电路，时隙检测电路用于检测二总线10处于何种时隙，时隙检测电路包括下拉电阻、第一二极管以及第三开关管，下拉电阻一端接负电压线，另一端分别接第一二极管一端、第三开关管第一端，第一二极管另一端连接二总线10，第三开关管第二端连接负电压线，第三端连接控制器210。
参照图3，上述下拉电阻为电阻R79，第一二极管为二极管D14，第三开关管为三极管Q7，本实施例中，还包括电阻R16和电阻R17，二极管D14的负极连接二总线10，二极管D14的正极连接电阻R79的一端、电阻16一端和收发模块250，电阻R79另一端接负电压线GND，电阻16的另一端连接三极管Q7的第一端，三极管Q7第二端接负电压线GND，第三端连接控制器210以及电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接正电压线。
检测时，当二总线10处于24V高电平，击穿二极管D14，使得电阻R16左右两端为高电平，三极管Q7导通，使得控制器210、三极管Q7及负电压线GND线路导通，给到控制器210低压信号，对应的使得控制器210获得二总线10处于高电平，即供电时隙的信息；当二总线10处于0V或3.3V低电平，二极管D14不导通，由于下拉电阻R79，使得电阻R16左右两端为低电平，三极管Q7不导通，使得控制器210、电阻R17及正电压线的线路导通，给到控制器210高压信号，对应的使得控制器210获得二总线10处于低电平，即通讯时隙的信息。
在一个可选实施例中，可通过控制器210和收发模块250以及相应电路结构，可以在通讯时隙，单独实现高速通讯模式，或单独实现总线仲裁模式，或可选择进行高速通讯模式或总线仲裁模式。
本实施例中，采用可选择高速通讯模式或总线仲裁模式的方案，收发模块250包括发送电路和接收电路，发送电路在实现总线仲裁模式时采用强上拉电路配合总线上的弱下拉电路共同构成开漏电路，在实现高速通讯模式时采用推挽电路，通过推挽电路，使得即便在二总线10上有寄生电容的情况下，信号依旧能够发送的很快，而且依旧能够保持二总线10上信号的完整性。
在另一实施例当中，发送电路在实现总线仲裁模式时也可以采用强下拉电路配合总线上的弱上拉电路共同构成开漏电路。
优选地，发送电路包括第一开关管和第二开关管，第一开关管第一端连接用于输入控制信号的第一信号线，第二端连接正电压线，第三端连接二总线10，第二开关管第一端连接用于输入控制信息的第二信号线，第二端连接负电压线，第三端连接二总线10，上述第一开关管和第二开关管均可以为三极管或MOS管，上述第一信号线和第二信号可连接控制器210，由控制器210来控制第一开关管和第二开关管的导通，也可以由一个开关来控制第一开关管和第二开关管的导通；例如，第一信号线和第二信号线分别连接控制器210的第一TX端和第二TX端，通过控制器210控制第一开关管和第二开关管工作，或者；收发模块250还包括控制开关，控制开关的第一端分别连接第一信号线以及控制器210的TX端，控制开关的第二端连接第二信号，控制开关的第三端分别连接时隙检测模块240及控制器210。
参照图3，本实施例中，采用包含控制开关的方案，第一开关管为MOS管Q26，第二开关管为MOS管Q28，控制开关为MOS管Q27，还包括用于避免供电时隙的高电压倒灌给发送电路的二极管D7、与MOS管Q28连接使用的电阻R76、与MOS管Q27连接使用的电阻R64，MOS管Q27第一端连接第一信号线，即MOS管Q26第一端，同时连接控制器210的TX端以及电阻R64的一端，MOS管Q26第二端连接正电压线以及电阻R64的另一端，MOS管Q26的第三端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接二总线10；MOS管Q27第二端连接第二信号线，即MOS管Q28的第一端，同时连接电阻R76的一端，MOS管Q28第二端连接负电压线以及电阻R76的另一端，MOS管Q28第三端连接二总线10，MOS管Q27第三端连接控制器210及时隙检测模块240。
当MOS管Q27不导通时，MOS管Q28也不导通，此时只有MOS管Q26进行工作，支持总线仲裁模式，当MOS管Q27导通时，MOS管Q28也导通，此时只有MOS管Q26和，MOS管Q28均进行工作，支持高速通讯模式。
值得注意的是，通过时隙检测模块240控制MOS管Q27不导通，或通过控制器210控制MOS管Q27不导通，此处不作限制。
进一步地，在此基础上，还可以连接时隙检测模块240，实现了硬件自动检测是否处于供电时隙，在供电时隙自动切断二总线10的强下拉，也即使MOS管Q28不导通，具体地，还可以包括三极管Q29，以及电阻R65、电阻R66、电阻R67；MOS管Q27的第三端分别连接电阻R65、电阻R66的一端以及三极管Q29的第一端，电阻R65另一端连接正电压线，电阻R66另一端连接控制器210输入信号线，三极管Q29的第二端连接正电压线，第三端连接电阻R67的一端，电阻R67的另一端连接时隙检测模块240中的电阻R16。
当二总线10处于供电高电平时，电阻67处为高电平，三极管Q29第三端高电平，三极管Q29导通，使其第一端为低电平，使得MOS管Q27不导通，MOS管Q28不导通，即禁用强下拉MOS管Q28；当二总线10处于通讯低电平时，电阻67处为低电平，三极管Q29第三端低电平，三极管Q29不导通，使其第一端为高电平，使得MOS管Q27导通，MOS管Q28导通，即可以使用强下拉MOS管Q28，进行总线仲裁通讯。
上述MOS管Q26还可以用于发送高电平通讯信号，具体地，MOS管Q26连接储能模块220，在储能模块220经过降压电路产生的3.3V时，由该节单元点通过MOS管Q26，利用其自身内部的储能模块220电源能量将二总线10电平拉至高电平。
在一个可选实施例中，节点单元20包括供电子单元，供电子单元还包括用于控制供电的开关模块，开关模块分别连接电源和二总线10；上述电源可以为电池电源，也可以连接其他输入电源，还可以为升压或降压电路产生的电源，通过开关模块实现二总线10交替供电，供电子单元有能力控制24V电源是否将24V高压电传送给二总线10，在供电时隙，供电子单元控制输出开关模块导通，传递24V给二总线10，在通讯时隙时，供电子单元控制输出开关模块关断，停止向二总线10供电。
参照图4，如开关模块为MOS管Q40，此时MOS管Q40可连接有驱动电路实现控制驱动，当MOS管Q40导通时，二总线10进行24V高压供电，当MOS管Q40不导通时，二总线10处于0V低压，在另一实施例中，二总线10还可以连接一个上下拉电路，在通讯时隙上下拉电路工作，通过上下拉开关电路将二总线10电平拉至信号电平A，此时可关闭上下拉开关电路使得二总线10电平被上下拉电路拉至信号电平B，如上述上下拉开关电路为下拉电阻以及上拉MOS管，然后每个节点单元20都可以启动上拉MOS管，来在二总线10上输出3.3V高电平，输出逻辑信号1，当关断上拉MOSFET上拉MOS管的时候，二总线10电压会被下拉电阻拉低至0V，实现输出逻辑信号0。
本实施例中，供电子单元还包括通讯时隙静态参考电压提供电路，通讯时隙静态参考电压提供电路包括第四开关管和第一电阻，第一电阻和第四开关管串联连接于二总线10和参考电压线之间，第四开关管连接控制器210。
由于具有总线仲裁的需求，因此在二总线10或在二总线10上任一节点单元20内设置有通讯时隙静态参考电压提供电路，例如下拉电阻或是上拉电阻，该下拉电阻或上拉电阻可以直接连接在二总线10上，也可以串联一个MOSFET或三极管来控制下拉电阻或上拉电阻是否启用来降低功耗，减少对信号完整性的影响。具体地，在一实施例当中，供电子单元还包括仲裁模式下拉电路，仲裁模式下拉电路包括第四开关管和第一电阻，第一电阻和第四开关管串联连接于二总线10和参考电压线之间，在本实施例当中参考电压线为负电压线GND，第四开关管连接控制器210。
参照图4，第四开关管为MOS管Q10，第一电阻为电阻R25，还包括电阻R75，本实施例中，电阻R25的一端连接二总线10，另一端连接MOS管Q10第一端，MOS管Q10第二端连接负电压线GND，以及电阻R75的一端，MOS管Q10的第三端连接电阻R75的另一端以及控制器210的信号输入线。
其中，MOS管Q10是弱下拉控制MOSFET，可通过控制器210的控制信号来实现控制，电阻R25采用大电阻值，如电阻值100欧姆，在MOS管Q10导通时，电阻R25是一个下拉电阻，可配合发送电路进行工作，在通讯时隙可以采用弱下拉和反向开漏的方式，进行总线仲裁模式通讯，此时二总线10可为3.3V高电平或0V低电压，当任何一个节点单元20发送3.3V高电平时，二总线10是高电平，没有任何一个节点单元20发送高电平时，二总线10被弱下拉拉到低电平。
在另一实施例当中通讯时隙静态参考电压提供电路也可以为上拉电路，参考电压线为正电压线。
进一步地，还可以选配用于提升供电时隙向通讯时隙切换速率的强下拉电路，通过第五开关管和第二电阻串联与二总线10中来实现。参照图4，第五开关管为MOS管Q9，第二电阻为电阻R116，本实施例中，还包括电阻R74，以及并联的电容C4和电阻R26，电阻R116一端连接二总线10，另一端连接并联的电容C4和电阻R26的一端，并联的电容C4和电阻R26另一端连接MOS管Q9第一端，MOS管Q9第二端分别连接负电压线GND及电阻R74的一端，MOS管Q9第三端连接电阻R74的另一端以及控制器210的信号输入线。
其中，MOS管Q9是强下拉MOSFET，可通过控制器210的控制信号来实现控制，由于电容C4两端电压不会突变，电容C4在两端电压0V的时候，接入到二总线10上，会瞬间拉低二总线10电压，故而此处采用强下拉MOSFET，这样使得开关模块不导通时，二总线10的电压可瞬间从高压变成低压，而不是缓慢变低，可保证二总线10从供电时隙切换至通讯时隙的切换足够迅速。
值得注意的是，本发明提供的电路结构中，提及的连接关系可以为直接连接也可以为间接连接，本发明对此不作限制。
在一个可选实施例中，当多个节点单元20为供电子单元，多个供电子单元连接于二总线10时，开机在先的供电子单元或优先级高的供电子单元为供电主机，其余为供电从机，上述优先级可按照指定的优先顺序，例如按顺序优先级从高到低依次为充电器、电池电源、带电池的主控块等，举例地，当连接有多个供电子单元时，开机在先得供电子单元首先提供24V高压给二总线10若其余供电子单元尝试提供24V高压则会检测到二总线10已被供电，此时会自动放弃提供，转为供电从机，只有在检测到二总线10未被供电再尝试对二总线10供电；或当充电器检测到当前的供电主机为带电池的主控块时，充电器通知带电池的主控块切换成供电从机的同时，充电器块切换为供电主机。
在一个可选实施例中，在通讯时隙，按设定可进入总线仲裁模式或高速通讯模式，当进入总线仲裁模式时，多个节点单元20允许发送信号，当进入高速通讯模式时，至多一个节点单元20允许发送信号。
在一个可选实施例中，节点单元20包括通讯主机和多个通讯从机，通讯主机在高速通讯模块进行广播，各通讯从机在总线仲裁模式中发送信号，以争抢回复广播的上报资格，并在争抢成功后在高速通讯模块回复广播，或在未争抢成功后停止上报并在下一次总线仲裁模式中再次进行争抢回复广播的上报资格。
本实施例中，在有可能多个节点单元20尝试同时进行发送的情况下，每个尝试发送的节点都会以总线仲裁模式发送信号，可以有多个节点单元20尝试发送信号，实际只有一个节点单元20能够发送信号成功，其他节点都能发现二总线10传输机会被抢走了，导致发送失败，不会造成短路，具体地，每个节点单元20都能够通过自己的接收电路来识别二总线10当前的信号，如果发现二总线10上的电平和自身输出的电平不一致时，通过控制器210来控制，停止后续报文的输出，只有自身输出的电平与二总线10电平一致才争抢成功，此时可以让与二总线10电平一致的节点单元20继续进行通讯。为了使得不同的节点单元20能够公平地进行总线仲裁，可规定必须要在从供电时隙切换到通讯时隙的24V到0V的下降沿发生后的10us~20us之间开始进行总线仲裁报文的发送。在高速通讯模式，只能同时有一个节点试图发送信号，避免短路。
在另一实施例中，也可以通过判断当前各节点单元20的报文是否有可能会发生冲撞，如果不可能发生冲撞的情况下，可以直接采用推挽输出的方式来高速通讯；在有可能发生冲撞的情况下，可以通过开漏输出，配合下拉或上拉电阻，来实现总线仲裁的方式进行通讯。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，包括二总线以及连接在所述二总线上的节点单元，所述节点单元在所述二总线上传输信号的通讯时隙和在所述二总线上取电的供电时隙交替进行，且所述通讯时隙的二总线电压始终比所述供电时隙的二总线电压低，至少一个所述节点单元包括控制器和与所述控制器连接的收发模块和储能模块，在所述通讯时隙所述储能模块停止从所述二总线取电；
所述节点单元包括供电子单元，所述供电子单元还包括用于控制供电的开关模块，所述开关模块分别连接电源和所述二总线；
所述供电子单元还包括通讯时隙静态参考电压提供电路，所述通讯时隙静态参考电压提供电路包括第四开关管和第一电阻，所述第一电阻和第四开关管串联连接于所述二总线和参考电压线之间，所述第四开关管连接所述控制器。
2.如权利要求1所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述节点单元还包括充电模块，所述充电模块检测出当前时隙为供电时隙时，所述储能模块从所述二总线取电，所述充电模块检测出当前时隙为通讯时隙时，所述储能模块停止从所述二总线取电。
3.如权利要求2所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述充电模块包括用于判断当前时隙的时隙判断单元以及用于对储能模块进行限流充电的充电单元；
所述充电单元包括用于对所述储能模块充电的恒流充电电路以及用于在指定时刻禁止对储能模块充电的禁用储能充电电路，所述恒流充电电路、所述禁用储能充电电路均连接于所述储能模块；
或者，所述充电单元包括充电芯片分别连接所述时隙判断单元、储能模块；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、PTC元件以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述PTC元件连接，所述PTC元件与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、限流电感以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述限流电感连接，所述限流电感与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间；
或者所述充电单元包括禁用储能充电电路、限流电阻以及电流单向电路，所述禁用储能充电电路分别与所述时隙判断单元及所述限流电阻连接，所述限流电阻与所述电流单向电路串联在所述二总线和所述储能模块之间。
4.如权利要求1所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述节点单元包括所述控制器连接的时隙检测模块，所述时隙检测模块检测所述二总线的电平信号，并转化所述电平信号传输至所述控制器，以让所述控制器确定当前时隙，所述控制器发送相应控制信号至所述收发模块。
5.如权利要求1所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述收发模块包括发送电路和接收电路，所述发送电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管第一端连接用于输入控制信号的第一信号线，第二端连接正电压线，第三端连接所述二总线，所述第二开关管第一端连接用于输入控制信息的第二信号线，第二端连接负电压线，第三端连接所述二总线；
所述第一信号线和第二信号线分别连接所述控制器的第一TX端和第二TX端，通过所述控制器控制所述第一开关管和所述第二开关管工作，或者；
所述收发模块还包括控制开关和时隙检测模块，所述控制开关的第一端分别连接所述第一信号线以及所述控制器的TX端，所述控制开关的第二端连接所述第二信号，所述控制开关的第三端分别连接所述时隙检测模块及所述控制器。
6.如权利要求4所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述时隙检测模块包括时隙检测电路，所述时隙检测电路包括下拉电阻、第一二极管以及第三开关管，所述下拉电阻一端接负电压线，另一端分别接第一二极管一端、第三开关管第一端，所述第一二极管另一端连接所述二总线，所述第三开关管第二端连接负电压线，第三端连接所述控制器。
7.如权利要求1所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，当多个所述节点单元为供电子单元，多个所述供电子单元连接于所述二总线时，开机在先的供电子单元或优先级高的供电子单元为供电主机，其余为供电从机。
8.如权利要求1所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，在所述通讯时隙，按设定可进入总线仲裁模式或高速通讯模式，当进入总线仲裁模式时，多个所述节点单元允许发送信号，当进入高速通讯模式时，至多一个所述节点单元允许发送信号。
9.如权利要求8所述的基于二总线分时复用的供电通讯系统，其特征在于，所述节点单元包括通讯主机和多个通讯从机，所述通讯主机在所述高速通讯模块进行广播，各所述通讯从机在所述总线仲裁模式中发送信号，以争抢回复所述广播的上报资格，并在争抢成功后在所述高速通讯模块回复所述广播，或在未争抢成功后停止上报并在下一次总线仲裁模式中再次进行争抢回复所述广播的上报资格。
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