CN214506555U - 两芯无极性总线通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种两芯无极性总线通信系统，包括两个以上的机组，各机组通过总线连接，机组在总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据；在检测到预设的供电切换条件时，根据正反供电数据向总线发送同向供电信号；其中，同向供电信号用于控制总线上同向供电的机组开启供电。当需要进行供电切换时，控制总线上同向供电的机组同时进行供电，既能避免供电冲突造成短路，还能有效提高供电可靠性。

Description

两芯无极性总线通信系统

技术领域

本申请涉及智能设备通信技术领域，特别是涉及一种两芯无极性总线通信系统。

背景技术

两芯无极性HOMEBUS(家庭总线)通讯系统，为了防止安装机组人员接错线而设计的一种无接线线序的通讯方式，需要同时具备供电和通讯功能。

传统的两芯无极性总线通讯系统，为了避免供电冲突造成短路等问题，一般由系统的1个节点提供电源，但是如果通讯节点过多，单一节点的供电能力有限，存在供电可靠性低的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的两芯无极性总线通讯系统供电可靠性低的问题，提供一种两芯无极性总线通信系统，能达到有效提高供电可靠性的效果。

一种两芯无极性总线通信系统，包括两个以上的机组，各机组通过总线连接，所述机组在所述总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据；在检测到预设的供电切换条件时，根据所述正反供电数据向所述总线发送同向供电信号；其中，所述同向供电信号用于控制总线上同向供电的机组开启供电。

在其中一个实施例中，所述机组包括供电方向检测模块、过流检测模块、供电控制模块和通讯模块，所述供电方向检测模块连接所述总线和所述供电控制模块，所述供电控制模块连接所述过流检测模块，所述过流检测模块连接所述总线，所述通讯模块连接所述供电控制模块和所述总线。

在其中一个实施例中，所述供电方向检测模块包括光耦U1和光耦U2，所述光耦U1的发射部的输入端连接第一总线端，所述光耦U1的发射部的输出端连接第二总线端，所述光耦U1的接收部的输入端连接所述供电控制模块，所述光耦U1的接收部的输出端接地；所述光耦U2的发射部的输出端连接所述第一总线端，所述光耦U2的发射部的输入端连接所述第二总线端，所述光耦U2的接收部的输入端连接所述供电控制模块，所述光耦U2的接收部的输出端接地。

在其中一个实施例中，所述供电方向检测模块还包括第一电阻组件，所述第一电阻组件的一端连接第一总线端，所述第一电阻组件的另一端连接所述光耦U1的发射部的输入端以及所述光耦U2的发射部的输出端。

在其中一个实施例中，所述第一电阻组件为电阻R1。

在其中一个实施例中，所述供电方向检测模块还包括第二电阻组件，所述光耦U1的接收部的输入端通过所述第二电阻组件连接外部电源端。

在其中一个实施例中，所述第二电阻组件为电阻R2。

在其中一个实施例中，所述供电方向检测模块还包括第三电阻组件，所述光耦U2的接收部的输入端通过所述第三电阻组件连接外部电源端。

在其中一个实施例中，所述第三电阻组件为电阻R3。

在其中一个实施例中，所述总线为家庭总线。

上述两芯无极性总线通信系统，当总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据。在检测到预设的供电切换条件时，根据正反供电数据向总线发送同向供电信号，控制总线上同向供电的机组开启供电。当需要进行供电切换时，控制总线上同向供电的机组同时进行供电，既能避免供电冲突造成短路，还能有效提高供电可靠性。

附图说明

图1为一实施例中机组的结构框图；

图2为一实施例中供电方向检测模块的结构原理图；

图3为一实施例中芯无极性总线通信系统的供电流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，提供了一种两芯无极性总线通信系统，具体可以是两芯无极性HOMEBUS多节点通讯系统。两芯无极性总线通信系统包括两个以上的机组，各机组通过总线连接，机组在总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据；在检测到预设的供电切换条件时，根据正反供电数据向总线发送同向供电信号；其中，同向供电信号用于控制总线上同向供电的机组开启供电。

具体地，在一个实施例中，如图1所示，机组包括供电方向检测模块210、过流检测模块220、供电控制模块230和通讯模块240，供电方向检测模块210连接总线和供电控制模块230，供电控制模块230连接过流检测模块220，过流检测模块220连接总线，通讯模块240连接供电控制模块230和总线。其中，供电方向检测模块210用于检测总线的供电方向，供电控制模块230用于接入外部电源为总线供电，过流检测模块220用于检测机组的供电电流，供电控制模块230在供电电流大于预设电流阈值时停止供电。通讯模块240用于与总线上的其他机组进行通讯，例如收发ID号、同向供电信号和反向供电信号等。

两芯无极性总线上连接有多个机组，每个机组作为一个节点。可以理解，总线上的用电设备也可以是作为一个节点，以总线为家庭总线为例，则用电设备可以是电视机、空调、洗衣机、油烟机等家用电器。通过机组向总线供电，从而为总线上的用电设备提供工作电压。首先，机组在上电运行后先默认不给总线供电，通过供电方向检测模块210对总线进行检测，确定总线是否有电，以及总线的供电方向。其中，每个机组的供电方向是固定的，而且有正向和反向供电两种。供电方向是针对每一个机组自身而言，每个机组都带有供电的功能，总线的供电与自身供电方向相同的时候是正向，相反的时候是反向。

如果总线无供电方向，则说明总线上没有机组对总线供电。机组通过供电控制模块230尝试为总线供电，在供电控制模块230为总线供电时，机组还利用过流检测模块220进行过流检测，当检测到电流过大供电控制模块230自动切断电源，然后根据总线上的供电情况判断是否需要再供电，如果需要供电，会经过延迟后再供电，确保错开多个节点的供电时间。

机组供电成功后作为主机，通过主机的通讯模块240统计总线上各机组的正反供电数据。具体地，通过将每个机组作为总线上的一个节点，每个节点的机组通过通讯模块240也在总线上发出自己的供电情况，以主机的供电方向判断节点同向或反向，得到总线上各机组的正反供电数据。此外，主机还负责进行所有机组的ID号分配。具体地，供电成功的主机将自身设置为1号主机，并通过通讯模块240给各节点机组分发ID地址和统计正反供电的情况。可以理解，在其他实施例中，总线上各节点的ID号也可以是预先设置进行保存。

供电切换条件的具体内容并不唯一，可以是总线上节点总数量达到阈值，也可以是接收到供电切换指令等等。在一个实施例中，供电切换条件包括：总线上节点数量大于预设阈值。预设阈值的具体取值也不是唯一的，可根据实际需求设置。当总线上节点数量大于预设阈值后，为了避免供电不足的情况，由单一节点供电切换成多节点供电方案，此时主机分析同向供电和反向供电的节点，向总线发送同向供电信号。所有同向供电节点接收到同向供电信号后，进行一定时间延迟后开始供电，从而调整为多节点提供电源，确保供电能力，可避免因电力不足导致通讯异常，有效解决多节点通讯的供电问题。

上述两芯无极性总线通信系统，当总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据。在检测到预设的供电切换条件时，根据正反供电数据向总线发送同向供电信号，控制总线上同向供电的机组开启供电。当需要进行供电切换时，控制总线上同向供电的机组同时进行供电，既能避免供电冲突造成短路，还能有效提高供电可靠性。

在一个实施例中，主机在检测到预设的供电切换条件时，根据正反供电数据分析同向供电和反向供电的机组数量。当同向供电的机组数量大于或等于反向供电的机组数量时，向总线发送同向供电信号。

当检测到符合供电切换条件时，主机统计正反供电的情况，根据收集的正反供电数据确定同向供电和反向供电的机组数量。如果同向供电的机组数量大于或等于反向供电的机组数量，则主机发送同向供电信号，控制总线上同向供电的机组为总线供电。通过选择数量大的同向供电机组对总线进行供电，尽量提高总线的供电能力，进一步保证总线多节点的通讯供电。可以理解，在其他实施例中，在检测到符合供电切换条件时，主机也可以是直接控制总线上同向供电的机组为总线供电，同样可解决单一节点供电不足的问题。

进一步地，在一个实施例中，当同向供电的机组数量小于反向供电的机组数量时，主机向总线发送反向供电信号，并停止向总线供电。

其中，反向供电信号用于控制总线上反向供电的机组开启供电。在同向供电的机组数量小于反向供电的机组数量时，主机通知供电并向总线发送反向供电信号，控制总线其他节点中反向供电的机组开启供电。此外，如果总线中还存在其他同向供电的机组在向总线供电，则该同向供电的机组在接收到反向供电信号时，在经过一定时间延迟后也停止向总线供电。

本实施例中，在同向供电的机组数量小于反向供电的机组数量时，切换到所有反向供电的机组给总线供电，同样可选择更多的机组进行供电，尽量提高总线的供电能力。

进一步地，主机向总线发送反向供电信号之后，如有节点未响应，主机发出终止反向供电信号，终止反向供电信号用于控制反向供电的机组停止启动供电。具体地，所有反向供电的机组接收到反向供电信号后，通过通讯模块反馈响应信号给主机的通讯模块。如有反向节点机组未响应，主机发出终止反向供电信号，避免有反向节点机组没有响应。此外，主机还可反馈未响应节点的ID号，以便操作人员检修。

可以理解，所有同向供电的机组接收到反向供电信号后，也可以通过通讯模块反馈响应信号给主机的通讯模块。如有同向节点机组未响应，主机也发出终止反向供电信号，以使在供电的同向节点机组继续供电。

在一个实施例中，检测总线的供电方向后，若总线的供电方向为同向，则机组在接收到同向供电信号后开启供电。

若总线的供电方向为同向，则说明总线已经有主机进行供电，且本机组的供电方向与主机的供电方向相同，机组作为同向供电的机组，在接收到主机分发的ID号后进行保存。如果没有接收到主机发送的同向供电信号，则保持原状不对总线供电。在接收到主机发送的同向供电信号后开启供电。

在一个实施例中，若总线的供电方向为反向，则机组在接收到反向供电信号，且总线上无供电后开启供电。

具体地，若总线的供电方向为反向，则说明总线已经有主机进行供电，且本机组的供电方向与主机的供电方向相反，机组作为反向供电的机组，在接收主机分发的ID号后进行保存。如果接收到主机发送的反向供电信号，则说明需要切换供电方向，机组在检测到总线上没有供电后开始供电。

进一步地，在一个实施例中，当机组接收到主机发送的反向供电信号后，还根据自身ID号重新确定主机，以便后续再次进行供电方向切换控制。例如，机组收到主机发送的反向供电信号后，还检测自身是否是ID号最小的反向供电的机组，若是，则在检测到总线上没有供电后开始供电，并作为新的主机；若否，则在检测到总线上没有供电后开始供电。需要说明的是，由于是以主机的供电方向判断其他节点机组是同向或反向，因此当供电方向发生变化，新机组被设为主机(原反向节点中ID最小的机组)后，所有机组的同向、反向属性会变换。与新主机的供电方向相同的机组成为同向节点，与新主机的供电方向相反的机组成为反向节点。

在一个实施例中，如图2所示，供电方向检测模块210包括光耦U1和光耦U2，光耦U1的发射部的输入端连接第一总线端P1，光耦U1的发射部的输出端连接第二总线端P2，光耦U1的接收部的输入端连接供电控制模块230，光耦U1的接收部的输出端接地；光耦U2的发射部的输出端连接第一总线端P1，光耦U2的发射部的输入端连接第二总线端P2，光耦U2的接收部的输入端连接供电控制模块230，光耦U2的接收部的输出端接地。其中，光耦U1的接收部的输入端通过端口IC-P连接供电控制模块230，光耦U2的接收部的输入端通过端口IC-N连接供电控制模块230。通过供电检测模块110可以检测总线上是否有供电，以及可以检测总线上的供电方向。

在一个实施例中，供电方向检测模块210还包括第一电阻组件，第一电阻组件的一端连接第一总线端P1，第一电阻组件的另一端连接光耦U1的发射部的输入端以及光耦U2的发射部的输出端。第一电阻组件具体可是单个电阻，也可以是多个电阻串联、并联或混联得到。本实施例中，第一电阻组件为电阻R1。

在一个实施例中，供电方向检测模块210还包括第二电阻组件，光耦U1的接收部的输入端通过第二电阻组件连接外部电源端VCC。同样的，第二电阻组件具体可是单个电阻，也可以是多个电阻串联、并联或混联得到。本实施例中，第二电阻组件为电阻R2。

在一个实施例中，供电方向检测模块210还包括第三电阻组件，光耦U2的接收部的输入端通过第三电阻组件连接外部电源端。同样的，第三电阻组件具体可是单个电阻，也可以是多个电阻串联、并联或混联得到。本实施例中，第三电阻组件为电阻R3。

为便于更好地理解告诉两芯无极性总线通信系统，下面以两芯无极性HOMEBUS多节点通讯系统为例进行详细解释说明。

现有的两芯无极性HOMEBUS通讯方案，为了避免供电冲突造成短路等问题，一般由节点中其中1个节点提供电源，但是如果通讯节点过多，单一节点的供电能力有限，容易导致通讯异常，为了解决多节点通讯的供电问题，必须采用更高的方案解决供电问题。

基于此，本申请提供了一种解决供电问题的两芯无极性HOMEBUS通讯供电方案，增加两芯无极性HOMEBUS通讯的节点数量，提高通讯质量和稳定性，同时确保安装人员能够方便接线，提高机组安装效率。此外还可以节约成本，避免不必要的浪费。其中，采用供电检测和供电方案切换，根据供电检测的情况，切换供电方案，确保通讯线路供电。采用无极性接线方案，接线时不需要考虑线序错误导致短路的问题，方案安装人员接线，提高机组安装效率。

具体地，本方案中机组包含了供电方向检测模块、过流检测模块、供电控制模块以及HOMEBUS通讯模块，供电方向检测模块可以检测总线上的供电方向，也可以检测总线上是否有电。供电控制模块用于控制总线的供电。HOMEBUS通讯模块用于总线通讯。每个机组接线后，其供电方向是固定的，有正向和反向供电，如果总线上同时有正向供电和反向供电的机组，那么就会发生短路，这是需要避免的。

两芯无极性HOMEBUS多节点通讯供电方案如图3所示，包括以下流程：

1、机组上电，先不给总线供电，先用供电方向检测模块检测总线供电的情况。结合图2对供电方向检测模块进行说明：供电方向检测模块主要包含光耦U1和光耦U2，P1和P2为HOMEBUS总线端，当总线上没有供电时，光耦U1和光耦U2都不导通，端口IC-P和IC-N都没有信号；当总线上同向供电时，P1端电平比P2端高，光耦U1导通，光耦U2不导通，端口IC-P有信号，端口IC-N没信号；当总线上反向供电时，P2端电平比P1端高，光耦U1不导通，光耦U2导通，端口IC-P没信号，端口IC-N有信号。也就是说，供电方向检测模块可以检测总线上是否有供电，以及可以检测总线上的供电方向。

2、如果有供电，判断是同向供电还是反向供电，同时HOMEBUS通讯模块在总线上发出自己的供电情况。

3、如果总线上没有电，则控制供电控制模块尝试供电。供电时，任何时刻过流检测模块检测到电流过大，自动切断电源，然后会根据总线上的供电情况，判断是否需要再供电，如果需要供电，会经过随机延迟后再供电，确保能够错开多个节点的供电时间。

4、该机组供电成功后，设为主机，负责给上电的通讯节点分发ID地址和统计正反供电的情况。

5、当主机检测到总线上节点的数量大于n时，为了避免供电不足的情况，由单一节点供电切换成多节点供电方案。此时主机会统计同向供电和反向供电的节点数量。

6、当同向供电的节点数比反向供电的节点数多时，主机发出同向供电信号，所有同向供电节点接收到该信号后，延迟t1时间后开始供电。

7、当反向供电的节点数比同向供电的节点数多时，主机发出反向供电信号(即切换供电方向指令)，所有节点接收到该信号后，反馈响应信号，如有节点未响应，主机发出终止反向供电信号，避免有节点没有响应，并且主机会反馈未响应节点的ID号。

8、所有同向供电节点接收到反向供电信号后，反馈响应信号，然后延迟较长的t1时间后，切断自身供电电源。

9、所有反向供电节点接收到反向供电信号后，反馈响应信号，然后开始检测总线上是否还有供电，当检测到总线上没有供电以后，开始供电，然后每个节点检测总线上所有同向供电节点(开始供电前还是反向供电的节点)的ID号，ID最小的节点成为新的主机。

10、过流保护机制在整个过程中都处于工作状态。如果因为过流的情况停止供电后，该节点会检测总线上的供电情况(包括同向供电、反向供电、是否切换多节点供电方案等)判断是否需要供电。如果连续尝试供电3次都触发了过流保护，那么该节点出现故障的可能性很大，为了避免其干扰总线的通讯，该节点放弃供电，并会发出供电故障信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种两芯无极性总线通信系统，其特征在于，包括两个以上的机组，各机组通过总线连接，所述机组在所述总线无供电方向时为总线供电，并统计总线上各机组的正反供电数据；在检测到预设的供电切换条件时，根据所述正反供电数据向所述总线发送同向供电信号；其中，所述同向供电信号用于控制总线上同向供电的机组开启供电。

2.根据权利要求1所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述机组包括供电方向检测模块、过流检测模块、供电控制模块和通讯模块，所述供电方向检测模块连接所述总线和所述供电控制模块，所述供电控制模块连接所述过流检测模块，所述过流检测模块连接所述总线，所述通讯模块连接所述供电控制模块和所述总线。

3.根据权利要求2所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述供电方向检测模块包括光耦U1和光耦U2，所述光耦U1的发射部的输入端连接第一总线端，所述光耦U1的发射部的输出端连接第二总线端，所述光耦U1的接收部的输入端连接所述供电控制模块，所述光耦U1的接收部的输出端接地；所述光耦U2的发射部的输出端连接所述第一总线端，所述光耦U2的发射部的输入端连接所述第二总线端，所述光耦U2的接收部的输入端连接所述供电控制模块，所述光耦U2的接收部的输出端接地。

4.根据权利要求3所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述供电方向检测模块还包括第一电阻组件，所述第一电阻组件的一端连接第一总线端，所述第一电阻组件的另一端连接所述光耦U1的发射部的输入端以及所述光耦U2的发射部的输出端。

5.根据权利要求4所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述第一电阻组件为电阻R1。

6.根据权利要求3所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述供电方向检测模块还包括第二电阻组件，所述光耦U1的接收部的输入端通过所述第二电阻组件连接外部电源端。

7.根据权利要求6所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述第二电阻组件为电阻R2。

8.根据权利要求3所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述供电方向检测模块还包括第三电阻组件，所述光耦U2的接收部的输入端通过所述第三电阻组件连接外部电源端。

9.根据权利要求8所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述第三电阻组件为电阻R3。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的两芯无极性总线通信系统，其特征在于，所述总线为家庭总线。

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