CN2906783Y - 中介式控制总线系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中介式控制总线系统装置，包括中介器、传感器、执行器，以及一条将所述中介器、传感器和执行器相连接的电缆总线，所述中介器、传感器和执行器均包括数据发送装置、数据接收装置和数据处理装置。本实用新型具有结构简单、成本低、功能灵活的优点。

Description

中介式控制总线系统装置

技术领域

本实用新型涉及一种控制装置，尤其是涉及一种中介式控制总线系统装置。

背景技术

随着科学技术的发展和人们对自动化水平要求的提高，控制总线技术在一些自动化系统(例如家庭自动化系统)中正扮演着越来越重要的角色。从七、八十年代开始，欧洲便开始流行EIB系统，其后在美国更出现了X-10、LonWorks和CEBus等著名的控制总线，使自动化技术又向前迈进了一大步。

在一个总线式的控制系统里，每个总线设备可分布在系统中不同的地方，但都要求与总线相连。每个与总线相连，能够利用总线来通信(不管是数据发送还是数据接收)的设备我们都称之为总线的“节点”。总线节点通常分为两大类，一类用于操作指令的输入，例如控制按钮和数字键盘等，以及用于参数/状态的感应或检测，像温度/湿度传感器和红外人体感应器等；这类节点都属于输入设备，会向总线发出信号，通知总线系统中的其它节点“有某种控制输入或有某种情况发生”等。我们将这一类节点统称为“传感器”。当有控制输入或有某种情况发生，传感器要向总线发出信号时，我们就称该传感器被“触发”了。

另一类节点我们称之为“执行器”，执行器会从总线中接收来自传感器的信号，当有这样的信号出现时，执行器便会对该信号进行分析，看该信号是否与其相关，如果有关系，执行器便会执行相应的操作，完成一个从输入到输出的总线式的控制过程。从这个意义上来说，执行器是总线上的输出设备。

以往控制总线中的传感器会向执行器发出一些称为“指令代码”的数据信号，执行器在接收到这些信号后便会对其进行译码分析，并根据分析的结果决定其输出操作。为了能正确地传递信息，传感器的指令代码必须包含有执行器的目标地址，以及执行器必须能读懂指令代码中的操作指令。这些目标地址和操作指令是用户在组成系统时通过“编程”而设定的，它们通常存储在传感器内的非易失性存储器之中，例如EEPROM、FLASH-ROM等。这类系统我们称之为“传感器可编程”系统。

当一个系统中有较多的传感器时，传感器可编程系统的编程工作就会变得比较麻烦，例如在一个系统中要用三个不同地方的按钮(传感器)去控制同一盏灯(执行器)时，用户便不得不同时对这三个按钮进行编程，又因为这三个按钮都是可编程的，因此无形中又增加了系统的成本。

为了解决这个问题，人们于是又提出了另外一种方案，这种方案的代表是ApBus总线。该总线提出将编程放在执行器上，从而使传感器得以简化。简单来说，与该总线兼容的传感器都无需编程，取而代之的是在每一个传感器的内部预设一个独特的数据包，ApBus定义为“事件数据包”。当传感器被触发时，该数据包便被传送到总线之中，事件数据包在总线中的传播，代表着系统中一个事件正在/已经发生。由于没有指定目标地址，总线中的每一个执行器都会同时接收到该数据包，“知道”有这样一个“事件”的发生。

为了使执行器能对该“事件”产生正确的“反应”(操作)，用户必须在执行器上编程。编程工作分两个步骤，首先要让执行器读入传感器的事件数据包，然后再向执行器“说明”当接收到该数据包时执行器应该“怎样做”，然后将这些数据保存起来，编程工作便告完成。这类系统ApBus定义为“执行器可编程”系统。

执行器可编程系统有一个很独特之处就是传感器的一个事件数据包可令多个执行器同时产生各自不同的动作。假设有一个家庭影院系统，该系统有一个传感器(控制按钮)和三个执行器(分别为灯、窗帘和影音设备等)，当控制按钮被按下时，代表着“进入家庭影院状态”的事件数据包便被传送进入总线之中，这个数据包可同时使灯调暗，窗帘关上，影音设备逐个开启等，每个执行器对同一个事件数据包都可以有不同的反应(在编程时设定)。又假设一个系统有三个传感器要控制同一个执行器，则只须要对这一个执行器进行编程，这样系统编程的效率便无形中被提高了。

然而执行器可编程总线系统亦有其不足之处，特别是系统中执行器的数目较多时，编程工作就变得复杂起来，成本亦会相应地增加。“传感器可编程”与“执行器可编程”就像是一个平衡杆上的两端，各有各的优缺点却又总是无法调和。

为了克服上述这两种系统的缺点和不足，于是人们又提出了“中介器可编程”的概念。在中介器可编程系统(简称中介式系统)中，传感器和执行器模块都无需编程，所有用户程序都存放在中介器非易失性存储器之中，并由中介器承担起数据“中介”和“翻译”任务，从而实现了控制从传感器输入到执行器输出的全过程。

在中介式系统中，中介器内包含有可编程的非易失性存储器，这些存储器用来存放系统中传感器“ID”和与这些ID所对应的“操作”。这些“操作”是用户指定的，即是在用户编程时由用户输入的。当系统中有“事件”发生时(例如灯控按钮被按下)，相应的传感器就会被触发，而与该事件对应的数据包便被发送到总线之中。该数据包被连接在总线上的中介器所接收，同时中介器会查找所有与该数据包相关联的操作资料，然后将有关操作数据包发送到总线之中。最后，执行器从总线中接到这些操作数据包，并根据数据包的操作指令实现相应的操作(例如灯被点亮等)，从而实现控制从传感器中产生，经中介器“接力”，最后在执行器中实现的全过程。

中介式控制总线系统，在一个系统中可将传感器和执行器同时简化，从而降低系统成本，并使系统变得更为灵活和方便，更适合于普及化应用。

本实用新型即是将中介式可编程系统进一步具体化，并给出一种有效的实用模式。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单，使用方便的中介式控制总线系统装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种中介式控制总线系统装置，包括中介器、传感器、执行器，以及一条将所述中介器、传感器和执行器相连接的电缆总线，所述中介器、传感器和执行器均包括数据发送装置、数据接收装置和数据处理装置。

所述数据发送装置为一独立电路，包括两个互相连接的三极管Q1、Q2及周边电阻，其一端连接所述数据处理装置的数据输出脚Data Out，另一端连接总线BUS+。

所述数据接收装置为一独立电路，包括两个互相连接的三极管Q3、Q4及周边电阻，并连接于所述总线的BUS+、BUS-和数据处理装置的数据输入脚DataIn。

所述中介器包含有电感装置，所述电感装置连接总线BUS+和BUS-。

所述中介器包含有稳压二极管装置并连接于总线BUS+和BUS-。

所述中介器包含有直流电源装置，其输出分别连接于总线DC+和DC-。

所述总线是四芯总线，其包括两对独立双绞线，其中一对双绞线为DC+和DC-，另一对为BUS+和BUS-。

本实用新型具有结构简单、成本低、功能灵活的优点。

附图说明

图1是本实用新型中介式控制总线系统装置组成框图。

图2是本实用新型典型中介系统电路图。

图3a是本实用新型数据传输时间图。

图3b是本实用新型数据发送波形图。

图3c是本实用新型数据总线波形图。

图3d是本实用新型数据接收波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

请参照图1所示，本实用新型中介式控制总线系统装置包含一个传感器模块，一个中介器模块和一个执行器模块，并且每个模块都通过一条四芯电缆总线连接在一起。在实际应用中可以有更多的模块连接在一起，而无论有多少个模块，其原理都是一样的。所述的四芯总线是由2对独立双绞线组成，其中一对双绞线为DC+和DC-，另一对为BUS+和BUS-。所述的四芯总线也可是由一根具有4对独立双绞线的五类线组成，并使用其中2对双绞线，另2对双绞线闲置；或者将4对独立双绞线并联成2对独立双绞线使用。

图2是本实用新型的一个典型的电路图，图中包含传感器、中介器模块和执行器三类模块，该三类模块的具体功能各有不同，但在数据通信方面都有相同或相似的结构。例如都有数据发送装置，数据接收装置和数据处理装置(处理器或单片机等)。数据发送和接收装置受数据处理装置控制，并且可以实现无冲突的串行数据传输。

数据发送装置包括Q1、Q2、R1、R2、R3、R4(图2中有三个Q1，即Q1_A、Q1_B和Q1_C，分别代表传感器内的Q1、中介器内的Q1和执行器内的Q1，三个Q1的位置虽然不同，但其意义都是一样的。这种情况同样适用于包含在图2中的其它元器件，例如Q2～Q4、R1～R9、D1等)，其一端连接数据处理装置的数据输出脚(Data Out)，另一端连接总线BUS+。常态Data Out为低电平，Q1、Q2被关断，数据发送装置对总线(BUS+)不会产生任何影响；如果系统中所有数据发送装置都处于常态，则总线BUS+与BUS-具有相等电平(DC-)，我们称这种状态为总线的“常态”或“非激活态”(Idle)。当Data Out输出高电平时，Q1、Q2导通，DC+电流通过Q1流入BUS+，迫使BUS+上升至DC+电平，这时我们称总线被激活了，或者说总线进入了“激活态”(Active)。当Data Out从高电平转为低电平时，Q1、Q2再度截止，BUS+重新返回非激活态。数据发送过程就是这样一个不断的“非激活态”/“激活态”的变化过程，如果数据接收装置能检测到总线的这种变化，便也就能够接收到相应的“数据”。

数据接收装置由Q3、Q4、D1、R5、R6、R7、R8、R9组成。Q3、R5、R7组成BUS+/BUS-电平检测电路。当总线处于常态时，BUS+和BUS-具有相同的电平(DC-)，Q3截止，并迫使Q4截止，Data In经R8上拉为高电平，这是DataIn的常态。当总线被激活时，BUS+从DC-电平上升为DC+电平，BUS+和BUS-之间便产生了一个电压差，该电压令Q3导通，从而致使Q4导通，Data In被Q4拉至低电平，这便是Data In的激活态。由于Data In的状态会跟随总线状态而变化，因此也就具备了从总线上接收数据的能力。

与传感器和执行器相比，中介器具有一些特别的电路和功能，例如直流电源J1、电感L1、稳压二极管D3、电容C1等。其中J1输出直流电并通过总线DC+和DC-供应给传感器和执行器，典型输出电压为12V，也可以是其它的电压值。

电感L1的主要作用是加快总线BUS+从激活态向非激活态的转化过程。当数据发送装置Q1导通时，总线进入激活态，BUS+/BUS-电压差使L1产生感性电流；当Q1截止时，加在BUS+上的高电平消失，L1电感电流通过D2、D3释放，并迫使BUS+变为负电平(-Vd)，这个电感电流加快了BUS+从激活态向非激活态的转化过程。C1为一无极性高频滤波电容，目的是减少BUS+高/低电平转换时产生的无线电干扰。

图3a为图3b～d波形图的一个时间尺度，在图中我们发现有三个重要的时间常数，T、2T、3T，这三个时间常数在下面的描述中会作进一步的说明。

图3b为Data Out的电压波形图。我们对Data Out发送的数据作以下的定义：数据“0”和“1”不是用Data Out的输出高/低电平来表示，而是由两个高电平的间隔时间来决定。典型系统定义每个Data Out高电平的时间为T，两个高电平间的间隔时间长度T代表数据“0”，2T代表数据“1”。在实际应用中时间长度可有一定的误差，亦可以有不同的定义。总的原则为：高电平间隔时间长度有两种，一种定义为数据“0”，另一种定义为数据“1”，定义数据“0”的数据长度也可以大于数据“1”。

图中Data Out在Idle时为低电平，Active时为高电平，数据“0”和“1”夹在两个高电平之间。数据包的长度可由用户自行定义。

图3c是总线BUS+的电压波形图。常态(Idle)时BUS+等于BUS-电平，我们定义为0V；激活态(Active)时BUS+电平为DC+；在数据发送装置激活态被解除瞬间，由于L1电感的缘故，BUS+从DC+电平迅速变为-Vd电平，这有利于加快BUS+激活态的解除。在图中接近0V及0V以下的电平为总线的非激活态。BUS+的激活态与Data Out的激活态相对应。

图3d是Data In的波形图。常态为高电平，激活态为低电平，其波形与DataOut相反。Data In的数据“0”和“1”的定义与Data Out相似，电平相反，数据“0”和“1”由两个低电平时间间隔决定。由于Data In和Data Out有对应关系，因此数据可以由Data Out发出，经由BUS+传输，最后被Data In接收，从而完成系统的数据传输过程。

图3中我们发现一个时间为3T的Idle时间，这是为了避免数据冲突采取的一个措施。在一组新的数据发送前，数据处理装置会先通过Data In检查数据总线的状态，如果数据总线为Idle，并连续延续超过3T的时间，则证明总线上没有数据正在传输，也就是说总线处于空闲状态，这样新的数据传输才可以开始。时间3T为一典型数值，在实际应用中，也可以定义为大于数据“0”和“1”的任一时间值。

Claims (7)

1、一种中介式控制总线系统装置，其特征在于：包括中介器、传感器、执行器，以及一条将所述中介器、传感器和执行器相连接的电缆总线，所述中介器、传感器和执行器均包括数据发送装置、数据接收装置和数据处理装置。

2、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述数据发送装置为一独立电路，包括两个互相连接的三极管Q1、Q2及周边电阻，其一端连接所述数据处理装置的数据输出脚Data Out，另一端连接总线BUS+。

3、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述数据接收装置为一独立电路，包括两个互相连接的三极管Q3、Q4及周边电阻，并连接于所述总线的BUS+、BUS-和数据处理装置的数据输入脚Data In。

4、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述中介器包含有电感装置，所述电感装置连接总线BUS+和BUS-。

5、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述中介器包含有稳压二极管装置并连接于总线BUS+和BUS-。

6、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述中介器包含有直流电源装置，其输出分别连接于总线DC+和DC-。

7、根据权利要求1所述的中介式控制总线系统装置，其特征在于：所述总线是四芯总线，其包括两对独立双绞线，其中一对双绞线为DC+和DC-，另一对为BUS+和BUS-。

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