CN214429550U - 一种总线式数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种总线式数据传输系统，其包括：主控器，节点器，系统电源，公用总线，其中主控器通过公用总线与各节点器连接，系统电源与主控器连接，并向公用总线供能；公用总线为数据及电源复用线路，其中主控器包括：第一处理器单元与第一数据发送单元及第一数据接收单元连接，第一数据发送单元及第一数据接收单元还分别与公用总线连接；节点器包括：第二处理器单元分别与稳压单元，第二数据发送单元，第二数据接收单元连接，稳压单元与公用总线连接为节点器供能，第二数据发送单元及第二数据接收单元还分别与公用总线连接，以通过公用总线分别与第一数据发送单元，第一数据接收单元对应通信。

Description

一种总线式数据传输系统

技术领域

本实用新型涉及数据传输技术，尤其涉及采用一种总线式数据传输系统。

背景技术

传统的数据传输系统主控与节点之间均采用4条线路，即1条电源线、1条地线、1条数据发送线、1条数据接收线。这种系统需敷设多芯电缆，线材投资较大、敷设和安装烦琐。为此本领域亟待一种能够减少线缆铺设，且经济可靠的数据传输系统。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种总线式数据传输系统，以采用两条公用总线的方式实现主控器与节点器之间的通信。

为了实现上述目的，根据本实用新型，提供了一种总线式数据传输系统，其包括：主控器，节点器，系统电源，公用总线，其中主控器通过公用总线与各节点器连接，系统电源与主控器连接，并向公用总线供能；公用总线为数据及电源复用线路。

在优选实施方式中，主控器包括：第一处理器单元，第一数据发送单元，第一数据接收单元，节点器包括：第二处理器单元，稳压单元，第二数据发送单元，第二数据接收单元；其中第一处理器单元分别与第一数据发送单元及第一数据接收单元连接，第一数据发送单元及第一数据接收单元还分别与公用总线连接；第二处理器单元分别与稳压单元，第二数据发送单元，第二数据接收单元连接，稳压单元与公用总线连接为节点器供能，第二数据发送单元及第二数据接收单元还分别与公用总线连接，以通过公用总线分别与第一数据发送单元，第一数据接收单元对应通信。

在优选实施方式中，第一数据发送单元包括：电压调制数据发送电路；其中电压调制数据发送电路与第一处理器单元连接，获取数据信号并调制；其中电压调制数据发送电路还与公用总线连接，以向第二数据接收单元传输调制后的数据信号。

在优选实施方式中，第二数据发送单元包括：电流调制数据发送电路；其中电流调制数据发送电路与第二处理器单元连接，获取数据信号并调制；其中电流调制数据发送电路还与公用总线连接，以向第一数据接收单元传输调制后的数据信号。

在优选实施方式中，公用总线由两条线路组成。

通过本实用新型提供的该总线式数据传输系统，采用了全新的链路结构，使得主控器与各节点器之间仅采用两条线路连接即可形成供电与数据通信，从而降低了此类通信系统的架设成本，及布设施工的难度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型总线式数据传输系统链路示意图；

图2为本实用新型中主控器电路结构示意图；

图3为本实用新型中节点器电路结构示意图；

图4为本实用新型中主控器发送数据的时序示意图；

图5为本实用新型中节点器发送数据的时序示意图；

图6为本实用新型中主控器与节点器轮询周期示意图；

图7为本实用新型中公用总线上产生毛刺的示意图；

图8为本实用新型中主控器与节点器的结构示意图；

附图标记说明

主控器1，节点器2，系统电源3，公用总线4, 第一处理器单元11，第一数据发送单元12，第一数据接收单元13，第二处理器单元21，稳压单元22，第二数据发送单元23，第二数据接收单元24。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。而术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“布设”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况，结合现有技术来理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。且图示中的部件中的一个或多个可以是必须的或非必须的，以及上述图示的各部件之间的相对位置关系可以根据实际需要进行调整。

请参阅图1至图8所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种总线式数据传输系统，其适用于物联网各种传感器采样数据和控制信号的集中上传和下发。其特点在于仅采用一组公用总线4（两条线路）即可连接上百个节点器2，并且每个节点器2均无需独立电源供电。可见本系统相比现有技术中，需要每个节点器2分别需要一对线路供电并且分别需要一对线路进行数据传输的4线制传输系统优越得多，具有成本低、投资少、安装维护简单、使用方便、超低功耗、实用性强等优点。

因此为了实现本案的技术效果，该总线式数据传输系统优选包括：主控器1，节点器2，系统电源3，公用总线4，其中主控器1通过公用总线4与各节点器2连接，系统电源3与主控器1连接，并向公用总线4供能；公用总线4为数据及电源复用线路。

其中，本实施例下，该主控器1包括：第一处理器单元11，第一数据发送单元12，第一数据接收单元13，节点器2包括：第二处理器单元21，稳压单元22，第二数据发送单元23，第二数据接收单元24；其中第一处理器单元11分别与第一数据发送单元12及第一数据接收单元13连接，第一数据发送单元12及第一数据接收单元13还分别与公用总线4连接；第二处理器单元21分别与稳压单元22，第二数据发送单元23，第二数据接收单元24连接，稳压单元22与公用总线4连接为节点器2供能，第二数据发送单元23及第二数据接收单元24还分别与公用总线4连接，以通过公用总线4分别与第一数据发送单元12，第一数据接收单元13对应通信，籍此形成通信链路。

进一步的，本实施例中，该公用总线4优选由两条线路组成，而该主控器1可以通过该公用总线4，按定义的传输协议与N个节点器2进行通信，其中该传输协议在本实施例中可分为主控器1格式，和节点器2格式两种，如：（1）主控器1的传输协议格式：前导位+节点号地址+命令位；前导位+广播地址+命令位，（2）节点器2的传输协议格式：数据位+校验位，此处当理解的是，前述传输协议仅为示例，而并非进行限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。

其中当主控器1需要与各节点器2进行通信时，首先会通过公用总线4广播启动命令，而各节点器2收到后即进入定时休眠状态，定时休眠时间按各自的节点器2内置顺序而定。然后主控器1发节点号地址轮询命令，轮流查询每个节点器2的节点号。节点器2在收到是自己节点号地址的轮询命令时，向主控器1发送节点器2的数据，由此完成一次通信。

如该主控器1的运作程序流程包括：①上电后对总线所有节点器2进行复位；②向所有节点器2发送广播启动命令；③然后开始依次轮询公用总线4上每个节点器2的序号1至序号n；④在轮询完毕后，停留一段时间，再循环步骤②。

而该节点器2的运作程序流程包括：①等待接收主控器1的启动命令；②收到启动命令后转入睡眠低功耗状态；③定时唤醒后等待接收主控器1的轮询命令；④收到是本节点器2序号的轮询命令后，就将所需的数据发送给主控器1；⑤再次转入睡眠低功耗状态；定时唤醒后再循环步骤①。

具体来说，为了实现该共用总线既能为主控器1及节点器2供电，同时也能用于通信，如图2所示，该第一数据发送单元12包括：电压调制数据发送电路；其中当主控器1在发送数据时，由第一处理器单元11的发送口发数据信号，并由电压调制数据发送电路对其进行电压的信号调制。而主控器1在接收数据时，由第一数据接收单元13将接收到的数据传输给第一处理器单元11。

同时如图3所示，该第二数据发送单元23包括：电流调制数据发送电路；其中节点器2的工作电源仅由公用总线4通过稳压单元22提供。节点器2在发送数据时，由第二处理器单元21的发送口发数据信号，并由电流调制数据发送电路对其进行电流的信号调制。而节点器2在接收数据时，由第二数据接收单元24将接收到的数据传输给第二处理器单元21。

其中该电压调制数据发送电路的信号调制过程包括：将第一处理器单元11发送的数据转变成对共用总线电压信号的调制。即当第一处理器单元11发高电平时，由电压调制数据发送电路在公用总线4产生接近于系统电源3的高电压；当第一处理器单元11发低电平时，由电压调制数据发送电路在公用总线4产生接近于0伏的低电压。籍此便可在公用总线4上形成电压脉冲信号。

而该电流调制数据发送电路的信号调制过程包括：将第二处理器单元21发送的数据转变为成对公用总线4电流信号的调制。即当第二处理器单元21发高电平时，由电流调制数据发送电路在公用总线4产生大电流；当第二处理器单元21发低电平时，电流调制数据发送电路在公用总线4不产生电流。籍此便可在公用总线4上形成脉冲信号，从而为与主控器1进行双向通信提供了数据发送基础。

其中由于公用总线4是电源和数据复用的，因此节点器2在发送数据时，系统电源3中电容的充放电和电感的感应电势，势必会影响公用总线4和主控器1的第一数据接收单元13。如图7所示，在公用总线4上会产生毛刺，造成主控器1接收波形失真。

而为了解决此问题，就必须使得主控器1和节点器2在数据发送时，数据编码波形参数的调校应配合好各自的硬件数据接收电路。为此如图3 所示电路结构，该节点器2的电流调制数据发送电路部分，作为节点器2的电流调制数据发送电路，当TX为高电平时，Q21导通，以在公用总线4产生瞬间大电流，而导致公用总线4电压跌落；而TX为低电平时，Q21截止，以使公用总线4电压不变。这样一方面可在公用总线4上形成了电压脉冲信号。而另一方面，为了在低电平时保证有足够的持续时间，从而防止主控器1因接收波形失真导致数据接收不正常，如图5所示，其为节点器2数据发送的编码波形，因此在本实施例下，在低电平时优选采用大于450us的持续时间，以避免该问题出现。

此外值得一提的是，本实施例下的该总线式数据传输系统，其系统中的节点器2挂接数量可多至上百个，因此需要节点器2的第二处理器单元21在不收发数据时是处于停机低功耗模式中。为此，为了使第二处理器单元21在停机唤醒后，可以可靠地接收数据，本实施例下，该主控器1在发送数据前，优选加入前导位。如图4所示，其中该前导位可以是若干个占空比相同的脉冲序列。而节点器2只有在正确地捕捉前导位后方能接收后续的数据。

而另一方面，由于节点器2在数据发送时是通过改变公用总线4电流的方式来实现脉冲数据通信的，因此需要要求公用总线4不能存在恒定的且大于100mA电流。因此所有节点器2自然必须存在于低功耗运行模式下，而无需担心消耗太多的能源。此外由于主控器1与节点器2采用定时轮询的通讯方式，即在同一时刻，主控器1只与其中的一个节点器2进行数据收发，而其它的节点器2均处于低功耗休眠状态；因此节点器2轮询结束后又进入低功耗休眠状态，如图6所示。本实施例下的该总线式数据传输系统中的节点器2在低功耗休眠状态下约为200uA,在运行状态下约为5mA，因此十分节能。

此外还需要说明的是，本案上述产生脉冲信号的技术手段，皆为现有技术可以实现，因而在此不再详述，本领域技术人员可以根据本案实施例的说明而理解，同时上述关于主控器1及节点器2的运作程序流程，及传输协议，仅为技术方案的一种示例，本领域技术人员也可以根据本案记载的流程，以现有技术来转换成对应的程序，因而并不存在技术障碍。

综上所述，通过本实用新型提供的该总线式数据传输系统，能使主控器1与各节点器2之间仅采用两条线路连接即可形成供电与数据通信，从而降低了此类通信系统的架设成本，及布设施工的难度，因此及其有利于技术的普及及推广。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本领域技术人员可以理解，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本实用新型提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本实用新型提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、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程序。所以，本实用新型提供的系统、装置及其各个模块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程序的模块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模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

此外实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (5)

1.一种总线式数据传输系统，其特征在于包括：主控器，节点器，系统电源，公用总线，其中主控器通过公用总线与各节点器连接，系统电源与主控器连接，并向公用总线供能；公用总线为数据及电源复用线路。

2.根据权利要求1所述的总线式数据传输系统，其特征在于，主控器包括：第一处理器单元，第一数据发送单元，第一数据接收单元，节点器包括：第二处理器单元，稳压单元，第二数据发送单元，第二数据接收单元；其中第一处理器单元分别与第一数据发送单元及第一数据接收单元连接，第一数据发送单元及第一数据接收单元还分别与公用总线连接；第二处理器单元分别与稳压单元，第二数据发送单元，第二数据接收单元连接，稳压单元与公用总线连接为节点器供能，第二数据发送单元及第二数据接收单元还分别与公用总线连接，以通过公用总线分别与第一数据发送单元，第一数据接收单元对应通信。

3.根据权利要求2所述的总线式数据传输系统，其特征在于，第一数据发送单元包括：电压调制数据发送电路；其中电压调制数据发送电路与第一处理器单元连接，获取数据信号并调制；其中电压调制数据发送电路还与公用总线连接，以向第二数据接收单元传输调制后的数据信号。

4.根据权利要求2所述的总线式数据传输系统，其特征在于，第二数据发送单元包括：电流调制数据发送电路；其中电流调制数据发送电路与第二处理器单元连接，获取数据信号并调制；其中电流调制数据发送电路还与公用总线连接，以向第一数据接收单元传输调制后的数据信号。

5.根据权利要求2所述的总线式数据传输系统，其特征在于，公用总线由两条线路组成。

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