KR102579223B1 - 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은: 하나 이상의 센서에 연결되고, 감지된 센서 신호를 대응하는 전류 신호로 변조하도록 구성된, 하나 이상의 슬레이브 모듈; 상기 하나 이상의 슬레이브 모듈의 제1 슬레이브 모듈, 상위 슬레이브 모듈, 및 하위 슬레이브 모듈에 데이지 체인 선을 통해 연속적으로 캐스케이드 연결되어 데이지 체인 센서 네트워크를 형성하고, 통신선을 통해 상위 컴퓨터와 상호 연결되는, 마스터 모듈; 및 전력을 공급하고 변조를 통해 상기 슬레이브 모듈에 의해 획득된 상기 전류 신호를 전송하도록 구성되어, 상기 마스터 모듈이 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 획득한 다음 디코딩하여 대응하는 센서 데이터를 획득하는, 상기 데이지 체인 선;을 포함한다. 본 발명은 저전력 소모, 주소 불필요, 데이터 전송 채널 공유, 저 시스템 비용, 편리한 장치 설치, 등의 장점을 가진다.

Description

데이지 체인 2선 센서 측정 시스템 및 방법

본 발명은 통신 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 데이지 체인 2선 센서(daisy chain two-wire sensor) 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.

종래 센서 네트워크 대부분은 RS485 네트워크 기술과 같은 버스 토폴로지를 채택한다. 각 노드는 두 통신선을 가지고, 버스를 이용해 공급받을때 추가로 두 전력선을 가지며, 각 노드는 독립된 주소를 가진다. 이러한 유형의 네트워크는 양방향 통신, 데이터 업로드, 및 제어 명령의 전달을 지원하고, 일반적인 측정 및 제어 시스템에 적합하다. 하지만, 이런 유형의 네트워크에서, 상기 버스는 네(four) 선을 포함하는데, 이는 복잡한 배선과 높은 배선 및 하드웨어 비용을 야기한다. 각 노드는 독립적인 주소를 필요로 하므로, 프로토콜이 복잡하다. 게다가, 시스템 설치와 디버깅이 불편하다.

Maxim 사의 온도 측정 칩 DS18B20은, 시장에서 널리 사용되는데, 1선 센서 버스를 채택한다. 두 전원선에 더하여, 오직 하나의 통신 버스만 필요하다. 모든 칩은 데이터 통신을 완료하기 위해 동일한 세 선에 의해 연결되고, 각 칩은 고유한 독립 식별(ID: identification) 번호를 가진다. 이런 식으로, 상기 배선은 어느 정도 단순화된다. 하지만, 상기 세 선은 여전히 필요하고, 상기 ID 번호에 의해 구분되는데, 상기 ID 번호는 설치와 배치 동안 읽힐 필요가 있고, 교체가 불편한 결과를 낳는다.

일반적인 통신 토폴로지로서, 데이지 체인 네트워크가 센서 네트워크에 적용될 수 있다. 상기 데이지 체인 네트워크에서, 각 노드는 두 쌍의 트랜시버를 가지고, 두 통신선에 연결된다. 각 통신선은 두 노드에 연결되고, 상기 노드는 서로 밀접하게 연결된다. 노드의 데이터는 인접 노드에 의해 전달된다. 따라서, 상기 데이지 체인 네트워크는 주소가 필요 없다. 하지만, 상기 데이지 체인 네트워크의 상기 노드는 여전히 독립적인 전력선을 필요로 하고, 따라서 두 전력선과 두 통신 인터페이스를 필요로 한다. 만일 한 선이 통신을 위해 채택되면, 각 노드는 또한 네 외부의 선에 연결될 필요가 있고, 종단 노드에서 마스터 노드로의 데이터 전송은 많은 전달 동작이 필요하다. 그 결과, 데이터는 유실되기 쉽고, 대규모 네트워크를 구축하기에 적합하지 않다.

컨테이너 특정 리튬 배터리 에너지 저장 시스템과 같은 일부 배터리 관리 응용에서, 종종 수백개의 배터리 팩이 직렬로 연결되고, 각 배터리 팩은 병렬로 연결된 많은 리튬 배터리를 포함한다. 배터리 안전을 위해, 이들 배터리의 온도를 측정해야 한다. 종래 해결책에서는, 많은 센서와 통신 버스가 필요했는데, 이는 복잡한 연결과 효율적인 관리를 수행하기 어렵게 만드는 결과를 낳았다. 이러한 관점에서, 본 발명은 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템 및 방법을 제공한다.

종래 기술의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템 및 방법을 제공한다.

본 발명은 다음의 기술적 해결책에 의해 구현된다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템을 제공하는데:

하나 이상의 센서에 연결되고, 센서 신호를 감지하여 상기 감지된 센서 신호를 대응하는 전류 신호로 변조하도록 구성된, 하나 이상의 슬레이브 모듈;

상기 하나 이상의 슬레이브 모듈의 제1 슬레이브 모듈, 상위 슬레이브 모듈, 및 하위 슬레이브 모듈에 데이지 체인 선을 통해 연속적으로 캐스케이드 연결되어 데이지 체인 센서 네트워크를 형성하고, 통신선을 통해 상위 컴퓨터와 상호 연결되는, 마스터 모듈;

전력을 공급하고 변조를 통해 상기 슬레이브 모듈에 의해 획득된 상기 전류 신호를 전송하도록 구성되되, 상기 마스터 모듈은 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 획득한 다음 디코딩하여 대응하는 센서 데이터를 획득하는, 상기 데이지 체인 선;을 포함한다.

또한, 상기 마스터 모듈은 전원 인터페이스, 마스터 하위 스위치, 마스터 하위 인터페이스, 신호 복조 회로, 마스터 전압 안정화 회로, 마스터 제어기, 및 통신 인터페이스를 포함한다.

또한, 상기 전원 인터페이스는 외부 전력 공급장치 및 상기 마스터 전원 안정 회로에 연결된다. 상기 마스터 전압 안정화 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 입력 공급 전압을 안정화하고 상기 안정된 공급 전압을 상기 마스터 제어기 및 상기 마스터 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성된다.

또한, 상기 마스터 하위 스위치는 상기 마스터 제어기에 연결되고 상기 데이지 체인 선에 직렬로 연결되어, 상기 마스터 하위 인터페이스를 통해 상기 제1 슬레이브 모듈의 슬레이브 상위 인터페이스의 전도성(conduction)을 제어한다.

또한, 상기 신호 복조 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 센서 데이터를 얻도록 구성된다.

또한, 상기 통신 인터페이스는 상기 상위 컴퓨터에 연결되어, 상기 센서 데이터를 상기 상위 컴퓨터로 전송한다.

또한, 상기 슬레이브 모듈은 슬레이브 상위 인터페이스, 슬레이브 하위 인터페이스, 역방향 연결 방지 회로, 슬레이브 전압 안정화 회로, 신호 변조 회로, 슬레이브 제어기, 및 슬레이브 하위 스위치를 포함한다. 상기 슬레이브 모듈은 역방향 연결 방지 회로를 더 포함하여 상기 데이지 체인 선이 반대로 연결되었을 때 상기 슬레이브 모듈의 회로가 손상되는 것을 방지한다.

또한, 상기 하위 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 상위 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 하위 인터페이스에 연결되거나, 상기 제1 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 마스터 모듈의 상기 마스터 하위 인터페이스에 연결된다.

슬레이브 하위 버스 스위치는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 하위 인터페이스 사이에 연결되어 상기 하위 슬레이브 모듈의 전도성을 제어한다;

상기 슬레이브 전압 안정화 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 데이지 체인 버스에 의해 전압 입력을 안정화하고 상기 안정된 전압을 전력 공급을 위해 상기 슬레이브 제어기 및 상기 슬레이브 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성되고, 상기 슬레이브 모듈이 데이터를 전송할 때 신호 전송에 의해 발생한 상기 슬레이브 제어기에 대한 간섭을 차폐하도록 추가로 구성된다.

상기 신호 변조 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 상기 센서 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하고 상기 전류 신호를 상기 데이지 체인 선을 통해 상기 마스터 모듈에 전송하도록 구성된다.

또한, 상기 신호 변조 회로는 발광(light-emitting) 다이오드를 사용하여 신호 변조를 수행하고, 데이터 전송 동안 상기 슬레이브 모듈의 작업 상태를 표시한다.

또한, 상기 슬레이브 모듈은 내부 센서와 외부 센서를 포함한다. 슬레이브 제어기는 상기 내부 센서와 상기 외부 센서 사이에 연결되어 상기 내부 센서와 상기 외부 센서를 감지한다. 상기 내부 센서는 상기 슬레이브 모듈의 내부 파라미터를 획득하도록 구성된다. 상기 외부 센서는 온도 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 가스 연기 센서, 습도 센서, 진동 센서, 감광(photosensitive) 센서, 또는 홀(Hall) 스위치 센서 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.

제 2 측면에 따르면, 본 발명은 데이지 체인 2선 센서 측정 방법을 제공하는데, 상기 측정 방법은 상기 제1 측면에서 설명된 상기 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템을 사용하고, 다음 단계들을 포함한다:

S1: 상기 시스템을 초기화하고, 상기 센서 신호 샘플링을 활성화하고, 상기 수집된 센서 신호를 인코딩하는 단계;

S2: 상기 센서 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하고, 상기 전류 신호를 상기 데이지 체인 선으로 전송하는 단계;

S3: S3 단계 중 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 센서 데이터를 획득하는 단계; 및

S4: 상기 센서 데이터에 기반하여, 오류 슬레이브 모듈 또는 비정상 센서 데이터의 발생 여부를 판단하는 단계.

또한, 상기 방법에서, 단일 슬레이브 모듈의 데이터 전송과 오류 위치 결정은 다음 기간을 포함한다:

T0는 버스가 꺼지고, 마스터 모듈에 의해 제어되는 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 마스터 모듈은 마스터 하위 스위치를 끄고, 모든 슬레이브 모듈은 꺼진 상태이고;

T1은 동기화를 위한 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 마스터 모듈은 이미 상기 마스 하위 스위치를 켜고, 상기 슬레이브 모듈은 연속적으로 켜지며; T1의 지속시간은 상기 슬레이브 모듈에 의해 결정되고; 상기 슬레이브 모듈은 켜진 후에 데이터 전송을 준비하고 T1 내에 센서 샘플링을 완료하되, 상기 T1의 지속시간의 상한은 T1max이고; 및

T2는 데이터 전송을 위한 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 슬레이브 모듈은 상기 센서 데이터의 수집을 완료하고, 상기 데이터를 처리하여 전송하고, T2의 지속시간의 상한은 T2max이다.

또한, 이 방법에서, N 슬레이브 모듈의 데이터 전송 및 오류 위치 결정은 다음 단계들을 포함한다:

S1: 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 켜고, T0을 종료하고, T1을 위한 타이밍을 활성화하되, n은 1로 설정되는 단계;

S2: 만일 상기 마스터 모듈이 T1max 내에 어떤 데이터도 수신하지 않으면, n 슬레이브 모듈이 읽기 수행을 실패한 것으로 판단하고, SE 단계로 점프하는 단계;

S3: 상기 마스터 모듈이 데이터를 수신한 후 T2를 위한 타이밍을 활성화하고, 모든 데이터를 종료하고, 데이터 전송의 완료를 기다리는 단계;

S4: 만일 T2>T2max이면, N번째 슬레이브 모듈에 데이터 에러가 발생했는지 판단하여, SE로 점프하는 단계;

S5: 만일 상기 데이터에 검사 오류가 있으면, SE 단계로 점프하고; 만일 센서가 개방되었거나 단락되었음을 나타내는 오류가 상기 데이터에 존재하면, S6으로 점프하는 단계;

S6: n을 n+1로 설정하고, T1을 위한 타이밍을 활성화하는 단계;

S7: S2로 점프하는 단계; 및

SE: 만일 n=N+1이면, 모든 상기 슬레이브 모듈의 데이터가 수신되었고 데이터 전송이 완료되었음을 지시하고, 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 끄고; 만일 n<N+1이면, n번째 슬레이브 모듈에 통신 오류가 발생했다고 결정하는 단계.

본 발명은 다음 이점을 가진다.

본 발명에서, 상기 마스터 모듈과 상기 복수의 슬레이브 센서 감지 모듈은 상기 전력선을 통해 연속적으로 직렬로 연결되어 상기 데이지 체인 센서 모니터링 네트워크를 형성하고, 그에 의해 쉬운 확장을 실현한다. 한 선이 전력 공급과 통신을 위해 공유되므로, 다시 말해, 하나의 전력선이 상기 마스터 모듈과 상기 복수의 슬레이브 센서 감지 모듈에 전력을 공급하고 데이터를 전송하기 위해 사용됨으로써, 현장 배선을 단순화한다. 상기 신호는 전류 모드에서 전송되므로, 간섭 방지 능력이 강화되고 주소 인코딩이 요구되지 않는다. 게다가, 본 발명은 또한 저비용 및 저전력 소비라는 이점도 가진다.

본 발명에서, 특수한 데이지 체인 구조가 채택되었다. 상기 하위 슬레이브 센서 감지 모듈의 데이터가 상위 슬레이브 센서 감지 모듈의 전달 없이 상기 마스터 모듈에 직접 전송된다. 각 슬레이브 센서 감지 모듈은 오직 샘플링, 데이터 전송, 및 상기 하위 버스 스위치 제어용으로만 구성되므로, 상기 슬레이브 제어기에 대한 요구사항이 낮고 적은 비용으로 구현이 용이하다.

본 발명에서, 상기 2선 버스가 채택되어, 배선이 편리하다. 이러한 기술적 해결책은 다른 센서 모니터링 시스템에 또한 사용될 수 있다. 각 슬레이브 센서 감지 모듈은 또한 복수의 외부 센서에 연결될 수 있고, 한 데이터 전송 채널이 공유됨으로써, 추가로 상기 시스템 비용을 감소시키고 상기 장치 설치를 단순화한다.

본 발명의 실시예 또는 종래 기술의 기술적 해결책을 보다 명확히 설명하기 위해, 다음은 실시예 또는 종래 기술을 설명하기 위해 필요한 도면을 간단히 설명한다. 명백히, 다음 설명의 도면들은 본 발명의 일부 실시예를 보여주고, 이 기술 분야의 통상의 기술자는 창의적인 노력 없이 이들 도면들로부터 다른 도면들을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템의 구조의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 슬레이브 모듈의 구조의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 상기 슬레이브 모듈의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마스터 모듈의 구조의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 상기 마스터 모듈의 회로도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 데이지 체인 2선 온도 측정 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 배터리 온도 측정을 위해 사용된 회로 구조의 구조도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 2선 데이지 체인 센서 네트워크 시스템의 타이밍도이다.

본 발명의 실시예의 목적, 기술적 해결책 및 이점을 보다 명확히 하기 위해, 본 발명의 실시예의 기술적 해결책은 본 발명의 실시예 내의 도면을 참조하여 아래에 명확하고 완전히 설명될 것이다. 명백히, 설명된 실시예는 본 발명의 실시예의 전부라기보다는 부분이다. 본 발명의 실시예에 기반하여 통상의 기술자가 창의적인 노력 없이 얻은 모든 다른 실시예들은 본 발명의 보호 범위 내에 속할 것이다.

실시예 1

도 1에 보이듯이, 이 실시예는 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템을 제공하는데:

하나 이상의 센서에 연결되고, 센서 신호를 감지하여 상기 감지된 센서 신호를 대응하는 전류 신호로 변조하도록 구성되는 하나 이상의 슬레이브 모듈;

상기 하나 이상의 슬레이브 모듈의 제1 슬레이브 모듈, 상위(upper-stage) 슬레이브 모듈, 및 하위(lower-stage) 슬레이브 모듈에 데이지 체인 선을 통해 연속적으로 캐스케이드 연결되어(cascaded) 데이지 체인 센서 네트워크를 형성하고, 통신선을 통해 상위 컴퓨터와 연결되는 마스터 모듈; 및

상기 마스터 모듈과 상기 제1 슬레이브 모듈 사이 또는 상기 상위 슬레이브 모듈과 상기 하위 슬레이브 모듈 사이에 연결되고, 전력을 공급하고 변조를 통해 상기 슬레이브 모듈에 의해 획득된 상기 전류 신호를 전송함으로써, 상기 마스터 모듈이 상기 데이지 체인 선 상의 상기 전류 신호를 획득한 다음 디코딩하여 대응하는 센서 데이터를 획득하도록 구성되는 데이지 체인 선;을 포함한다.

이 실시예에서, 상기 마스터 모듈은 전원 인터페이스, 마스터 하위 스위치, 마스터 하위 인터페이스, 신호 복조 회로, 마스터 전압 안정화 회로, 마스터 제어기, 및 통신 인터페이스를 포함한다.

이 실시예에서, 상기 전원 인터페이스는 외부 전력 공급장치 및 상기 마스터 전압 안정화 회로에 연결된다. 상기 마스터 전압 안정화 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 입력 공급 전압을 안정화하고 상기 안정화된 공급 전압을 상기 마스터 제어기 및 상기 마스터 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성된다.

이 실시예에서, 상기 마스터 하위 스위치는 상기 마스터 제어기에 연결되고 상기 데이지 체인 선에 직렬로 연결되어, 상기 마스터 하위 인터페이스를 통해 상기 제1 슬레이브 모듈의 슬레이브 상위 인터페이스의 전도성(conduction)을 제어한다.

이 실시예에서, 상기 신호 복조 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 센서 데이터를 획득하도록 구성된다.

이 실시예에서, 상기 통신 인터페이스는 상기 상위 컴퓨터에 연결되어, 상기 센서 데이터를 상기 상위 컴퓨터로 전송한다.

이 실시예에서, 상기 슬레이브 모듈은 슬레이브 상위 인터페이스, 슬레이브 하위 인터페이스, 역방향 연결 방지 회로, 슬레이브 전압 안정화 회로, 신호 변조 회로, 슬레이브 제어기, 및 슬레이브 하위 스위치를 포함한다.

상기 하위 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 상위 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 하위 인터페이스에 연결되거나, 상기 제1 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 마스터 모듈의 상기 마스터 하위 인터페이스에 연결된다.

슬레이브 하위 버스 스위치가 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 하위 인터페이스 사이에 연결되어 상기 하위 슬레이브 모듈의 전도성을 제어한다.

상기 슬레이브 전압 안정화 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 데이지 체인 버스에 의해 전압 입력을 안정화하고 상기 안정화된 전압을 전력 공급을 위해 상기 슬레이브 제어기 및 상기 슬레이브 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성되고, 상기 슬레이브 모듈이 데이터를 전송할 때 신호 전송에 의해 발생한 상기 슬레이브 제어기에 대한 간섭을 차폐하도록 추가로 구성된다.

상기 신호 변조 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 상기 센서 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하고 상기 전류 신호를 상기 데이지 체인 선을 통해 상기 마스터 모듈에 전송하도록 구성된다.

이 실시예에서, 상기 신호 변조 회로는 발광(light-emitting) 다이오드를 사용하여 신호 변조를 수행하고, 데이터 전송 동안 상기 슬레이브 모듈의 작업 상태를 표시한다. 데이터 전송 동안, 상기 발광 다이오드가 깜박인다.

이 실시예에서, 상기 슬레이브 모듈은 내부 센서와 외부 센서를 포함한다. 슬레이브 제어기는 상기 내부 센서와 상기 외부 센서에 연결되어 상기 내부 센서와 상기 외부 센서를 감지하고, 상기 내부 센서는 상기 슬레이브 모듈의 내부 파라미터를 획득하도록 구성된다.

이 실시예에서, 상기 외부 센서는 온도 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 가스 연기 센서, 습도 센서, 진동 센서, 감광(photosensitive) 센서, 또는 홀(Hall) 스위치 센서 중 하나 이상을 포함한다.

이 실시예에서, 상기 연결은 단순하다. 오직 두 선이 상기 마스터 모듈과 상기 제1 슬레이브 모듈을 연결하고, 상기 상위 슬레이브 모듈과 상기 하위 슬레이브 모듈을 연결하기 위해 사용된다.

이 실시예에서, 어떤 슬레이브 모듈의 데이터도 중간 노드에 의해 전달되지 않고 상기 마스터 모듈에 직접 전송되고, 상기 데이터 전송은 상기 전류 신호를 채택하는데, 이는 장거리 및 다중 노드 네트워크 시스템에 적합하다.

이 실시예에서, 상기 슬레이브 모듈은 주소 인코딩이 필요하지 않다. 프로토콜에서 주소 필드가 필요하지 않다. 설치, 배포, 디버깅, 유지, 및 교체에 편리하다.

이 실시예에서, 전압 안정화 회로, 아날로그-디지털(AD: analog-digital) 샘플링 회로, MOS(metal-oxide-semiconductor) 스위치, 및 복수의 저항들만이 상기 슬레이브 모듈의 상기 회로에 필요하고, 대형 캐패시터와 인듀서(inductor)는 없다. 이는 집적 회로 구현을 쉽게 하고 한계 비용을 더 감소시킨다.

이 실시예에서, 각 노드는 데이터 전송이 필요할 때만 작동하고, 다른 시간에는 전원 차단 또는 슬립(sleep) 모드 상태이다. 상기 슬립 모드에서 상기 모듈의 전력 소모는 약 10uA이다. 100개의 노드를 포함하는 네트워크에 대해서도, 상기 네트워크의 평균 전력 소모는 단지 1mA이다.

실시예 2

이 실시예는 데이지 체인 토폴로지를 제공한다. 슬레이브 온도 감지 모듈이 데이터를 마스터 모듈로 보내는 단방향 통신이 수행되고, 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 복수의 온도 센서에 연결되는데, 이는 일반적으로 상기 온도 센서들이 서로 인접한 환경에서 분산된다.

예를 들면, 상기 온도 센서는 동일한 배터리 팩의 다른 부분에 부착되므로, 상기 온도 차이가 작다. 상기 마스터 모듈이 많은 시간을 많은 양의 온도 센서 데이터를 수신하는데 소비하는 것을 고려할 때, 이는 평균 데이터 갱신 속도에 영향을 미치는데, 이 실시예는 데이터 압축 알고리즘을 제안한다.

이 실시예에서, 상기 시스템의 비용, 부피 및 오류율을 더욱 감소시키기 위해, 상기 슬레이브 온도 감지 모듈의 슬레이브 제어기는 클록(clock) 소스로서 낮은 정밀도의 오실레이터를 사용할 수 있다.

예를 들면, 칩 내부의 RC 오실레이터가 사용된다. 이를 위해, 이 실시예는 큰 클록 오류를 견딜 수 있는 데이터 전송 프로토콜을 제안한다.

먼저, 상기 온도 센서의 이상이 걸러진다. 만일 상기 온도 센서가 개방된 경우 Tn=Tmax이고; 만일 상기 온도 센서가 단락된 경우 Tn=0이다. (0, Tmax) 범위의 값은 상기 온도 센서의 측정된 값이다. 예를 들면, 만일 Tn=1이면, 대응 온도는 -40 ℃이고, 만일 Tn=160이면, 대응하는 온도는 120 ℃이다.

상기 슬레이브 제어기에서 수집한 상기 센서의 N개의 정상 온도 값 중 최소값 Tmin은 기준 값으로 계산되고, Tn′=Tn-Tmin이 온도 차이로 사용된다. 네 온도 센서를 예를 들면, 대응하는 전송 프로토콜은 다음의 필드로 구성된다:

1. 측정 간격 필드. 상기 측정 간격 필드는 상기 온도 감지 모듈이 켜진 다음 각 온도 센서의 측정 값을 측정하는 시간을 특정하고, 상위 슬레이브 온도 감지 모듈(12)의 데이터 전송의 데이터 파형을 나누기 위해 특정 시간 간격이 유지된다.

2. 클록 동기화 필드. 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 그 자체 클록을 기준으로 사용하여 1010을 순서대로 보내어 상기 슬레이브 온도 감지 모듈에 의해 사용된 클록 주파수를 상기 마스터 모듈에 알린다. 두 숫자 "1"을 수신한 시간 간격에 기반하여, 상기 마스터 모듈은 상기 슬레이브 온도 감지 모듈에 의해 사용된 상기 기준 클록을 결정한다. 이 필드에서 클록 비트의 너비는 W로 설정된다.

3. 온도 기준 값 필드. Tmin의 이진 코드는 W 간격으로 비트 단위로 전송된다. 만일 모든 온도 센서가 단락되면, Tmin=00000000b이고, 온도 차이 필드는 비어있다. 만일 모든 온도 센서가 개방되면, Tmin=11111111b이고, 온도 차이 필드는 비어있다. 만일 일부 온도 센서가 개방되고, 나머지 온도 센서가 단락되면, 즉, 정상 온도 센서가 없다면, Tmin=00000000b이고, 온도 차이 필드는 비어있지 않다.

4. 온도 차이 필드. N개의 온도 차이 Tn'는 다음의 인코딩 규칙에 따라 순서대로 보내진다: 만일 상기 온도 차이가 8 미만이면, 10b+TN'3 이 보내진다(TN′은 3비트 이진 값을 나타낸다); 만일 상기 온도 차이가 0이면, 1100b가 보내진다; 만일 상기 온도 센서가 개방되면, 1110b가 보내진다; 만일 상기 온도 센서가 단락되면, 1101b가 보내진다; 만일 상기 온도 차이가 8 이상이면, 01b+Tn'8이 보내진다.

5. 검사 필드. 검사 결과는 패리티 검사 또는 다른 검사 방법을 통해 계산되어 보내진다.

이 실시예에서, 상기 클록 동기화 필드, 상기 온도 기준 값 필드, 상기 온도 차이 필드, 및 상기 검사 필드는 전체적으로 데이터 전송 필드로 칭한다.

이 실시예의 상기 프로토콜과 상기 인코딩 규칙은 상기 온도 센서의 오류 유형과 코드를 정의함으로써 디버깅을 용이하게 한다. 코드 스트림에 0000000000b가 없을 것이므로, 동기화 손실이 쉽게 발생하지는 않을 것이다. 상기 코드 스트림에 1111111111b가 없을 것이므로, 동기화 손실이 쉽게 발생하지는 않을 것이다. 오류 코드를 전송하는데 짧은 시간이 걸리므로, 센서 오류가 전체 통신에 거의 영향을 미치지 않는다. 상기 프로토콜은 상기 슬레이브 모듈에 의해 사용되는 상기 클록을 묵시적으로 특정하므로, 저 정밀도 클록 시스템에 사용될 수 있다. 네 개의 온도 센서를 예로 들면, 대부분의 경우에, 상기 프로토콜은 8-12비트의 데이터 전송 시간을 절약할 수 있다. 온도 차이가 큰 경우라도, 여전히 정확한 전송이 구현될 수 있다.

실시예 3

데이터 전송 시간을 더 줄이고, 데이터 리프레시 속도를 향상시키고(예를 들면, 이백개의 배터리 팩이 있고 각 배터리 팩이 열개의 단일 배터리가 병렬로 연결되는 대형 에너지 저장 시스템에서, 수천개의 온도 값을 전송하는데 많은 시간이 소요됨), 가능한한 빨리 비정상 배터리 온도를 발견하고, 안정성을 향상시키기 위해, 이 실시예는 도 7에 보인 회로 구조를 사용한다.

도 7에서, R21, R24 및 Q22는 하나의 단일 변조 모듈(28)을 구성하고, R21a, R24a 및 Q22a는 다른 신호 변조 모듈(28)을 구성한다. 상기 두 신호 변조 모듈(28)은 평행으로 연결되고 슬레이브 제어기(21)에 의해 각각 제어된다. Q22와 Q22a의 온-저항(on-resistances)이 무시될 때, R21>R21a라 가정하면, 다음 네 경우가 가능하다:

1. Q22와 Q22a가 꺼지고, 상기 신호 변조 모듈(28)의 총 출력 전류는 0이고 I0으로 표시되며, R11의 전압은 0이다.

2. Q22a가 꺼지고, Q22가 켜지고, 상기 신호 변조 모듈(28)의 총 출력 전류는 R21의 전류와 같으며 I1로 표시된다.

3. Q22a가 켜지고, Q22가 꺼지고, 상기 신호 변조 모듈(28)의 총 출력 전류는 R21의 전류와 같으며 I2로 표시된다.

4. Q22a가 켜지고, Q22가 켜지고, 상기 신호 변조 모듈(28)의 총 출력 전류는 R21a의 전류와 R21의 전류의 합과 같으며 I3으로 표시된다.

이 실시예어서, R21>R21a이므로, I0<I1<I2<I3이다. R21과 R21a의 적절한 저항 값을 선택함으로써, 네 개의 개별 전압이 마스터 모듈의 R11(도 5에서 보이듯이)에서 얻어질 수 있다. 이 변조 회로에 의해, 4-심볼 인코딩이 구현될 수 있는데, 예를 들면, I0은 00b에 대응하고, I1은 01b에 대응하고, I2는 10b에 대응하고, I3은 11b에 대응한다. 이러한 유형의 심볼 인코딩은 데이터 전송의 속도를 크게 향상시킬 수 있다.

이 실시예의 상기 변조 회로는 단순하고, 쉽게 구현될 수 있으며, 저비용이다. 상기 심볼 인코딩은 상기 전송 시간을 크게 절약한다. 게다가, 심볼이 서로 많이 다르기 때문에, 비트 에러가 발생하기 쉽지 않다.

이 실시예는 4-심볼 전송 프로토콜과 다음의 인코딩 규칙을 사용한다.

1. 측정 간격 필드.

2. 클록 동기화 필드. 상기 슬레이브 온도 감지 모듈(12)은 그 자체 비트 클록 W를 기준으로 사용하여 I3, I2, I1 및 I0을을 순서대로 보내어 상기 슬레이브 온도 감지 모듈(12)에 의해 사용된 클록 주파수 및 심볼 수준을 상기 마스터 모듈(11)에 알린다.

3. 온도 기준 값 필드. Tmin의 4차(quaternary) 코드는 W 간격으로 비트 단위로 전송된다. 만일 모든 온도 센서가 단락되면, Tmin=0000q(4차 시스템)이고, 온도 차이 필드는 비어있다. 만일 모든 온도 센서가 개방되면, Tmin=3333q이고, 온도 차이 필드는 비어있다. 만일 일부 온도 센서가 개방되고, 나머지 온도 센서가 단락되면, 즉, 정상 온도 센서가 없다면, Tmin=0000q이고, 온도 차이 필드는 비어있지 않다.

4. 온도 차이 필드. N개의 온도 차이 Tn'는 다음의 인코딩 규칙에 따라 순서대로 보내진다: 만일 상기 온도 차이가 16 미만이면, 2q+Tn′가 보내진다(Tn′는 2비트의 4차 수(quaternary number)를 나타낸다); 만일 상기 온도 차이가 0이면, 30q가 보내진다; 만일 상기 온도 센서가 개방되면, 32q가 보내진다; 만일 상기 온도 센서가 단락되면, 31q가 보내진다; 만일 상기 온도 차이가 16 이상이면, 1q+Tn′가 보내진다.

5. 검사 필드. 검사 결과가 패리티 검사 또는 다른 검사 방법을 통해 계산되어 보내진다.

이 실시예의 상기 프로토콜은 심볼 인코딩을 채택함으로써 높은 전송 효율을 달성한다. 코드 스트림에는 00000q도 33333q도 없을 것이기 때문에, 동기화 손실이 쉽게 발생하지 않을 것이고, 이는 클록 정밀도에 대한 낮은 요구조건을 가진다. 상기 동기화 필드는 비트 타이밍과 비트 인코딩을 동기화하여 완료한다.

실시예 4

온도 측정을 예로 들면, 이 실시예는 데이지 체인 2선 온도 측정 시스템을 제공하는데: 온도 신호를 획득하도록 구성된 마스터 모듈 및 상기 온도 신호를 감지하도록 구성된 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈을 포함한다. 상기 마스터 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈은 전력선을 통해 연속적으로 직렬로 연결되어 데이지 체인 온도 모니터링 네트워크를 형성한다. 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 상기 감지된 온도 신호를 대응하는 전류 신호로 변조하여 상기 전력선을 통해 상기 전류 신호를 전송한다. 상기 마스터 모듈은 상기 전력선의 상기 전류 신호를 디코딩하여 대응하는 온도 데이터를 얻는다.

이 실시예에서, 상기 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈 각각은 서로 연결된 상위 온도 전송 인터페이스 및 하위 온도 전송 인터페이스를 포함한다. 하위 슬레이브 온도 감지 모듈의 상기 상위 온도 전송 인터페이스는 상기 전력선을 통해 상위 슬레이브 온도 감지 모듈의 상기 하위 온도 전송 인터페이스에 연결되어 상기 마스터 모듈에 상기 온도 신호를 직접 전송하고, 상기 상위 슬레이브 온도 감지 모듈이 상기 온도 신호를 처리할 필요가 없다.

이 실시예의 데이지 체인의 개념은 많은 데이지(daisies)가 직렬로 연결되어 형성된 화환(wreath)을 참조한다. 이 실시예에서, 상기 데이지 체인은 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈이 직렬로 연속적으로 연결되고, 1단계 슬레이브 온도 감지 모듈, 2단계 슬레이브 온도 감지 모듈, ..., 등을 포함하고, 상기 감지된 온도 신호를 상기 마스터 모듈에 전송한다.

이 실시예의 상기 데이지 체인 구조의 가장 큰 이점은 복수의 장치들이 제한된 신호선을 사용하여 연결되고 동일한 서비스를 공유할 수 있다는 것이고, 버스 경쟁, 차단 등의 다른 문제가 없다. 새로운 슬레이브 온도 감지 모듈이 추가되어야 할 때, 상기 데이지 체인 구조의 꼬리에만 연결되면 된다. 따라서, 상기 데이지 체인 구조는 쉽게 확장 가능하다.

종래 기술에서, 전력선은 전력 공급을 위해 사용되고 통신선은 통신을 위해 사용되었다. 많은 슬레이브 온도 감지 모듈이 있을 때, 배선 복잡도가 증가하고 배선 불량이 발생하기 쉽다.

이 실시예에서, 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 상기 온도 신호를 인코딩하여 선 전류를 변화시킴으로써, 상기 마스터 모듈은 상기 전력선의 상기 전류 신호를 디코딩하여 대응하는 온도 데이터를 얻고, 그에 의해 온도 신호 전송을 구현한다. 두 전력선이 사용되어 전력 공급과 동시에 상기 온도 신호를 전송함으로써, 분리된 통신을 위한 통신선이 필요 없고, 주소 인코딩도 필요 없다. 상기 신호는 전류 모드에서 전송되어, 간섭 방지 능력을 강화한다.

상기 슬레이브 온도 감지 모듈이 상기 온도 신호를 인코딩하면, 고유의 대응 번호가 추가된다. 상기 전류 신호를 디코딩 할 때, 상기 마스터 모듈은 상기 번호에 기반하여 상기 온도 신호의 소스를 결정할 수 있다. 상기 온도 신호가 비정상이라면, 상기 오류 슬레이브 온도 감지 모듈이 결정될 수 있다.

이 실시예에서, 도 2 및 4에 보이듯이, 상기 마스터 모듈은 전원 인터페이스 및 하위 온도 전송 인터페이스를 포함하고, 상기 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈 각각은 상기 상위 온도 전송 인터페이스와 상기 하위 온도 전송 인터페이스를 포함한다.

상기 전원 인터페이스는 전력 공급장치에 연결되고, 상기 하위 온도 전송 인터페이스는 상기 전원선을 통해 상기 1단계 슬레이브 온도 감지 모듈의 상기 상위 온도 전송 인터페이스에 연결되고, 상기 하위 슬레이브 온도 감지 모듈의 상기 상위 온도 전송 인터페이스는 상기 전원선을 통해 상기 상위 슬레이브 온도 감지 모듈의 상기 하위 온도 전송 인터페이스에 연결된다. 상기 데이지 체인에 기반한 연결 모드는 확장을 용이하게 하고 상기 마스터 모듈의 통신 인터페이스를 필요로 하지 않는다.

직류(DC) 전압이 상기 전원 인터페이스에 입력된다. 입력 전력 공급장치의 추천 전압은 12V이다. 일부 실시예에서, 역방향 연결 방지 다이오드가 상기 입력 전력 공급장치가 역방향으로 연결되는 것을 방지하기 위해 설계되거나, 풀-브리지(full-bridge) 정류 회로가 상기 전력 공급장치의 극성을 무시하도록 설계될 수 있어서, 상기 전력 공급장치가 순방향 또는 역방향으로 연결되더라도 동작할 수 있다.

이 실시예에서, 상기 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈 각각은: 상기 온도 신호를 획득하도록 구성된, 온도 센서; 및 상기 상위 온도 전송 인터페이스 및 상기 하위 온도 전송 인터페이스 사이에 연결되어 상기 하위 슬레이브 온도 감지 모듈의 전도성을 제어하는, 슬레이브 하위 버스 스위치를 포함한다.

상기 온도 센서, 상기 슬레이브 하위 버스 스위치 및 상기 하위 온도 전송 인터페이스와 연결된 슬레이브 제어기는 상기 온도 센서, 상기 슬레이브 하위 버스 스위치 및 상기 하위 온도 전송 인터페이스를 제어하도록 구성된다.

상기 상위 온도 전송 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결된 신호 변조 모듈이 상기 온도 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하도록 구성된다.

이 실시예에서, 상기 복수의 슬레이브 온도 감지 모듈 각각은: 상기 상위 온도 전송 인터페이스와 상기 하위 온도 전송 인터페이스 사이에 연결되어 입력 공급 전압을 안정화하고 상기 안정화된 공급 전압을 출력하는 슬레이브 전압 안정화 회로를 더 포함한다. 상기 전압이 크게 변하면, 상기 출력 전압은 안정화되어 상기 슬레이브 제어기에 안정된 DC 전력 공급을 제공한다.

도 3은 상기 슬레이브 온도 감지 모듈의 회로도이다. 도 3에서, MCU_S는 상기 슬레이브 제어기를 나타내고, LDO는 상기 슬레이브 전압 안정화 회로를 나타낸다. 상기 저항 R24, 상기 스위치 트랜지스터 Q22, 상기 캐패시터 C21, 및 상기 저항 R21은 상기 신호 변조 모듈을 구성한다. R5와 RT는 온도 센서 회로를 구성한다. 상기 저항 R22, 상기 캐패시터 C22, 상기 스위치 트랜지스터 Q21, 상기 저항 R23, 및 상기 스위치 트랜지스터 Q22는 상기 슬레이브 하위 버스 스위치를 구성한다. BUS+0 및 BUS-는 상기 상위 온도 전송 인터페이스를 구성하고, BUS+1 및 BUS-는 상기 하위 온도 전송 인터페이스를 구성한다.

상위 온도 전송 버스에 전압이 인가된 후, 상기 슬레이브 제어기가 켜져서 시작된다. 상기 슬레이브 제어기가 일정 시간 동안 안정되면, 온도 샘플링이 활성화된다. 상기 슬레이브 온도 감지 모듈이 켜진 후에, 상기 캐패시터 C22의 전압과 상기 캐패시터 C21의 전압이 0V로 유지된다. 상기 슬레이브 제어기의 상기 핀 DO는 높은 수준을 출력하여 상기 스위치 트랜지스터 Q22를 켠다. 상기 캐패시터 C22의 상기 전압은 갑자기 변할 수 없으므로, 상기 스위치 트랜지스터 Q21은 꺼진 상태이다. 상기 캐패시터 C21의 상기 전압은 갑자기 변할 수 없고, 상기 저항 R21은 순간적으로 상기 상위 온도 전송 인터페이스의 전압을 견디므로, 큰 변조 전류를 발생시킨다.

그 다음, 상기 슬레이브 제어기의 상기 핀 DO는 낮은 수준을 출력하고, 상기 스위치 트랜지스터 Q22가 꺼지거나, 적어도 상기 스위치 트랜지스터 Q22의 켜지는 시간이 길지 않다. 상기 스위치 트랜지스터 Q21은 꺼진 상태이다. 상기 스위치 트랜지스터 Q22의 켜짐 및 꺼짐 동안, 펄스 전류가 상기 상위 버스에 생성된다. 모든 상위 슬레이브 온도 감지 모듈의 하위 버스 스위치가 켜져 있으므로, 온도 정보가 상기 펄스 전류를 사용하여 상기 상위 온도 전송 버스에 전송될 수 있고, 상기 마스터 제어기의 복조 회로가 상기 변조된 온도 데이터를 바로 복원할 수 있다.

상기 온도 데이터가 완전히 전송된 후에, 상기 슬레이브 제어기의 상기 핀 DO가 높은 수준의 출력 상태를 유지하고, 상기 저항 R21의 상기 전류가 점차 감소하여 0으로 되고, 상기 캐패시터 C22의 상기 전압이 점차 증가하여, 상기 스위치 트랜지스터 Q21이 켜지고, 상기 하위 슬레이브 온도 감지 모듈이 시작된다. 한편, 상기 전류 단계의 슬레이브 온도 감지 모듈은 저전력 슬립 상태로 진입할 수 있다.

이 실시예에서, 상기 마스터 모듈은: 상기 전원선 상의 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 온도 데이터를 획득하도록 구성된, 신호 복조 회로; 및 상기 신호 복조 회로와 상기 하위 온도 전송 인터페이스에 연결되어 상기 하위 온도 전송 인터페이스의 전도성을 제어하는 마스터 제어기를 포함한다.

이 실시예에서, 마스터 하위 버스 스위치는 상기 하위 온도 전송 인터페이스와 상기 마스터 제어기 사이에 연결된다. 또한, 상기 샘플링 저항 R은 상기 하위 온도 전송 인터페이스와 상기 마스터 하위 버스 스위치 사이에 직렬로 연결되고, 상기 신호 복조 회로는 상기 샘플링 저항 R에 병렬로 연결되고 상기 마스터 제어기에 연결된다.

이 실시예에서, 상기 신호 복조 회로는 상기 전력선에 직렬로 연결되고 상기 신호 복조 회로에 병렬로 연결되는 상기 샘플링 저항 R을 포함하고, 상기 신호 복조 회로는 상기 샘플링 저항의 상기 전압을 샘플링하고 복조한다.

상기 전력선의 상기 전류가 바뀔 때, 상기 샘플링 저항 R의 상기 전압 또한 바뀌고, 상기 신호 복조 회로는 상기 전압 변화에 기반하여 디코딩을 수행하고 상기 대응하는 온도 데이터를 획득한다.

이 실시예에서, 상기 마스터 모듈은 상기 전원 인터페이스와 상기 하위 온도 전송 인터페이스에 연결된 마스터 하위 버스 스위치를 더 포함하여 상기 슬레이브 온도 감지 모듈의 전도성을 제어한다.

이 실시예에서, 상기 마스터 모듈은 상기 전원 인터페이스와 상기 마스터 제어기에 연결되고 입력 공급 전압을 안정화하고 상기 안정화된 공급 전압을 출력하도록 구성된 마스터 전압 안정화 회로를 더 포함한다.

상기 공급 전압이 크게 변하면, 출력 전압은 안정화되어 상기 마스터 제어기에 안정된 DC 전력 공급을 제공한다.

이 실시예에서, 상기 온도 데이터의 저장과 분석을 용이하게 하기 위해, 상기 마스터 모듈은 상기 마스터 제어기에 연결된 통신 인터페이스와 상위 컴퓨터 - 상기 온도 데이터를 상기 상위 컴퓨터에 전송하기 위함 - 를 더 포함한다.

이 실시예에서, 도 5는 상기 마스터 모듈의 회로도이다. 도 5에서, MCU_M은 상기 마스터 제어기를 나타낸다. 상기 비교기 COMP, 상기 저항 R11, 상기 저항 R12, 및 상기 다이오드 D11은 단순한 복조 회로를 구성한다. 상기 저항 R10과 상기 스위치 트랜지스터 Q11은 하위 버스 스위치를 구성한다. 상기 스위치 트랜지스터 Q11 이 켜지도록 상기 마스터 제어기에 의해 제어된 후, 전압이 상기 샘플링 저항 R11에 생성된다. 전류가 상기 슬레이브 모듈의 변조 회로에 생성된 후, 상기 전류는 또한 상기 저항 R11에 흘러서 전압을 생성한다. 상기 복조 회로는 상기 전압 값을 비교하여 상기 온도 데이터 신호를 복원할 수 있다.

실시예 5

도 6에 보이듯이, 이 실시예는 데이지 체인 2선 온도 측정 방법을 제공하는데, 다음의 단계들을 포함한다:

S1: 슬레이브 온도 감지 모듈이 온도 샘플링을 활성화하고 온도 신호를 인코딩한다.

S2: 상기 슬레이브 온도 감지 모듈이 상기 온도 신호를 대응하는 전류 신호로 신호 변조 모듈을 통해 변조하고, 상기 전류 신호를 전력선으로 전송한다.

S3: 신호 복조 회로가 상기 전류 신호를 디코딩하여 대응하는 온도 데이터를 얻는다.

S4: 마스터 제어기가, 상기 온도 데이터에 기반하여, 오류 슬레이브 온도 감지 모듈 또는 비정상 온도 발생 여부를 결정한다.

이 실시예에서, 마스터 모듈은 상위 컴퓨터의 통신 인터페이스로부터 지시를 수신하고, 온도 측정 프로세스를 시작한다. 상기 마스터 제어기는 하위 버스 스위치를 켜고 데이터 수신을 준비한다.

이 실시예에서, 전원이 켜진 다음에, 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 동작을 시작하고, 온도 샘플링을 활성화하고, 상기 온도 신호를 인코딩한다. 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 상기 온도 신호를 상기 전력선에 상기 신호 변조 모듈을 통해 전송한다. 상기 전력선을 통과한 상기 온도 신호는 상기 마스터 모듈의 신호 복조 유닛에 의해 저항 전압의 변화로 변환된 다음, 복조 회로에 의해 직렬 신호로 변환되어 상기 마스터 모듈의 상기 마스터 제어기에 의해 수신된다.

이 실시예에서, 상기 슬레이브 온도 감지 모듈은 하위 버스 스위치를 켜고, 상기 버스가 하위 슬레이브 온도 감지 모듈에 연결된 다음 슬립 모드를 활성화함으로써, 상기 전류-단계 슬레이브 온도 감지 모듈이 저전력 슬립 상태에 있도록 한다.

위의 단계들은 모든 슬레이브 온도 감지 모듈의 데이터 전송이 완료될때까지 반복된다. 상기 마스터 제어기는 상기 하위 버스 스위치를 끄고, 모든 온도 데이터를 분석하고 처리하며, 오류 슬레이브 온도 감지 모듈 또는 비정상 온도 발생 여부를 결정한다.

이 실시예에서, 상기 마스터 모듈은 상기 수집된 온도 데이터와 오류 정보를 상기 상위 컴퓨터의 상기 통신 인터페이스를 통해 상기 상위 컴퓨터에 전송한다. 지금까지, 하나의 온도 데이터 수집 프로세스가 완료되었다. 전체 측정 프로세스에서, 상기 슬레이브 모듈은 순차적으로 전원이 켜지고, 데이터 전송 후에 상기 슬립 모드로 진입하여 저전력 상태가 된다. 상기 측정이 완료된 후, 상기 마스터 제어기는 상기 하위 버스 스위치를 끄고, 모든 상기 슬레이브 온도 감지 모듈이 꺼져서 전력 소모를 줄인다. 따라서, 상기 시스템은 전체 측정 프로세스에서 전력 소모가 낮다.

실시예 6

이 실시예는 오류 위치 결정 방법을 제공한다. 도 8은 2선 데이지 체인 센서 시스템의 타이밍도이다.

T0는 버스가 꺼진 기간을 나타내고, 마스터 모듈에 의해 제어된다. 이 기간 동안, 상기 마스터 모듈은 마스터 하위 스위치를 끄고, 모든 슬레이브 모듈은 꺼진 상태이다.

T1은 동기화 기간을 나타낸다. 이 기간 동안, 상기 마스터 모듈은 이미 상기 마스터 하위 스위치를 켜고, 상기 슬레이브 모듈은 연속적으로 켜진다. T1의 지속시간은 상기 슬레이브 모듈에 의해 결정된다. T1 동안 상기 슬레이브 모듈은 켜지고 센서 샘플링을 완료한후에 데이터 전송을 준비한다. T1의 상기 지속시간의 상한은 T1max이다.

T2는 데이터 전송 기간을 나타낸다. 이 기간 동안, 상기 슬레이브 모듈은 상기 센서 데이터의 수집을 완료하고, 상기 데이터를 처리하여 전송한다. T2의 상기 지속시간의 상한은 T2max이다.

이 실시예는 N 슬레이브 모듈을 가지는 상기 2선 데이지 체인 센서 시스템의 데이터 전송과 오류 위치 결정 방법을 제공하는데, 다음 단계들을 포함한다:

S1: 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 켜고, T0을 종료하고, T1을 위한 타이밍을 활성화하되, n은 1로 설정된다.

S2: 만일 상기 마스터 모듈이 T1max 내에 어떤 데이터도 수신하지 않으면, n 슬레이브 모듈이 읽기 수행을 실패한 것으로 판단하고, SE 단계로 점프한다.

S3: 상기 마스터 모듈이 데이터를 수신한 후 T2를 위한 타이밍을 활성화하고, 모든 데이터를 종료하고, 데이터 전송의 완료를 기다린다.

S4: 만일 T2>T2max이면, N번째 슬레이브 모듈에 데이터 에러가 발생했는지 판단하여, SE 단계로 점프한다.

S5: 만일 상기 데이터에 검사 오류가 있으면, SE 단계로 점프한다; 만일 센서가 개방되었거나 단락되었음을 나타내는 오류가 상기 데이터상에 존재하면, S6단계로 점프한다.

S6: n을 n+1로 설정하고, T1을 위한 타이밍을 활성화한다.

S7: S2 단계로 점프한다.

SE: 만일 n=N+1이면, 모든 상기 슬레이브 모듈의 데이터가 수신되었고 데이터 전송이 완료되었음을 지시하고, 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 끈다; 만일 n<N+1이면, n번째 슬레이브 모듈에 통신 오류가 발생했는지 판단한다.

결론적으로, 본 발명에 따르면, 상기 마스터 모듈과 상기 복수의 슬레이브 센서 감지 모듈은 상기 전력선을 통해 연속적으로 직렬로 연결되어 상기 데이지 체인 센서 모니터링 네트워크를 형성하고, 그에 의해 쉬운 확장을 실현한다. 배선이 전력 공급과 통신을 위해 공유되고, 다른 말로, 상기 마스터 모듈과 상기 복수의 슬레이브 센서 감지 모듈에 전력을 공급하고 데이터를 전송하기 위해 오로지 전력선만 사용되므로, 현장 배선이 간단해진다. 상기 신호는 전류 모드에서 전송되므로, 간섭 방지 능력이 강화되고 주소 인코딩이 요구되지 않는다. 게다가, 본 발명은 또한 저비용 및 저전력 소비라는 이점도 가진다.

본 발명에서, 특수한 데이지 체인 구조가 채택되었다. 상기 하위 슬레이브 센서 감지 모듈의 데이터가 상위 슬레이브 센서 감지 모듈의 전달 없이 상기 마스터 모듈에 직접 전송된다. 각 슬레이브 센서 감지 모듈은 오직 샘플링, 데이터 전송, 및 상기 하위 버스 스위치 제어용으로만 구성되므로, 상기 슬레이브 제어기에 대한 요구사항이 낮고 적은 비용으로 구현이 용이하다.

본 발명에서, 상기 2선 버스가 채택되어, 배선이 편리하다. 이러한 기술적 해결책은 다른 센서 모니터링 시스템에 또한 사용될 수 있다. 각 슬레이브 센서 감지 모듈은 복수의 외부 센서에 연결될 수 있고, 한 데이터 전송 채널이 공유됨으로써, 시스템 비용을 더 줄이고 장치 설치를 단순화한다.

위의 실시예들은 본 발명의 기술적 해결책을 설명하기 위해 사용되었을 뿐이고, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 본 발명은 위의 실시예들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 이 기술 분야의 통상의 기술자는 여전히 본 발명의 실시예의 기술적 해결책들의 정신 및 범위로부터 도출된 대응하는 기술적 해결책들 핵심을 만들어내지 않고도, 위의 실시예들에 설명된 기술적 해결책들을 변형하거나, 그 일부 기술적 특징들의 동등한 대체를 만들어낼 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (13)

1. 수백개의 배터리 팩이 직렬로 연결되고, 그 중 각 배터리 팩은 많은 리튬 배터리를 병렬로 연결하여 형성된 리튬 배터리의 에너지 저장 시스템에서, 상기 배터리의 온도를 측정하는 데이지 체인 2선식 센서의 측정 시스템으로서,
   하나 이상의 센서에 연결되고, 센서 신호를 감지하여 상기 감지된 센서 신호를 대응하는 전류 신호로 변조하도록 구성된, 하나 이상의 슬레이브 모듈;
   상기 하나 이상의 슬레이브 모듈 중 제1 슬레이브 모듈, 상위-단 슬레이브 모듈, 및 하위-단 슬레이브 모듈에 데이지 체인 선을 통해 연속적으로 캐스케이드 연결(cascaded)되어 데이지 체인 센서 네트워크를 형성하고, 통신선을 통해 상위 컴퓨터와 상호연결(interconnected)되는, 마스터 모듈; 및
   전력을 공급하고 변조를 통해 상기 슬레이브 모듈에 의해 획득된 상기 전류 신호를 전송하도록 구성되는, 데이지 체인 선;
   을 포함하며,
   상기 마스터 모듈은 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 획득한 다음 디코딩하여 대응하는 센서 데이터를 획득하고,
   상기 배터리의 온도를 측정할 때에 사용되는 전송 프로토콜에 있어서의 필드는,
   1. 측정 간격 필드 - 상기 측정 간격 필드는 상기 슬레이브 모듈의 온도 감지 모듈이 켜진 다음 각 온도 센서의 측정 값을 측정하는 시간을 특정하고, 상기 온도 감지 모듈의 데이터 전송의 데이터 파형을 나누기 위해 특정 시간 간격이 유지됨 -;
   2. 클록 동기화 필드 - 상기 온도 감지 모듈은 그 자체 클록을 기준으로 사용하여 1010을 순서대로 보내어 상기 온도 감지 모듈에 의해 사용된 클록 주파수를 상기 마스터 모듈에 알리고, 두 숫자 "1"을 수신한 시간 간격에 기반하여, 상기 마스터 모듈은 상기 온도 감지 모듈에 의해 사용된 기준 클록을 결정하며, 상기 클록 동기화 필드에서 클록 비트의 너비는 W로 설정됨 -;
   3. 온도 기준 값 필드 - Tmin의 이진 코드는 W 간격으로 비트 단위로 전송되고, 만일 모든 온도 센서가 단락되면, Tmin=00000000b이고, 온도 차이 필드는 비어 있고, 만일 모든 온도 센서가 개방되면, Tmin=11111111b이고, 온도 차이 필드는 비어 있으며, 만일 일부 온도 센서가 개방되고, 나머지 온도 센서가 단락되면, 즉, 정상 온도 센서가 없다면, Tmin=00000000b이고, 온도 차이 필드는 비어 있지 않음 -;
   4. 온도 차이 필드 - N개의 온도 차이 Tn'는 다음의 인코딩 규칙에 따라 순서대로 보내지고, 만일 상기 온도 차이가 8 미만이면, 10b+Tn'3 이 보내지고(Tn'은 3비트 이진 값을 나타냄), 만일 상기 온도 차이가 0이면, 1100b가 보내지며; 만일 상기 온도 센서가 개방되면, 1110b가 보내지고; 만일 상기 온도 센서가 단락되면, 1101b가 보내지고, 만일 상기 온도 차이가 8 이상이면, 01b+Tn'8이 보내짐 -; 및
   5. 검사 필드 - 검사 결과는 패리티 검사 또는 다른 검사 방법을 통해 계산되어 보내짐 -; 를 포함하는,
   데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마스터 모듈은 전원 인터페이스, 마스터 하위 스위치, 마스터 하위 인터페이스, 신호 복조 회로, 마스터 전압 안정화 회로, 마스터 제어기, 및 통신 인터페이스를 포함하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전원 인터페이스는 외부 전력 공급장치 및 상기 마스터 전압 안정화 회로에 연결되고; 상기 마스터 전압 안정화 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되어, 입력 공급 전압을 안정화 하여 상기 안정화된 공급 전압을 상기 마스터 제어기 및 상기 마스터 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성되는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 마스터 하위 스위치는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 상기 데이지 체인 선에 직렬로 연결되고, 상기 마스터 하위 인터페이스를 통해 상기 제1 슬레이브 모듈의 슬레이브 상위 인터페이스의 전도성을 제어하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 신호 복조 회로는 상기 마스터 제어기에 연결되고, 상기 데이지 체인 선의 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 센서 데이터를 획득하도록 구성되는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
6. 제2항에 있어서,
   상기 통신 인터페이스는 상기 상위 컴퓨터에 연결되고, 상기 센서 데이터를 상기 상위 컴퓨터에 전송하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 슬레이브 모듈은 슬레이브 상위 인터페이스, 슬레이브 하위 인터페이스, 역방향 연결 방지 회로, 슬레이브 전압 안정화 회로, 신호 변조 회로, 슬레이브 제어기, 및 슬레이브 하위 스위치를 포함하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 하위-단 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 상위-단 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 하위 인터페이스에 연결되거나, 또는 상기 제1 슬레이브 모듈의 상기 슬레이브 상위 인터페이스는 상기 마스터 모듈의 마스터 하위 인터페이스에 연결되고;
   슬레이브 하위 버스 스위치는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 하위 인터페이스 사이에 연결되어 상기 하위-단 슬레이브 모듈의 전도성을 제어하고;
   상기 슬레이브 전압 안정화 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 데이지 체인 버스에 의해 전압 입력을 안정화하고 상기 안정화된 전압을 전력 공급을 위해 상기 슬레이브 제어기 및 상기 슬레이브 제어기의 주변 회로에 출력하도록 구성되고, 상기 슬레이브 모듈이 데이터를 전송할 때 신호 전송에 의해 발생한 상기 슬레이브 제어기에 대한 간섭을 차폐하도록 추가로 구성되고; 및
   상기 신호 변조 회로는 상기 슬레이브 상위 인터페이스와 상기 슬레이브 제어기 사이에 연결되어, 상기 센서 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하고 상기 전류 신호를 상기 데이지 체인 선을 통해 상기 마스터 모듈에 전송하도록 구성되는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 신호 변조 회로는 발광(light-emitting) 다이오드를 사용하여 신호 변조를 수행하고, 데이터 전송 동안 상기 슬레이브 모듈의 작업 상태를 표시하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 슬레이브 모듈은 내부 센서와 외부 센서를 포함하고; 슬레이브 제어기는 상기 내부 센서와 상기 외부 센서에 연결되어 상기 내부 센서와 상기 외부 센서를 감지하고; 상기 내부 센서는 상기 슬레이브 모듈의 내부 파라미터를 획득하도록 구성되고; 상기 외부 센서는 온도 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 가스 연기(smoke) 센서, 습도 센서, 진동 센서, 감광 센서, 또는 홀 스위치 센서 중 하나 이상을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템.
11. 데이지 체인 2선 센서 측정 방법으로서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 상기 데이지 체인 2선 센서 측정 시스템을 사용하고:
    S1: 상기 시스템을 초기화하고, 상기 센서 신호 샘플링을 활성화하고, 상기 획득된 센서 데이터를 인코딩하는 단계;
    S2: 상기 센서 신호를 상기 대응하는 전류 신호로 변조하고, 상기 전류 신호를 상기 데이지 체인 선으로 전송하는 단계;
    S3: S2단계 중 상기 전류 신호를 디코딩하여 상기 대응하는 센서 데이터를 획득하는 단계; 및
    S4: 상기 센서 데이터에 기반하여, 오류 슬레이브 모듈 또는 비정상 센서 데이터의 발생 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 방법.
12. 제11항에 있어서,
    단일 슬레이브 모듈의 데이터 전송과 오류 위치 결정은 다음의 기간들을 포함하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 방법:
    T0는 버스가 꺼지고, 마스터 모듈에 의해 제어되는 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 마스터 모듈은 마스터 하위 스위치를 끄고, 모든 슬레이브 모듈은 꺼진 상태이고;
    T1은 동기화를 위한 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 마스터 모듈은 이미 상기 마스터 하위 스위치를 켜고, 상기 슬레이브 모듈은 연속적으로 켜지며; T1의 지속시간은 상기 슬레이브 모듈에 의해 결정되고; 상기 슬레이브 모듈은 켜진 후에 데이터 전송을 준비하고 T1 동안 센서 샘플링을 완료하되, 상기 T1의 지속시간의 상한은 T1max이고; 및
    T2는 데이터 전송을 위한 기간을 나타내되, 이 기간에서, 상기 슬레이브 모듈은 상기 센서 데이터의 수집을 완료하고, 상기 데이터를 처리하여 전송하고, T2의 지속시간의 상한은 T2max임.
13. 제12항에 있어서,
    N 슬레이브 모듈들의 데이터 전송과 오류 위치 결정은:
    S1: 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 켜고, T0을 종료하고, T1을 위한 타이밍을 활성화하는 단계 - n은 1로 설정됨 -;
    S2: 만일 상기 마스터 모듈이 T1max 내에 어떤 데이터도 수신하지 않으면, n 슬레이브 모듈들이 읽기 수행을 실패한 것으로 판단하고, SE 단계로 점프하는 단계;
    S3: 상기 마스터 모듈이 데이터를 수신한 후 T2를 위한 타이밍을 활성화하고, 모든 데이터를 종료하고, 데이터 전송의 완료를 기다리는 단계;
    S4: 만일 T2>T2max이면, n번째 슬레이브 모듈에 데이터 에러가 발생한 것으로 판단하여, SE로 점프하는 단계;
    S5: 만일 상기 데이터에 검사 오류가 있으면, SE 단계로 점프하고; 만일 센서가 개방되었거나 단락되었음을 나타내는 오류가 상기 데이터에 존재하면, S6으로 점프하는 단계;
    S6: n을 n+1로 설정하고, T1을 위한 타이밍을 활성화하는 단계;
    S7: S2로 점프하는 단계; 및
    SE: 만일 n=N+1이면, 모든 상기 슬레이브 모듈의 데이터가 수신되고 데이터 전송이 완료되었음을 지시하고, 상기 마스터 모듈에 의해 상기 마스터 하위 스위치를 끄고; 만일 n<N+1이면, 통신 오류가 n번째 슬레이브 모듈에 발생한 것으로 판단하는 단계;
    를 포함하는, 데이지 체인 2선 센서 측정 방법.