使用二总线同时提供电源和进行通信的从站机装置制造方法及图纸

一种使用二总线可以同时提供电源和进行通信的从站机装置，通过将下行信号调制成由高压信号调制区段和低压保障电源区段构建的电压调制信号，实现主站机装置通过二总线完成与从站机群的通信和向从机群提供电源，通过从站机有电源存在的地方串进单向导电器件DSn及电感LSn保证从站机电源稳定的同时，保证主站机在二总线间有轻重负荷的情况下有效解调出上行电流信号；从站机下行电压信号解调电路以电容CS1上的电平为比较依据，实现了电平的动态跟踪。本发明专利技术只需两条导线、既可通信又提供电源，通信速率高、距离远，可广泛用于允许布线的物联网系统中。

Slave Station Device Using Two Buses to Provide Power and Communicate at the same time

【技术实现步骤摘要】
使用二总线同时提供电源和进行通信的从站机装置
一种使用二总线同时提供电源和进行通信的从站机装置。
技术介绍
公知有一种M-BUS接口电路使用两线模式，可同时传输信息和供电。这种接口电路把通信功能和供电功能集合在一起，只需二根导线，非常方便，越来越多地被应用到设备之间的通信和管理上。该电路由主机站和从站机构成，主机站在向从站机发送信息时采用电压调制，而在接收从机发送的信息时采用电流调制。但这种电路至少有以下缺陷，影响了应用范围：首先，解调接收电流信号（通常有10mA至50mA的变化电流）时需要在主供电电路中串入一个取样电阻，这个电阻虽然很小，通常只有几至几十欧姆，但当一个主机带有多个从机时，每个从机的负载、以及负载的变化都会构成流过取样电阻的电流变化，都会在取样电阻两端产生一个变化的偏置电压。每增加或减少从机都会改变取样电阻上的电压，而每个从机在工作过程中的负载变化还会成为在取样电阻上的变化信号，虽然负载变化可以通过滤波电容加以平滑，但产生的电压偏置无法消除。于是，一旦负载电流的改变量超过通信信号电流（10mA至50mA），该电路就无法正常工作。这个缺陷影响该电路在多从机使用场合以及大负载场合的使用。同时采样电阻上的压降，直接降低从机的工作电源，影响多从机场合使用。其次，功率难以做大。当主机模块既要带载功率，又要通信时，电源供给会影响通信，从而限制了系统的电源供应功率。本专利技术人201610134844.4号专利技术专利申请，提出了一种使用两线同时传拾信息和电源的电路。但这个电路缺乏从机电路的配合，在增加电源功率供给时，负荷会消耗通信信息，限制了供给电源的增加；同时，该电路接收电路由一个电感和电阻并联的方式完成，其灵敏度不高，影响大负荷场合接收解调，影响实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题：本专利技术的目的是专利技术一种二总线的、能自适应变化负荷下工作的、不受重负荷影响的、既能通信又能供应电源的从站机装置。下面通过对说明书附图的说明来说明本专利技术是怎样实现的。图1是本专利技术系统的架构示意图。图中[U]代表系统的上位机，是本专利技术整个系统中提供系统电源供给、完成数据管理、采集、控制的管理中心。[M]是主站机。它首先完成对来自上位机的下行信号进行电压调制，实现供电和下行信息的调制；其次完成从站机[S]发送的上行电流信号解调；再次，主站机模块单元还要完成从站机[S]应急主动上报信息的识别、解调、转发和分发；完成其他向上位机请求、置忙等等任务，是本专利技术系统的核心装置。[S]是从站机群的总称，用Sn代表从站机群中的某一个从站机。图1中Uo-Mi是上位机[U]发送给主站机的信息流，其中既包括下发给系统中从站机[S]的下行信息，也包括由[U]发送至[M]的由主站机[M]执行的指令信息；该信息也可以认为是[M]的输入信息；Ui-Mo是主站机[M]发送给上位机[U]的信息；该信息也可以认为是[U]的输入信息。REQ是本专利技术的一个实施例专用引脚信息，是一个可以包含也可以不包含的引脚。一个有REQ的实施例，在允许从站机主动发起上报请求时，主站机[M]在接收到从站机应急请求时会通过REQ引脚输出请求，由主站机[M]生成REQ“是”电平（一个实施例，在REQ有效的“是”电平期间，REQ引脚置为低电平，而无请求时为高电平）发送给上位机[U]。Mo-Si是主站机[M]在接收到上位机[U]发出的、发送至从站机[S]的下行信息时，会调制成由两个电压段构成的电压调制信号。这个电压调制信号由两个电压段构成：高电压段按信息调制，而低压段则保证从站机始终得到高于这个电压源的供电。Mi-So是从站机[S]发送至主站机[M]的电流调制信号。图2是涉及本专利技术一个实施例的电路原理框图，可以用来说明本专利技术的实现过程。图中电路单元[1]是主站机[M]中的微处理电路单元。它完成：下行电压信号的调制控制，上行电流信号的解调控制处理、接收信息和转发信息，完成信息的采集、协调、处理和管理。[2]是上位机[U]中的电源供给单元，下行电压调制信号，主要由两个电压段电源构成。所述两个电压段分别为：由VH提供下行电压调制信号的信号调制区段，该段电压差区段用于调制信号；另一个低压保证区段的电压区段，由电源VL提供保障从站机工作所必需的总线最低工作电压稳压源。[3]是上位机[U]中的通信管理中心单元，是本专利技术系统完成系统运行目标、实现人机对话的系统枢纽。[4]是从站机[S]中下行电压调制信号解调电路单元。[5]是从站机[S]中的上行信号电流调制电路单元。[6]是从站机[S]中的核心处理电路单元；它不仅完成与主站机[M]的双向通信管理，还完成从站机的应用功能任务。在图2主站机[M]中，KM2是等效电子切换单元。根据[M]接收到的由[U]发出的下行通信信号：在逻辑电平为“1”和“0”时，分别接通VH电源和VL电源，实现本专利技术所述电压调制。一个实施例，在信号逻辑为“1”时，接通二总线输入／输出端BUSL1（经过电感LM1）至VH电源；在信号逻辑为“0”时，接通二总线输入／输出端BUSL1（经过电感LM1）至VL电源；由于VH是叠接在VL上的，调制有信号的电压段均在超过VL的部分，从而可以保证二总线BUSL1和BUSL2之间始终保持有超过VL的电源电压。单向导电器件DM1可以防止电流向VL倒灌，也可以保证在BUSL1未和VH接通期间，由所述单向导电器件向二总线提供接近VL的电平输出。电感LM1在KM2电压切换过程中会产生一个下降沿和上升沿的过脉冲，这个过脉冲很多时候正好有利于总线上存在分布电容和其他负载侧等效过来的电容放电和充电，在匹配状态下有正面作用。当需要减少影响时，本专利技术的一个实施例，设计有等效电子开关KM1，它在主站机[M]接收上位机[U]收发来的下行电压信号Uo-Si期间短接，而在无下行信号期间释放，为接收[S]发来的上行电流调制信息So-Mi作准备。这期间，[M]由发送转变为接收，需要[M]预留一个切换延迟时间。图2主站机[M]中，电容CM1、RM1构成其中一路微分电路，电容CM2、RM2构成另一路微分电路，比较放大器AM1、AM2，可调偏置电源VM1、VM2，以及采样电感LM1共同构建了本专利技术主站机[M]的电流解调实施例电路单元。采样电感LM1的直流电阻非常小，可达微欧级，因而流过该电感的主回路负载电流在电感上产生的直流压降非常小，对比较放大器偏置电压的影响非常小，使得本专利技术的装置可以广泛用于大负荷应用场合。当[S]发送上行电流调制方波信号时，在电感LM1、电容器CM1、电阻RM1的作用下，产生一个微分信号，加在比较放大器AM1的输入端，而偏置电压VM1加在比较放大器的另一个输入脚上，产生比较放大器的输入电压偏置。图2是一个实施例，在这个实施例中，比较放大器AM2由VM2产生了一个负电压偏置，比较放大器AM2可以检验出上行电流源信号的下降沿；比较放大器AM1由VM1产生了一个正输入电压偏置，比较放大器AM1可以检验出上行电流调制信号的上升沿。通过[M]中电路单元[1]的判断和处理就可以解调出上行电流信号TX；TX是上行电流信息的解调后的信息，它发送给上位机[U]。在二总线BUSL1和BUSL2之间的负载大小会影响输入比较放大器AM1和AM2的检测灵敏度。当二总线负载很重时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用二总线可以同时提供电源和进行通信的从站机装置，至少有解调下行电压调制信号的电路单元[4]，有发送上行电流调制信号的电路单元[5]，其特征是：a、从站机[SN]接收到的下行电压调制信号是由调制下行通信信息的高电压区段和保障从站机供电的低电压区段构成的；b、从站机使用的电源均由二总线提供，且所有提供的电源与总线间至少串接有单向导电器件DSn和电感元件LSn；c、从站机上行信号均被调制成电流调制信号发送；d、下行电压调制信号解调电路中，接有电容CS1，且比较解调器件输入参比电平总是以CS1上的电平为比较参考电平。

【技术特征摘要】
1.一种使用二总线可以同时提供电源和进行通信的从站机装置，至少有解调下行电压调制信号的电路单元[4]，有发送上行电流调制信号的电路单元[5]，其特征是：a、从站机[SN]接收到的下行电压调制信号是由调制下行通信信息的高电压区段和保障从站机供电的低电压区段构成的；b、从站机使用的电源均由二总线提供，且所有提供的电源与总线间至少串接有单向导电器件DSn和电感元件LSn；c、从站机上行信号均被调制成电流调制信号发送；d、下行电压调制信号解调电路中，接有电容CS1，且比较解调器件输入参...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘之凯，潘艳，
申请(专利权)人：北京纳衡仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11