CN214707732U - 一种多功能总线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多功能总线系统，涉及总线技术领域。本实用新型通过包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，供电单元与主机系统电连接，主机系统通过BUS总线与分机系统通信连接；主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，工作组模块包括均与动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，连接电路包括总线控制及保护模块，总线控制及保护模块与BUS总线连接，具有传输效果好，适用性高，实施成本低的特点。

Description

一种多功能总线系统

技术领域

本实用新型涉及总线技术领域，具体而言，涉及一种多功能总线系统。

背景技术

现场总线(Field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。其中就包括数字通讯总线，传统的数字通讯总线虽然很成熟，很难叠加模拟的语音通讯，将语音通讯转换成数字到远端又转换成语音，会使收发设备的复杂程度大大提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能总线系统，其能够针对于现有技术的不足，提出解决方案，具有传输效果好，适用性高，实施成本低的特点。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种多功能总线系统，包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，所述供电单元与所述主机系统电连接，所述主机系统通过所述BUS总线与所述分机系统通信连接；所述主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，所述工作组模块包括均与所述动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，所述通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，所述语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，所述连接电路包括总线控制及保护模块，所述总线控制及保护模块与所述BUS总线连接。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述分机系统包括供电回路、通讯回路以及语音回路，所述供电回路、通讯回路以及语音回路均与所述BUS总线连接；所述通讯回路包括依次连接的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块，所述语音回路包括依次连接的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述分机系统还包括总线极性处理装置，所述总线极性处理装置的输入端与所述BUS总线连接，所述总线极性处理装置的输出端分别连接有所述供电回路、通讯回路以及语音回路。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述供电回路包括稳压电路模块，所述稳压电路模块的输入端与所述总线极性处理装置的输出端连接，所述稳压电路模块的输出端与所述分机系统内部连接。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述第一语音采发装置和第二语音采发装置均包括声音采集器和声音外放器。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述声音采集器为麦克风，所述声音外放器为外放音响。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述分机系统的设置数量为1-255个。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述供电单元为直流供电模块。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，上述总线控制及保护模块包括短路保护模块、开路保护模块、过载保护模块和高压接触保护模块。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，还包括切换模块，所述切换模块分别与所述通讯电路、语音电路电连接。

本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：

效果一，传输效果好；本实用新型通过采用包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，供电单元与主机系统电连接，主机系统通过BUS总线与分机系统通信连接；主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，工作组模块包括均与动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，连接电路包括总线控制及保护模块，总线控制及保护模块与BUS总线连接的技术方案。通过在供电单元给予主机系统进行供电，而在主机系统中利用隔离升压电源、动态恒流控制器，对主机系统进行供电的电源进行处理，使得其输入电源能够保持符合主机系统的最佳工作电源，令其通信传输稳定，效果良好；还通过设置的通讯电路和语音电路，实现通讯信息的传输、处理和控制，从而实现传输的准确和效果良好；并且语音电路实现语音信号的采集和发送，且进行处理转换，实现较好的采集和输送。还通过总线控制及保护模块，进一步地，总线控制及保护模块包括短路保护模块、开路保护模块、过载保护模块和高压接触保护模块，实现整体系统进行多种电路保护，保证和提高传输的稳定性和效果。

效果二，适用性高；本实用新型通过BUS总线连接主机系统和分机系统，可以实现较远距离传输，可达万米的距离，可以适用于多种实际现场总线布置，实现通讯数据和语音信号的传输；并且，通过主机系统中的通讯电路和语音电路，实现通讯数据传输和语音信号传输都通过两根BUS总线进行传输到分机系统中，而进一步地，分机系统包括供电回路、通讯回路以及语音回路，供电回路、通讯回路以及语音回路均与BUS总线连接；通讯回路包括依次连接的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块，语音回路包括依次连接的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置。从而分机系统中也可以实现通讯数据和语音信号传输到主机系统，实现双向的语音和通讯传输，以及收发分离，实现较好的适用性。并且在分机系统中还设置有总线极性处理装置，从而可以避免在安装和连接的时候，还需要找准分机系统的极性，防止接错极性，而本实用新型可以无需考虑极性反接的问题，提高本实用新型的适用性。进一步地，分机系统设置数量为1-255个，可以根据实际情况进行设置，满足更多应用场景，进一步提高适用性。

效果三，实施成本低；本实用新型通过设置BUS总线，主机系统以及分机系统，通过两根BUS总线连接，实现通讯数据和语音信号的彼此传输，实现分机系统和主机系统的双向传输，其他模块成本也比较低廉，系统未产生叠加复杂度，实施成本不高，布置难度也较为不高，比较适合在本领域内进行推广使用，具有较好的实施前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例整体系统示意图；

图2为本实用新型实施例主机系统示意图；

图3为本实用新型实施例分机系统示意图；

图4为本实用新型实施例动态恒流控制器电路示意图。

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。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。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。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

请参照图1-图4，具体如图1-图4所示本实用新型的一种实施例。本实施例的BUS总线是可以传输数字通讯信号和语音信号的BUS总线，我们称为多功能总线，Power,digital,audio bus即PDA-BUS总线。

本实施例提供一种多功能总线系统，包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，供电单元与主机系统电连接，主机系统通过BUS总线与分机系统通信连接；供电单元给主机系统进行供电，而本实施例中的供电单元为直流供电模块，这里的直流供电模块是输出为稳定直流电，为整个系统实现直流供电，而直流供电模块可以是连接普通市电220V转为直流电，也可以是直流输出的电池。上述分机系统的设置数量为1-255个，而在本实施例中采用的是255个极限数量。主机系统在中控室，通过两根BUS总线，长距离与现场多达255的分机系统连接，每个分机系统有自己唯一的地址编号，实现和主机系统的独立通信连接。

而主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，工作组模块包括均与动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，连接电路包括总线控制及保护模块，总线控制及保护模块与BUS总线连接。上述总线控制及保护模块包括短路保护模块、开路保护模块、过载保护模块和高压接触保护模块。BUS总线的长线通讯特性，在使用现场环境复杂，为了提高线路的可靠性，利用总线控制及保护模块对现场的总线短路、开路、过载、高压接触等异常情况实施保护，在异常发生时，保护总线不会发生永久损坏。

上述分机系统包括供电回路、通讯回路以及语音回路，供电回路、通讯回路以及语音回路均与BUS总线连接；通讯回路包括依次连接的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块，语音回路包括依次连接的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置。

还包括切换模块，切换模块分别与通讯电路、语音电路电连接。用于切换通讯电路和语音电路。

BUS总线的供电和语音通讯功能，要求供电的电源的稳定可靠，并且为了满足长距离的要求，通过隔离升压电源进行升压，将总线电压适当提高，以抵消通讯线缆的阻抗损耗，满足长距离供电的要求。传统的恒流控制，都是采用电流恒定的方式，恒流电流不能动态自动变化，而本实施例的动态恒流控制器，可以根据分机系统接入的多少，自动调整恒流的输出值，使分机系统的数量可以在1～255之间任意选择而无需人工参与进行设置，极大的提高了恒流控制器的适用性。在分机系统接入后，自动调整一个最合适的电流值恒定输出。

这里需要说明的是，本实施例中的动态恒流控制器如图4所示，在本实施例中，三极管Q1和三极管Q2为PNP型三极管，为直流电源输入电压，为三极管Q1的发射极电压，为三极管Q1的基极和发射级间电压，为Q2的基极和发射级间电压，为Q2的基极电压，为输出端电压，在设备开机的初始阶段，电源给电解电容C1、C2充电，充电完成后，VQ2B电压如下：

V_Q2B＝(Vin-V_Q1E)+V_Q1BE+V_Q2BE≈V_OUT*R1+1.2

当输出端上没有数据时，允许输出端上的负载设备在较大范围内变化，但系统运行时，负载是相对稳定的，此时由于，电流会通过电阻R1、三极管Q1的EB结、三极管Q2的EB结和电阻R2，给三极管Q2和三极管Q1分别提供基极电流和，由此输出电流会根据负载设备的总电流需求，逼近一个稳定值或恒流值，即输出电流的直流分量：(其中为三极管Q1的电流放大系数，为三极管Q2的电流放大系数。)

I_OUT≈I_QC1＝I_QB1*β_Q1＝I_QB2*β_Q1*β_Q2

当输出端上有数据脉冲时，因发送电路发送数据脉冲是采用拉低总线增加总线电流的方式，每个低电平都造成输出端电流的突然增大，通过电阻R1的作用，使电压也随之同步降低，由于在较大容量的电解电容C1、C2的作用下相对稳定，造成和的突然减小，其公式如下：

V_Q1E＝(V_Q1BE+V_Q2BE)+V_Q2B

根据三极管特性，Q1、Q2相对于总线来说，等效于电流阻抗突然增大，VOUT因此突然降低，数据传送完毕，又恢复初始的输出端电流直流分量值。由此达到恒流的目的。

通讯电路采用独特的电流突变通讯模式，发送方将通讯的数据以电流变化的形式加载到通讯BUS总线上，因为BUS总线由上述动态恒流控制器控制，电流是相对稳定的，从而使接收方能够检测出电流的突变，将突变作为通讯数据检出。第一通讯控制模块都是收、发双向的。第一通讯收发分离模块将数字通讯收发分开，第一通讯处理模块则实现对接收到的收发开的数字通讯进行处理和识别后传输给第一通讯控制模块，以及对第一通讯控制模块所产生的控制信号进行转换后将其信号传输到第一通讯收发分离模块，再传输到BUS总线上向分机系统传输信号。

在语音电路中的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，完成语音信号的传输和处理，第一语音分离收发模块用于接受来自分机系统的语音信号，然后传输给第一语音处理模块进行转换和调解，最后传输到第一语音采发装置进行外放；或者第一语音采发装置采集到语音信号，传输到第一语音处理模块进行调制转换后，传输到第一语音分离收模块中进行发送分离，然后将其语音信号传输到分机系统。BUS总线独特之处在于，在数据通讯线上直接传输模拟语音信号，从而大大降低对硬件的成本要求。传统语音通讯都是在发送方，通过将语音调制成数字信号发送出去，在接收方，又将数字信号解调成语音信号，对硬件要求较高，如果完成多方语音混合，难度也更大。本系统直接将语音模拟信号发送到BUS总线，降低了成本。

在本实施例中，上述分机系统还包括总线极性处理装置，总线极性处理装置的输入端与BUS总线连接，总线极性处理装置的输出端分别连接有供电回路、通讯回路以及语音回路。利用总线极性处理装置对分机系统进行极性处理，使得分机系统不区分极性，大大便捷了安装和连接的稳定性和安全性，不需要单独去区分极性再连接。

而在分机系统中的供电回路、通讯回路以及语音回路中，供电回路包括稳压电路模块，稳压电路模块的输入端与总线极性处理装置的输出端连接，稳压电路模块的输出端与分机系统内部连接，对分机系统全部单元和模块实现供电，稳压电路模块对分机系统的电路电压稳定提供保证。

这里需要强调的是，在通讯回路中的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块以及语音回路中的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置实现原理和功能均与通讯电路中的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块以及语音电路中的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置的实现原理和功能一致。实现分机系统和主机系统的通讯数据传输和语音信号的传输。

而第一通讯收发分离模块将数字通讯收发分开，发送时，先检测BUS总线上是否有数据传输，当BUS总线空闲时才进行发送，同时，关闭语音电路防止数字通讯对语音信号的干扰，发送完毕后即打开语音电路，恢复语音通讯，因为数据传输采取短帧通讯，因此短暂的关闭语音电路，不影响语音的通讯。因为语音和上述数字控制信号同时在BUS总线上传输，为了避免数字信号通讯对语音通信的干扰，通讯电路在需要数字通讯时，给出控制信号短暂关闭语音处理模块(由第一通讯控制模块发出)，而在数字通讯空闲时，打开语音电路，很好的实现数字通讯和语音通讯的融合，且互不干扰。此时就需要用到切换模块，用于切换语音电路通信和通讯电路通信。

在本实施例中，上述第一语音采发装置和第二语音采发装置均包括声音采集器和声音外放器。上述声音采集器为麦克风，声音外放器为外放音响。利用声音采集器对声音进行手机产生语音信号传输到语音电路和语音回路中或者将语音电路和语音回路中接收到的语音信号传输到声音外放器中进行外放。这里需要特别说明的是，声音采集器和声音外放器本实施例优选的是麦克风和外放音响，在其他实施例中也可以采用其他能够完成相应功能的设备。

综上所述，本实用新型通过采用包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，供电单元与主机系统电连接，主机系统通过BUS总线与分机系统通信连接；主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，工作组模块包括均与动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，连接电路包括总线控制及保护模块，总线控制及保护模块与BUS总线连接的技术方案。通过在供电单元给予主机系统进行供电，而在主机系统中利用隔离升压电源、动态恒流控制器，对主机系统进行供电的电源进行处理，使得其输入电源能够保持符合主机系统的最佳工作电源，令其通信传输稳定，效果良好；还通过设置的通讯电路和语音电路，实现通讯信息的传输、处理和控制，从而实现传输的准确和效果良好；并且语音电路实现语音信号的采集和发送，且进行处理转换，实现较好的采集和输送。还通过总线控制及保护模块，进一步地，总线控制及保护模块包括短路保护模块、开路保护模块、过载保护模块和高压接触保护模块，实现整体系统进行多种电路保护，保证和提高传输的稳定性和效果。本实用新型通过BUS总线连接主机系统和分机系统，可以实现较远距离传输，可达万米的距离，可以适用于多种实际现场总线布置，实现通讯数据和语音信号的传输；并且，通过主机系统中的通讯电路和语音电路，实现通讯数据传输和语音信号传输都通过两根BUS总线进行传输到分机系统中，而进一步地，分机系统包括供电回路、通讯回路以及语音回路，供电回路、通讯回路以及语音回路均与BUS总线连接；通讯回路包括依次连接的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块，语音回路包括依次连接的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置。从而分机系统中也可以实现通讯数据和语音信号传输到主机系统，实现双向的语音和通讯传输，以及收发分离，实现较好的适用性。并且在分机系统中还设置有总线极性处理装置，从而可以避免在安装和连接的时候，还需要找准分机系统的极性，防止接错极性，而本实用新型可以无需考虑极性反接的问题，提高本实用新型的适用性。进一步地，分机系统设置数量为1-255个，可以根据实际情况进行设置，满足更多应用场景，进一步提高适用性。本实用新型通过设置BUS总线，主机系统以及分机系统，通过两根BUS总线连接，实现通讯数据和语音信号的彼此传输，实现分机系统和主机系统的双向传输，其他模块成本也比较低廉，系统未产生叠加复杂度，实施成本不高，布置难度也较为不高，比较适合在本领域内进行推广使用，具有较好的实施前景，本领域技术人员能够较好的理解本实用新型，不存在推广使用中的成本壁垒。

综上，本实用新型的实施例提供一种多功能总线系统，其能够针对于现有技术的不足，提出解决方案，具有传输效果好，适用性高，实施成本低的特点，非常适合在总线技术领域内进行推广使用，具备较好的市场推广前景。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种多功能总线系统，其特征在于，包括主机系统、供电单元、BUS总线以及分机系统，所述供电单元与所述主机系统电连接，所述主机系统通过所述BUS总线与所述分机系统通信连接；所述主机系统包括依次连接的隔离升压电源、动态恒流控制器和工作组模块，所述工作组模块包括均与所述动态恒流控制器连接的通讯电路、连接电路以及语音电路，所述通讯电路包括依次连接的第一通讯分离收发模块、第一通讯处理模块以及第一通讯控制模块，所述语音电路包括依次连接的第一语音分离收发模块、第一语音处理模块以及第一语音采发装置，所述连接电路包括总线控制及保护模块，所述总线控制及保护模块与所述BUS总线连接。

2.根据权利要求1所述的多功能总线系统，其特征在于，所述分机系统包括供电回路、通讯回路以及语音回路，所述供电回路、通讯回路以及语音回路均与所述BUS总线连接；所述通讯回路包括依次连接的第二通讯分离收发模块、第二通讯处理模块以及第二通讯控制模块，所述语音回路包括依次连接的第二语音分离收发模块、第二语音处理模块以及第二语音采发装置。

3.根据权利要求2所述的多功能总线系统，其特征在于，所述分机系统还包括总线极性处理装置，所述总线极性处理装置的输入端与所述BUS总线连接，所述总线极性处理装置的输出端分别连接有所述供电回路、通讯回路以及语音回路。

4.根据权利要求3所述的多功能总线系统，其特征在于，所述供电回路包括稳压电路模块，所述稳压电路模块的输入端与所述总线极性处理装置的输出端连接，所述稳压电路模块的输出端与所述分机系统内部连接。

5.根据权利要求1所述的多功能总线系统，其特征在于，所述第一语音采发装置和第二语音采发装置均包括声音采集器和声音外放器。

6.根据权利要求5所述的多功能总线系统，其特征在于，所述声音采集器为麦克风，所述声音外放器为外放音响。

7.根据权利要求1所述的多功能总线系统，其特征在于，所述分机系统的设置数量为1-255个。

8.根据权利要求1所述的多功能总线系统，其特征在于，所述供电单元为直流供电模块。

9.根据权利要求1所述的多功能总线系统，其特征在于，所述总线控制及保护模块包括短路保护模块、开路保护模块、过载保护模块和高压接触保护模块。

10.根据权利要求1-9任一项所述的多功能总线系统，其特征在于，还包括切换模块，所述切换模块分别与所述通讯电路、语音电路电连接。

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