專利名稱：控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，以及更具體地說，涉及一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中將來自控制器的并行控制信號轉(zhuǎn)換成串行信號，將串行信號傳送給遠(yuǎn)程裝置并在受控裝置中串-并行轉(zhuǎn)換以驅(qū)動該裝置，串-并行轉(zhuǎn)換用于檢測該裝置的狀態(tài)的傳感器部分的監(jiān)視信號并提供給該控制器，以及將控制信號疊加在時(shí)鐘信號上，在該時(shí)鐘信號上還疊加電源信號，另外，將這些監(jiān)視信號疊加在這些信號上。
背景技術(shù)：
在自動控制領(lǐng)域中，廣泛使用一種技術(shù)，其中將控制信號從諸如順序控制器、可編程控制器、或計(jì)算機(jī)的控制器傳輸?shù)蕉鄠€遠(yuǎn)程受控裝置(如，電動機(jī)、螺線管、電磁閥、中繼器、半導(dǎo)體閘流管等等)，用于驅(qū)動和控制他們以及將監(jiān)視信號從檢測裝置的狀態(tài)(簧片開關(guān)、微動開關(guān)、按鈕開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài))的傳感器傳輸?shù)皆摽刂破鳌?br> 存在與上面描述的技術(shù)有關(guān)的問題，因?yàn)樵S多線，包括電源線、控制信號線以及地線均被用來將控制器與受控裝置以及該控制器與傳感器相連，因此，在高密度元件布局中提供布線變得日益困難而且減小了布線空間并且與當(dāng)今受控裝置的小型化呼應(yīng)造價(jià)很高。
已經(jīng)提出了兩種方法“Method for signal serial-parallelconversion”(日本專利申請序列號Sho62(1987)-229987)以及“Serial transmission system for parallel sensor signals”(日本專利申請序列號No.Sho62(1987)-247245)。根據(jù)這些方法，一個(1位)控制信號(或傳感器信號)能疊加在包括電源的一個時(shí)鐘信號線的每個時(shí)鐘上，從而允許實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)，其中降低了控制器與受控裝置以及該控制器與傳感器之間的布線。
根據(jù)另一種方法，“Control and supervisory signal transmissionmethod”(日本專利申請序列號No.Heil(1989)-140826)，將輸入單元和輸出單元連接到主站并且將主站輸出疊加在電流信號上的時(shí)鐘信號到公用數(shù)據(jù)信號線上，從而用一種簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制器與受控裝置以及該控制器與傳感器間的高速雙向信號傳輸。即，傳輸系統(tǒng)能用較少線來構(gòu)成，能降低布線的成本，能簡化各單元間的連接配置，以及可靈活地給各單元分配地址，因此可刪除該單元或添加到任何位置。
根據(jù)上面描述的現(xiàn)有技術(shù)的配置，能在控制器和受控裝置間以及該控制器與傳感器間提供高速雙向信號傳輸。將由該控制器提供給受控裝置的信號(以下稱為控制信號)以及由傳感器提供給該控制器的信號(以下稱為監(jiān)視信號)輸出到公用數(shù)據(jù)信號線上。因此，不能手同時(shí)傳輸這兩種信號。相反，能互斥地傳輸他們。必須為該公用數(shù)據(jù)信號線提供傳輸該控制信號期間的時(shí)間周期以及傳輸該監(jiān)視信號期間的單獨(dú)的時(shí)間周期。
另外，盡管電源被疊加在在公用數(shù)據(jù)信號線上傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號上，該線傳輸大部分的時(shí)鐘。因此，限制了在該公用數(shù)據(jù)線上傳輸?shù)钠骄β省Ｈ绻鼙M可能地增加可傳輸?shù)钠骄β?，可消除兩條電源線(24V和0V)以及可增加兩條公用數(shù)據(jù)信號(D+和D)的長度，從而允許傳輸控制信號到或從在受控裝置中的位置獲得監(jiān)視信號，在該受控裝置中可用的布線空間很小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)將由具有預(yù)定占空因數(shù)的二進(jìn)制信號組成的第一和第二信號和電壓信號疊加在時(shí)鐘信號上，將能傳輸大的平均功率的電源疊加在該時(shí)鐘信號上，以及將由電流信號組成的監(jiān)視信號疊加在該時(shí)鐘信號上。
根據(jù)本發(fā)明，一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)包括控制器以及多個受控裝置，每個受控裝置包括受控部分以及用于監(jiān)視該受控部分的傳感器部分。該系統(tǒng)將控制器提供的控制信號在公用數(shù)據(jù)信號線上傳輸給在多個受控裝置中的控制部分并且還將傳感器的監(jiān)視信號傳輸給該控制器。另外，它還包括連接到該控制器的主站以及數(shù)據(jù)信號線以及與多個控制裝置有關(guān)的并連接到該數(shù)據(jù)信號線和相關(guān)控制裝置的多個子站。
根據(jù)本發(fā)明，控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)進(jìn)一步包括在主站中的定時(shí)生成裝置，用于生成瑟預(yù)定周期的時(shí)鐘同步的預(yù)定定時(shí)信號、主站輸出部分、以及主站輸入部分。在定時(shí)信號的控制下根據(jù)在每個時(shí)鐘周期中的控制數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)據(jù)值，該主站輸出部分改變由該控制器提供的控制數(shù)據(jù)信號處于比電源電壓電平低但比在該電路的其他部分中的高電平信號高的電平的周期(“高電勢低電平”周期)與該控制數(shù)據(jù)信號處于電源電壓電平的下周期間的占空因數(shù)以將該控制數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成串行脈沖電壓信號并將其提供到該數(shù)據(jù)信號線上。主站輸入部分在該定時(shí)信號的控制下檢測疊加在每個時(shí)鐘周期在經(jīng)該數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)拇忻}沖電壓信號上的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號以便從串行監(jiān)視信號抽取數(shù)據(jù)值，并將所抽取的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換成監(jiān)視信號并輸入到該控制器中。多個子站的每一個具有子站輸出部分和子站輸入部分。該子站輸出部分在定時(shí)信號的控制下識別在每個時(shí)鐘周期中的串行脈沖電壓信號不處于該電源電壓電平(“高電勢低電平”)的周期與該信號處于電源電壓電平的下周期間的占空因數(shù)以便從該控制數(shù)據(jù)信號抽取每個數(shù)據(jù)值并將包括在數(shù)據(jù)值中的、與該子站相關(guān)的數(shù)據(jù)值提供給其相關(guān)的受控單元。子站輸入部分根據(jù)與其相關(guān)的傳感器的值在定時(shí)信號的控制下生成監(jiān)視數(shù)據(jù)信號并將其疊加在串行脈沖電壓信號的預(yù)定位置作為監(jiān)視信號數(shù)據(jù)值。
根據(jù)本發(fā)明的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，由該控制器提供給受控部分的控制信號是預(yù)定占空率的二進(jìn)制(電源電壓電平以及“高電勢低電平”)信號以及將由傳感器提供給該控制器的監(jiān)視信號檢測為存在或不存在電流信號。這允許時(shí)鐘信號疊加在該控制信號和監(jiān)視信號上并消除對電源線的需要。因此，能實(shí)現(xiàn)在控制器和受控部分間以及在控制器與傳感器間的高速雙向信號傳輸。另外，控制信號和監(jiān)視信號能被輸出到公用數(shù)據(jù)線上并雙向和同步傳輸。另外，能為子站提供足夠的電源而不需要電源線。因此，能消除提供用于在該公用數(shù)據(jù)線上傳輸控制信號和監(jiān)視信號的單獨(dú)周期的需要以并與常規(guī)速率相比，能使該信號傳輸率加倍。另外，通過增加能被傳輸?shù)钠骄妷海苁÷栽撾娫淳€，以及能延長僅用于該公用數(shù)據(jù)線的部分，以及能將該控制信號傳輸?shù)皆撌芸匮b置的小的布線空間以獲得該監(jiān)視信號。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)；圖2表示根據(jù)本發(fā)明，描述信號傳輸?shù)膱D；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)；
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)；圖5表示示例性主站的基本結(jié)構(gòu)；圖6表示在圖5中所示的主站中的信號的波形圖；圖7表示示例性子站輸出部分的結(jié)構(gòu)；圖8表示在圖7所示的子站輸出部分中的信號的波形圖；圖9表示示例性子站輸入部分的結(jié)構(gòu)；圖10表示在圖9所示的子站輸入部分中的信號的波形圖；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的另一基本結(jié)構(gòu)；圖12表示根據(jù)本發(fā)明的另一基本結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1、3和4表示根據(jù)本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)。圖2表示根據(jù)本發(fā)明，描述信號傳輸?shù)膱D。具體來說，圖1表示本發(fā)明的一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，圖3表示在該系統(tǒng)中的主站的結(jié)構(gòu)，以及圖4表示在該系統(tǒng)中子站的結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)包括控制器10以及多個受控裝置12，每個受控裝置包括受控部分16和用于監(jiān)視該受控部分16的傳感器部分17。該控制器10可是順序控制器、可編程控制器、計(jì)算機(jī)等等。該受控部分16和傳感器部分17被稱為受控裝置12。該受控部分16可是組成該受控裝置12的任何一種元件，如激勵器、(步進(jìn))電動機(jī)、螺線管、電磁閥、中繼器、半導(dǎo)體閘流管、燈。傳感器部分17根據(jù)與其相關(guān)的受控部分16來選擇。它可是簧片開關(guān)、微動開關(guān)、按鈕開關(guān)并輸出開/關(guān)狀態(tài)信號(二進(jìn)制信號)。
控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)將來自該控制器10的輸出單元102的控制信號經(jīng)由多個受控裝置12共享的數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)皆撌芸夭糠?6，并且也將來自該傳感器部分17的監(jiān)視信號(傳感器信號)傳輸?shù)皆摽刂破?0的輸入單元101。如圖1所示，從該控制器10輸入和輸出的控制信號和監(jiān)視信號是多位并行信號。另一方面，經(jīng)該數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)目刂菩盘柡捅O(jiān)視信號是串行信號。主站13執(zhí)行控制信號的并-串行轉(zhuǎn)換以及監(jiān)視信號的串-并行轉(zhuǎn)換。該數(shù)據(jù)信號線包括第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-。第數(shù)據(jù)信號線D+和第二數(shù)據(jù)信號線D-間的間隙被用于提供電源電壓Vx、時(shí)鐘信號CK以及控制和監(jiān)視信號的同步雙向傳輸，這將在以后描述。
在該例子中，不提供用于將電源電壓Vx提供給多個子站11的每一個和本地電源的電源線P(24伏電源線以及0伏電源線)。通過使用疊加在時(shí)鐘信號上的電流信號來向多個子站提供電源，這將在以后描述。該電源信號的功率電容足以使每個子站11正常操作。
為實(shí)現(xiàn)這種信號傳輸，該控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)包括主站13以及多個子站11，如圖1所示。將主站13連接到控制器10以及數(shù)據(jù)信號線。多個子站11與多個受控裝置12有關(guān)并在任何位置被連接到該數(shù)據(jù)信號線和相關(guān)的受控裝置12上。多個子站11的每一個包括子站輸出部分14以及子站輸入部分15。子站輸出部分14和子站輸入部分15被稱為子站11。子站輸出部分14和子站輸入部分15分別與受控部分16和傳感器部分17有關(guān)。如圖1所示，從該子站輸入部分15輸入和該子站輸出部分14輸出的控制和監(jiān)視信號是多位并行信號。子站輸出部分14執(zhí)行控制信號的串-并行轉(zhuǎn)換以及子站輸入部分15執(zhí)行監(jiān)視信號的并-串行轉(zhuǎn)換。
主站13包括定時(shí)生成裝置132、主站輸出部分135以及主站輸出部分139，如圖3所示。盡管在圖3中只示出了一個主站輸入部分139以及一個主站輸出部分135，但也可能提供n個(n≥1)個主站輸入部分139以及m(m≥1)個主站輸出部分135。相應(yīng)地也可以提供m個子站輸出部分14和n個子站輸入部分15。
主站13包括振蕩器(OSC)131、定時(shí)生成裝置132以及主站地址設(shè)置裝置133。定時(shí)生成裝置132基于該振蕩器131的振蕩輸出生成與預(yù)定周期的時(shí)鐘CK同步的預(yù)定定時(shí)信號。定時(shí)生成裝置132將電源電壓Vx疊加在生成的時(shí)鐘CK上。為此，定時(shí)生成裝置132包括用于在預(yù)定的、固定電平生成電源電壓Vx的電源部分1313。50％的占空因數(shù)可被用來在一個時(shí)鐘CK的前半部分期間提供”高電勢低電平”以及在該時(shí)鐘CK的后半部分期間提供該電源電壓Vx電平。包括該電源電壓的該時(shí)鐘CK經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，然后輸出到終端13a和13b并提供給該第數(shù)據(jù)信號線D+以及該第二數(shù)據(jù)信號線D-，這將在以后描述。換句話說，它以這兩條數(shù)據(jù)信號線間的相對電位差被輸出。
包括從該定時(shí)生成裝置132輸出的電源電壓的時(shí)鐘CK實(shí)際上被輸入到主站輸出部分135。主站輸出部分135包括控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136和線路驅(qū)動器137。輸出數(shù)據(jù)部分134保存由該控制器10提供的并行控制數(shù)據(jù)信號并將它們轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)串輸出。控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136將來自該輸出數(shù)據(jù)部分134的串行數(shù)據(jù)串中的每個數(shù)據(jù)值疊加在包括該電源電壓的時(shí)鐘CK上。在圖3中與主站輸出部分135分開繪制的輸出數(shù)據(jù)部分134也可被視為包括在主站輸出部分135中。來自該控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136的輸出經(jīng)線路驅(qū)動器137被提供在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上，其中線路驅(qū)動器137是輸出電路。
如圖2所示，主站輸出部分135在定時(shí)信號的控制下根據(jù)在時(shí)鐘CK的每個周期中的控制信號中的數(shù)據(jù)值，改變由該控制器10提供的控制數(shù)據(jù)信號不是處于預(yù)定電源電壓Vx電平的周期與該信號處于該預(yù)定電源電壓Vx電平的下周期間的占空因數(shù)以便將該控制數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成串行脈沖電壓信號并將其提供到數(shù)據(jù)信號線上。
不同于電源電壓Vx的電平低于該電源電壓(按絕對值來說)并高于在該電路的剩余部分中的高電平信號(按絕對值來說)。它可是如”高電勢低電平”。如果Vx＝24V，該“高電勢低電平”可能是如19V。這大大地超過在該電路的剩余部分(如CMOS邏輯電路部分)中的5V的CMOS高電平信號。該時(shí)鐘的高和低電平間的電勢差是為5V的脈沖電壓。因此，中間值(21.5V，當(dāng)D-被用作基準(zhǔn)電平時(shí))可被用作閥值來將該電平與電源電壓電平區(qū)別開來。換句話說，電勢差Vs等于在該電路的剩余部分(如CMOS邏輯電路部分)中的CMOS邏輯振幅。因此，該串行脈沖電壓信號可被視為通過電平移動具有50％的占空因數(shù)和電勢差Vs的時(shí)鐘并根據(jù)該控制數(shù)據(jù)信號在該時(shí)鐘上執(zhí)行脈寬調(diào)制而生成的信號。如果該脈寬調(diào)制的時(shí)鐘在高電勢被限幅，則由所傳輸?shù)钠骄β侍峁┑钠骄娫措妷旱扔诩s為該振幅的中間值-21.5V，如圖2中的另一長的和短的虛線所示。因此，足以使多個子站11的每一個正常操作的功率可被提供給該子站而不使用上面所述的電源線P。
為按以上所述改變在該數(shù)據(jù)信號線上的串行脈沖電壓信號，可使用兩種方法。在第一種方法中，第數(shù)據(jù)信號線D+的電勢根據(jù)該控制數(shù)據(jù)信號的值在為最高電勢的電源電壓Vx＝24V和為“高電勢低電平”的19V間被改變以及第二數(shù)據(jù)信號線D-的電勢被保持在地電平。另外，第一數(shù)據(jù)線D+的電勢可在0V和-5V間改變以及第二數(shù)據(jù)線D-的電勢可被保持在為最低電勢的-24V。在第二種方法中，第數(shù)據(jù)信號線D+的電勢被保持在為最高電勢的地電平以及第二數(shù)據(jù)信號線D-的電勢根據(jù)該控制數(shù)據(jù)信號值在為最低電勢的電源電壓Vx＝24V和為“高電勢低電平(具有高絕對值的低電平)的-19V間改變。另外，第數(shù)據(jù)信號線D+的電勢可被保持在最高電勢，+24V，以及第二數(shù)據(jù)信號線的電勢D-可在+5V和0V間改變。圖6表示根據(jù)該例子的波形。在這兩種方法的任何一個中，第一和第二數(shù)據(jù)線D+和D-的電勢間的相對差如上所述。
在現(xiàn)有技術(shù)中也已經(jīng)使用24V的電源電壓。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，調(diào)幅控制信號的振幅是12V和0V。因此，由現(xiàn)有技術(shù)的時(shí)鐘負(fù)載的平均功率提供的平均電源電壓是12V或更低。因此，如果在現(xiàn)有技術(shù)中消除電源線P，不限制該子站11的數(shù)量，則并非所有的子站11都有操作。因?yàn)橄拗谱诱?1的數(shù)量是不切實(shí)際的，則不可避免要提供電源線P。
在圖2中，當(dāng)在控制數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)值為“0”時(shí)，主站輸出部分135使該時(shí)鐘的前3/4周期為高電勢低電平以及該時(shí)鐘的剩余1/4周期為電源電壓Vx電平。當(dāng)在該控制數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值為“1”時(shí)，它使該時(shí)鐘的前1/4周期為“高電勢低電平”以及該時(shí)鐘的剩余3/4周期為電源電壓Vx電平。即，它根據(jù)在該控制數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值來改變該時(shí)鐘的占空因數(shù)。因此，主站輸出部分135將并行控制數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成串行脈沖電壓信號并將其提供到該數(shù)據(jù)信號線上。例如，如果在該控制數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值為“0011”，該控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136的輸出將如圖2所示(以后將描述不包括監(jiān)視信號外的信號)。將地址指定給該時(shí)鐘CK的每個周期。
有關(guān)第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-的信號被采用到該主站輸入部分139中。主站輸入部分139包括傳輸線分壓器電流電路1312、監(jiān)視信號檢測裝置1311、以及監(jiān)視數(shù)據(jù)抽取裝置1310。監(jiān)視信號檢測裝置1311與該傳輸線分壓器電流電路1312合作來捕獲在該第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的電流信號、檢測疊加在這兒的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號(電流信號)，并輸出它。監(jiān)視數(shù)據(jù)抽取裝置1310使所檢測的輸出與由該定時(shí)生成裝置132提供的并包括該電源電壓的時(shí)鐘CK同步，并輸出波形信號。該輸入數(shù)據(jù)部分138將由該檢測的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號組成的串行數(shù)據(jù)串轉(zhuǎn)換成并行監(jiān)視數(shù)據(jù)信號并輸出他們。在圖3中分開畫的輸入數(shù)據(jù)部分138可被視為包括在主站輸入部分139中。
如圖2所示，主站輸入部分139在定時(shí)信號的控制下檢測在數(shù)據(jù)信號線上疊加在串行脈沖電壓信號上的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號作為在該時(shí)鐘的每個周期中存在或不存在電流信號Is＝(Ip+Iis)。它將從該串行監(jiān)視信號抽取的每個數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換成監(jiān)視信號并輸出結(jié)果信號給控制器10。因此，如果在該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值是“0101”，例如，從該監(jiān)視信號檢測裝置1311的輸出(檢測電流)將如圖2所示。符號IP表示在圖5中的傳輸線分壓器電流電路1312的恒定電流(20mA)，Ith表示在圖5中的監(jiān)視信號檢測裝置1311的閥值電流(35mA)，以及Iis表示監(jiān)視數(shù)據(jù)信號(30mA)，這將在以后描述。Ith是Is和Ip間的中間值。
因?yàn)檫f送給多個子站11的控制信號是按串行信號(串行脈沖電壓信號)從該單個主站13經(jīng)數(shù)據(jù)信號線被傳輸，如上所述，地址計(jì)數(shù)被用于該遞送?？深A(yù)先知道將被發(fā)送(遞送)給子站11的控制數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)塊的總量。向所有控制數(shù)據(jù)信號的每個數(shù)據(jù)塊分配地址。每個子站11從該串行脈沖電壓信號抽取時(shí)鐘CK并計(jì)算時(shí)鐘。如果子站遇到該單個地址或分配給它應(yīng)當(dāng)接收的控制數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)的多個地址，它將在該串行脈沖電壓信號中的數(shù)據(jù)捕獲為控制信號。該最終地址被分配給主站13，用于生成結(jié)束信號。
為確定地址計(jì)數(shù)的開始和結(jié)尾，生成開始和結(jié)尾信號。在輸出串行脈沖電壓信號前，通過使用定時(shí)生成裝置132，主站13生成開始信號并將其提供在第數(shù)據(jù)信號線D+上。開始信號比該時(shí)鐘信號CK的一個周期長以便與控制信號區(qū)別開來。主站地址設(shè)置裝置133保存由該主站13指定的地址。主站13計(jì)算從該串行脈沖電壓信號抽取的時(shí)鐘CK直到它抽取到指定給它的地址為止，然后將結(jié)束信號輸出到第數(shù)據(jù)信號線D+上。結(jié)束信號比該時(shí)鐘信號CK的一個周期長但比開始信號短。
如圖4所示，子站輸出部分14包括電源電壓生成裝置(CV)140、線路接收器141、控制數(shù)據(jù)信號抽取裝置142、子站地址設(shè)置裝置143、地址抽取裝置144以及輸出數(shù)據(jù)部分145。
電源電壓部分(CV)140在來自該數(shù)據(jù)信號線的固定電平上生成電源電壓。即，通過使用已知的裝置來提供穩(wěn)定的輸出Vcg(17V)和Vcp(24V)，使在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的電壓平滑和穩(wěn)定。當(dāng)輸出Vcp(24V)被用作基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出Vcg(19V)變成5V電源電壓(等于Vcc)。電源電壓被用來電驅(qū)動與該子站輸出部分14以及相關(guān)受控裝置12的受控部分16有關(guān)的低功耗電路(如LED顯示電路)。即，未示出的電源電壓生成部分140向該受控部分16提供電源。
輸入電路的線路接收器141在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-捕獲信號并將其提供給該控制數(shù)據(jù)信號抽取裝置142。該控制數(shù)據(jù)信號抽取裝置142從該信號抽取控制數(shù)據(jù)信號并將其提供給地址抽取裝置144和輸出數(shù)據(jù)部分145。子站地址設(shè)置裝置143保存指定給該子站輸出部分14的地址。該地址抽取裝置144抽取與保存在子站地址設(shè)置裝置143中的地址匹配的地址并將其提供給輸出數(shù)據(jù)部分145。當(dāng)該地址從該地址抽取裝置144輸入時(shí)，輸出數(shù)據(jù)部分145輸出正在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上傳輸?shù)?、目前被保存到相關(guān)受控部分16作為并行信號的(串行)信號中的一個或多個數(shù)據(jù)值。即，輸出數(shù)據(jù)部分145在該控制信號上執(zhí)行串并行轉(zhuǎn)換。
如圖2所示，子站輸出部分14在定時(shí)信號的控制下識別在每個時(shí)鐘周期中該串行脈沖電壓信號處于不同于電源電壓電平的電平(高電勢低電平)的周期與該信號處于電源電壓Vx電平的下周期間的占空因數(shù)。因此，它從該控制數(shù)據(jù)信號抽取每個數(shù)據(jù)值并將包括在數(shù)據(jù)值中與該子站相關(guān)的數(shù)據(jù)值提供給其相關(guān)的受控部分16。例如，當(dāng)該時(shí)鐘的前3/4周期處于“高電勢低電平”，抽取數(shù)據(jù)值“0”作為該原始控制數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)值。當(dāng)1/4周期處于“高電勢低電平”，抽取“1”作為原始控制數(shù)據(jù)信號值。因此，如果串行脈沖電壓信號如圖2所示，抽取控制數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)值“0011”。子站輸出部分14將在數(shù)據(jù)值中與該子站11相關(guān)的數(shù)據(jù)提供給與其相關(guān)的受控部分16。
子站輸入部分15包括電源電壓生成裝置(CV)150、線路接收器151、控制數(shù)據(jù)信號抽取裝置152、子站地址設(shè)置裝置153、地址抽取裝置154、輸入數(shù)據(jù)部分155、監(jiān)視數(shù)據(jù)信號生成裝置156以及線路驅(qū)動器157，如圖4所示。
如可從圖4所看到的，從電源電壓生成裝置150開始到地址抽取裝置154的部件的結(jié)構(gòu)和操作與從電源電壓生成裝置140開始到地址抽取裝置144的部件的結(jié)構(gòu)和操作基本相同。如以上描述的電源電壓生成裝置140，電源電壓生成裝置150生成固定電平的電源電壓，從第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-輸出Vcg(19V)和輸出Vcp(24V)，用于電驅(qū)動組成子站輸入部分15和相關(guān)受控裝置12的傳感器部分17。
輸入部分155保存由從與其相關(guān)的傳感器部分17提供的一個或多個(位的)數(shù)據(jù)值組成的監(jiān)視信號。當(dāng)從該地址抽取裝置154輸入地址時(shí)，輸入數(shù)據(jù)部分155以預(yù)定順序輸入它保存的一個或多個數(shù)據(jù)值給該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號生成裝置156作為串行信號。即，輸入數(shù)據(jù)部分155在該監(jiān)視信號上執(zhí)行并-串行轉(zhuǎn)換。該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號生成裝置156根據(jù)在該監(jiān)視信號中的數(shù)據(jù)值輸出監(jiān)視數(shù)據(jù)信號。從該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號生成裝置156輸出的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號通過線路驅(qū)動器157提供到第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D+上，該線路驅(qū)動器是輸出電路。因此該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號被疊加在當(dāng)前在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的控制信號中的數(shù)據(jù)值上。即，監(jiān)視數(shù)據(jù)信號被疊加在與該子站11有關(guān)的串行脈沖電壓信號中的數(shù)據(jù)的位置上。換句話說，監(jiān)視信號數(shù)據(jù)值被疊加在與該監(jiān)視信號數(shù)據(jù)值地址相同的控制信號數(shù)據(jù)值上。
如圖2所示，子站輸入部分15在定時(shí)信號的控制下根據(jù)相關(guān)的傳感器部分17的值產(chǎn)生由不同于該電源電壓的兩個值的電平組成的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號并將其疊加在串行脈沖電壓信號中的預(yù)定位置上作為該監(jiān)視信號的數(shù)據(jù)值。例如，如果在該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值為“1”，生成監(jiān)視數(shù)據(jù)信號并將其疊加在該時(shí)鐘信號CK的一個周期中的預(yù)定位置上。如果該值為“0”，那么不生成和疊加監(jiān)視數(shù)據(jù)信號。例如，如果在該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)值為“0101”，那么通過該線路驅(qū)動器157由該監(jiān)視數(shù)據(jù)信號的疊加產(chǎn)生的監(jiān)視信號檢測裝置1311的輸出(檢測電流)將如圖2所示，這已經(jīng)在前面描述過。
下面將參考圖5至10來描述在該例子中從來自控制器10的控制信號的輸出開始到該控制器10的監(jiān)視信號的輸入的特殊的裝置和過程。圖5表示主站13的示例性結(jié)構(gòu)。圖6表示如圖5所示的主站13中的信號的波形圖。圖7表示子站輸出部分14的示例性結(jié)構(gòu)。圖8表示在圖7的子站輸出部分14中的信號的波形圖。圖9表示子站輸入部分15的示例性結(jié)構(gòu)。圖10表示在圖9的子站輸入部分15中的信號的波形圖。在該例子中雙向傳輸波形如圖2所示。
首先描述主站輸出部分135。在圖5和6中，定時(shí)生成裝置132輸出開始信號ST、多個預(yù)定時(shí)鐘CK信號以及結(jié)束信號END。例如，響應(yīng)由該控制器10提供的預(yù)定命令(未示出)，輸出(激勵高)該開始信號ST。同樣地，響應(yīng)由該控制器10提供的另預(yù)定命令(未示出)的輸入，禁用定時(shí)生成裝置132。為將該開始信號ST與時(shí)鐘CK區(qū)別開來，將該開始信號ST的輸出持續(xù)時(shí)間設(shè)置為5t0，其中t0是該時(shí)鐘CK的一個周期。分割從振蕩器131輸出的振蕩頻率以提供預(yù)定周期的時(shí)鐘CK。如由輸出Dck圖所示，時(shí)鐘CK的輸出在開始信號ST后開始，與開始信號ST的下降沿同步。然后，輸出多個時(shí)鐘脈沖(地址)。為繼續(xù)計(jì)數(shù)，定時(shí)生成裝置132包括計(jì)數(shù)裝置(未示出)。計(jì)數(shù)裝置在開始信號ST的上升沿開始計(jì)數(shù)。當(dāng)該計(jì)數(shù)裝置輸出的計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，則停止時(shí)鐘CK的輸出。繼檢測到預(yù)定數(shù)量的時(shí)鐘CK脈沖(地址)后，則輸出該結(jié)束信號END。為此，定時(shí)生成裝置132包括比較裝置(未示出)。比較裝置將從該計(jì)數(shù)裝置輸出的計(jì)數(shù)與在該地址設(shè)置裝置133中的地址集進(jìn)行比較。如果它們匹配，則輸出預(yù)定時(shí)間周期的結(jié)束信號END。為將該結(jié)束信號END與時(shí)鐘CK區(qū)別開來，將該結(jié)束信號END的輸出持續(xù)時(shí)間設(shè)置為1.5t0。該結(jié)束信號END復(fù)位該計(jì)數(shù)裝置。為使與該結(jié)束信號END的輸出端同步，重新開始該開始信號ST的輸出以及重復(fù)上面描述的過程。在一個傳輸周期(從開始信號ST到下結(jié)束信號END)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊的總量與最大地址值一致，該最大地址值是主站13的地址。一個數(shù)據(jù)塊等于一個周期。
例如，如果地址(在該控制信號中的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量)是0至31，為32位并行數(shù)據(jù)的控制信號OUT0至OUT31(OUT0p至OUT31p)被從輸出單元102提供到輸出數(shù)據(jù)部分134。在這種情況下，輸出數(shù)據(jù)部分134由具有該開始信號ST的結(jié)尾的32位寄存器形成為觸發(fā)器，移動該控制信號OUT0至OUT31使與時(shí)鐘CK同步并按那個順序輸出結(jié)果信號作為輸出Dops。地址可是0至63、127、255，…。重新啟動(更新)控制信號OUT0至OUT31的輸入以使與開始信號ST同步。這允許將提供在信號線Pck上的結(jié)束信號END與在地址31完成處理控制信號數(shù)據(jù)同步。如圖5所示，地址設(shè)置裝置133從左關(guān)閉第一至第五個加權(quán)開關(guān)以產(chǎn)生高電平信號“111110”來設(shè)置地址31(該操作也應(yīng)用到其他地址)。
根據(jù)在時(shí)鐘基礎(chǔ)上的控制信號OUT0至OUT31的數(shù)據(jù)值，輸出Dops逼使到高電平(或“1”)或低電平(“0”)。用這種方法，提供如信號“0011….”。輸出Dops被輸入到控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136。開始信號ST和結(jié)束信號END也被輸入到控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136。
定時(shí)生成裝置132劃分該振蕩器131的振蕩輸出以產(chǎn)生具有高于該時(shí)鐘CK的頻率f0四倍的頻率(4f0)的時(shí)鐘4CK?？刂茢?shù)據(jù)信號生成裝置136使用計(jì)數(shù)器(未示出)來數(shù)時(shí)鐘4CK的數(shù)目。如果控制信號OUT0至OUT31的數(shù)值(信號Dops)是“1”，那么在時(shí)鐘4CK的第一個周期期間向第一數(shù)據(jù)信號D+上提供”高電勢低電平”信號以及在4CK的剩余三個周期期間提供高電平Vx。另一方面，如果該值為“0”，在時(shí)鐘4CK的前三個周期期間提供“高電勢低電平”信號以及在時(shí)鐘4CK的剩余一個周期期間提供高電平Vx信號。用這種方法，控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136基于控制信號0UT0至OUT31在時(shí)鐘CK上執(zhí)行(PWM)調(diào)制。
傳輸線分壓器電流電路1312包括晶體管T1和T2以及電阻R1至R4，連接如圖5所示。傳輸線分壓器電流電路1312提供恒定電流Ip給在該主站13中的元件。恒定電流IP的值通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置電阻器R1至R4的值被設(shè)置為如20mA。用這種方法在主站13中提供恒定電流Ip消除對將終端電阻連接到第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-的每一端的需要以及由于在該數(shù)據(jù)信號線上的寄生電容，防止該傳輸波形變圓。
電源電壓Vx＝24V被從外部電源提供給該傳輸線分壓器電流電路1312。外部電壓值至少是振幅Vs(在該例子中是5V)，它可是在范圍12V和24V間的電勢。
控制數(shù)據(jù)信號生成裝置136的輸出是二進(jìn)制信號(具有高電平5V以及低電平0V)并提供到單個信號線Pck上。提供到該信號線Pck上的信號被提供給線路驅(qū)動器137，然后提供到第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上。該線路驅(qū)動器137由大晶體管Td形成，用于提供充電電流，這將在以后描述，并能低阻抗驅(qū)動。通過齊納二極管ZD1(具有4.5V的擊穿電壓)將該線路驅(qū)動器137的輸出的振幅限制到在范圍0V到5V的值。線路驅(qū)動器137將在信號線Pck上的反信號提供到第二數(shù)據(jù)信號線D-上。第一數(shù)據(jù)線D+具有電源電壓Vx＝24V。因此，在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間的信號是二進(jìn)制信號(由電平Vx和“高電勢低電平”構(gòu)成。在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間，開始信號ST被規(guī)定為在電源電壓Vx處的信號以及結(jié)束信號END被規(guī)定為“高電勢低電平”信號。
下面將描述子站輸出部分14。在圖7和8中，在第一數(shù)據(jù)信號線D+上的信號被主要提供給線路接收器141。電源電壓生成裝置140是DC(直流電)-DC轉(zhuǎn)換器，其使用公知裝置來平滑和穩(wěn)定在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的電壓以提供穩(wěn)定的輸出Vcg(19V)并使用二極管D0和電容器C0來產(chǎn)生輸出Vcp(24V)。在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上設(shè)置脈寬調(diào)制的周期以便該輸出Vcp能更好地維持24V電壓。子站輸出部分14(以及子站輸入部分15)在輸出Vcg(19V0和輸出Vcp間的電壓操作。
線路接收器141包括具有相同電阻值的分開的電阻R1和R2以及緩沖電路B。線路接收器141檢測第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間的電勢差，更適當(dāng)?shù)卣f，是如上所述的脈沖電壓的高和低電平間的電勢差Vs。通過單獨(dú)的電阻R1和R2將檢測的電勢差劃分為兩個信號，該電勢差經(jīng)該緩沖電路B輸出。即，如果第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間的電勢并是24V，充電電容C0到該電勢差，輸出Vcp＝24V被提供給電阻R1的一端。24V的電壓也被提供給電阻R2的一端。因此，在電阻R1和R2間沒有電勢差。另一方面，如果電勢差改變到19V，則斷開二極管D0，基于在第二數(shù)據(jù)信號線D-上的電勢的電勢Vcp通過電容C0被保持在24V。另一方面，在電阻R2的一端提供在第數(shù)據(jù)信號線D+上的19V的電勢。在電阻R1和R2間提供的電勢差5V被劃分成兩部分，以及結(jié)果值被輸入到緩沖電路B。這些電勢被整個移位以及作為基準(zhǔn)電勢的輸出Vcp(24V)間的關(guān)系以及輸出Vcg(19V)不改變。
正如從上述描述中所理解的，子站11是電路，其中在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間提供電容C0以及在電容C0側(cè)D+端的終端和信號線D+間提供二極管D0。因此，在其中信號線D+和D-間的電勢差等于電源電勢Vx＝24V的周期中，充電電流經(jīng)二極管D0從信號線D+流到信號線D-，從而充電該電容器C0以及驅(qū)動子站11和受控裝置12的電路。另一方面，在電勢差為(Vx-Vs)＝19V的周期期間，斷開二極管D0，因此沒有電容C0的充電電流從信號線D+流到信號線D-。在(Vx-Vs)周期期間，電容C0放電以便驅(qū)動子站11和受控裝置12的電路以及如果提供的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號為“1”，例如，等于監(jiān)視數(shù)據(jù)信號的值“1”的電流Iis被提供到信號線D-上。
假定將控制信號out0至out31(串行脈沖電壓信號)疊加到時(shí)鐘CK上，當(dāng)上述電勢差為24V時(shí)，該緩沖電路B輸出高電平信號，否則則輸出低電平信號。這是解調(diào)控制信號的數(shù)據(jù)值的信號“do”。這包含調(diào)相時(shí)鐘CK。包括信號do的信號是基于該線路接收器141的輸出產(chǎn)生的且被輸入到預(yù)定正向計(jì)數(shù)器1432以及移位寄存器144中。信號d0的波形如圖8中所示。這與基于該控制信號out0至out31的調(diào)制的PWM的時(shí)鐘CK的波形相同。信號do的高電平值是5V。
在上面所述的過程前，開始信號ST也被檢測為該信號do的高電平并輸入到接通延遲定時(shí)器(on-delay timer)Ton中。該延遲被設(shè)置為3t0。即，輸出st的上升沿被延遲3t0以及下降沿與起始信號ST同步。由于它們的高電平周期很短，因此輸出st不出現(xiàn)在結(jié)束信號END和時(shí)鐘CK中。輸出st被提供給差動電路，差分信號在輸出St的上升沿被輸?shù)皆擃A(yù)定正向計(jì)數(shù)器1432和移位寄存器(SR)144中并用作用于復(fù)位它們的復(fù)位信號R。信號do(以及所抽取的時(shí)鐘CK)也被輸入到它們中。
在子站地址設(shè)置裝置143的設(shè)置部分中設(shè)置指定給其子站14的地址0至3(在圖7所示的例子中的地址0)。子站地址設(shè)置裝置143的預(yù)定正向計(jì)數(shù)器1432通過在輸出st的上升沿的差分信號被復(fù)位，然后開始計(jì)算在其上升沿抽取的時(shí)鐘CK，并繼續(xù)提供輸出do同時(shí)該計(jì)數(shù)值與在設(shè)置部分1431中設(shè)置的地址匹配。即，使該信號為高電平以便與在前地址的周期中的該時(shí)鐘CK的上升沿同步以及使該信號為低電平以便與在當(dāng)前地址的周期中的時(shí)鐘CK的上升沿同步。使地址0的信號為高電平以便與輸出st的上升沿同步，如圖8所示。為便于參考，在圖8中用陰影部分表示用于地址4的信號。可以看出通過一個時(shí)鐘來移位該定時(shí)。輸出dc被提供給移位寄存器144。
另一方面，通過斷開延遲定時(shí)器Toff將信號d1提供給輸入信號do的裝置。斷開延遲定時(shí)器Toff僅延遲斷開(低電平)期間的輸出預(yù)定時(shí)間。即，它延遲輸入do的下降沿并使上升沿與原始輸入do同步。延遲時(shí)間被設(shè)置為/2t0。因此，在信號d1中，當(dāng)控制數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)值是“1”時(shí)，在該時(shí)鐘的前1/4周期中的信號d1的“高電勢低電平”的斷開周期太短而不出現(xiàn)(該信號仍然是高電平)。在信號d1中，當(dāng)該數(shù)據(jù)值為“0”時(shí)，在該時(shí)鐘的前3/4周期中的信號d1的“高電勢低電平”的斷開周期足夠長來保持在那個電平。即，“高電勢低電平”僅在(3/4-1/2)＝1/4周期中出現(xiàn)在信號d1中。
在該輸出dc的高電平周期期間，移位寄存器144移位“1(或高電平)”以便與所抽取的時(shí)鐘CK的上升沿同步。即，用那個順序移位在該移位寄存器144的單元電路Sr1至Sr4中的“1”。因此，順序地使移位寄存器144的輸出dr1至dr4為高電平以便與該時(shí)鐘CK的上升沿同步以及在該時(shí)鐘CK周期保持在高電平直到下周期的上升沿。輸出dr1至dr4被分別規(guī)定為D觸發(fā)器電路FF1至FF4的時(shí)鐘。
信號d1(即解調(diào)控制信號的數(shù)據(jù)值)被輸入到均為輸出數(shù)據(jù)部分145的觸發(fā)器電路FF1至FF4。例如，觸發(fā)器電路FF1獲得并保持與輸出dr1的上升沿同步的信號d1的值并輸出它。在該例子中，它輸出低電平信號。其他觸發(fā)器電路FF2至FF4同樣在那個時(shí)間捕獲和保存信號d1的信號值以便輸出它。因此，在地址0至3的控制信號的數(shù)據(jù)值“0011”被解調(diào)成信號out0至out3。
信號out0至out3被反轉(zhuǎn)然后分別作為輸出00至03經(jīng)大的激勵級晶體管T0至T3被輸出給受控裝置12的受控部分16以便控制負(fù)載L0和其他負(fù)載，激勵級晶體管的發(fā)射極與電容C0相連。如前所述，電源從子站輸出部分14提供給負(fù)載L0和其他負(fù)載。
下面將描述子站輸入部分15。如從圖4和圖7的比較所看到的，在圖9和10中從電源電壓生成裝置150至地址抽取裝置154部分的結(jié)構(gòu)與從電源電壓生成裝置140到地址抽取裝置144部分的結(jié)構(gòu)幾乎相同。分配給子站輸入部分15的地址與子站輸出部分14的地址(即，在該例子中的地址0至3)是相同的。輸入與抽取的控制信號數(shù)據(jù)塊一樣多(四個)的監(jiān)視信號數(shù)據(jù)塊。
輸入數(shù)據(jù)部分155包括與分配的地址0至3的數(shù)量一樣多的兩個輸入AND門的數(shù)量以及從AND門接收輸出的OR門。輸入到四個AND門中的是來自移位寄存器154的輸出dr1至dr4，該移位寄存器是地址抽取裝置154，如圖9中所示。輸出dr1至dr4被順序地激勵到高電平以便與該時(shí)鐘CK的下降沿同步并在該時(shí)鐘CK周期保持高電平(直到下周期的下降沿為止)，如前所述。因此，在輸出dr1至dr4的高電平周期期間，四個AND門的每一個均打開以及監(jiān)視信號in0至in3(基于由諸如開關(guān)SW0的傳感器部分17的狀態(tài)而定的信號“0”或“1”的輸入的信號)經(jīng)AND門從OR門按那個順序被輸出。監(jiān)視信號in0至in3與在圖7中的控制信號out1至out3一致。
來自該OR門的輸出被輸入到兩個輸入的NAND門1562。同時(shí)輸入到NAND門1562的是來自反相器INV的輸出，該輸出是該信號do的反信號。NAND門1562構(gòu)成監(jiān)視信號生成裝置156。在輸出dr1至dr4的高電平周期期間，監(jiān)視信號in0至in3采用值如“0101”，如圖10所示。因此，在監(jiān)視信號in0至in3被輸出的周期期間，NADN門1562打開以便與該信號do的上升沿同步以及輸出采用值“0101”的監(jiān)視信號in0作為輸出傾斜(output dip)。
經(jīng)線路驅(qū)動器157，該輸出傾斜經(jīng)歷電平轉(zhuǎn)換，然后被提供給第一和第二信號線D+和D-。線路驅(qū)動器157包括晶體管T1和T2、二極管D以及電阻R3、R4以及Ris。經(jīng)晶體管T1，該輸出傾斜被輸入到該大的晶體管T2中。即，如果監(jiān)視信號為“1”，輸出傾斜變?yōu)榈碗娖揭源蜷_晶體管T2，從而使為監(jiān)視信號的電流Iis流過第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-。這使是該監(jiān)視信號的值“1”的電流信號Iis疊加在信號線D-上。晶體管T2適當(dāng)?shù)剡x擇電阻R3、R4和Ris中的任何一個來限制流過它的電流。例如，該電流被限定到30mA(毫安)。
正如從上面的描述所理解的，在一個(抽取的)時(shí)鐘do周期，從子站輸入部分15提供的監(jiān)視信號被疊加到第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上。如前所述，在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-間的電勢差是(Vx-Vs)＝19V的一個周期期間，二極管D0被斷開，否則從信號線D+到信號線D-的電容器C0的充電電流不會流動。因此，在充當(dāng)電流和來自該主站13間沒有沖突發(fā)生。
下面將描述主站輸入部分139?；氐綀D5和6，提供到第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的第一監(jiān)視信號被輸入到監(jiān)視信號檢測裝置1311中，在此對其進(jìn)行檢測。檢測信號被反轉(zhuǎn)并輸出為信號Diip。信號Diip呈現(xiàn)包含該監(jiān)視信號的波形。在信號Diip中，與該監(jiān)視信號數(shù)據(jù)的地址位置一致的監(jiān)視數(shù)據(jù)位于地址位置中，一個地址位置在控制信號數(shù)據(jù)的地址位置之后。
主站輸入部分139包括晶體管T3，以及齊納二極管ZD1和ZD2以及作為監(jiān)視信號檢測裝置1311的電阻R5、R6和R7，該晶體管T3是電流檢測電路，檢測在第一和第二數(shù)據(jù)信號線D+和D-上的電流中的變化并輸出結(jié)果。具有4.5伏的擊穿電壓的齊納二極管ZD1和電阻R5將信號的振幅限制到5V＝Vs。晶體管T3檢測如圖5中所示的電流Is。即，在信號線D+和D-間的電勢差是(Vx-Vx)＝19V期間的周期中，如上所述，否則從信號線D+流到信號號D-的電容器C0的充電電流不流動，但檢測電流Is流向監(jiān)視信號檢測裝置1311。如果在該點(diǎn)上，監(jiān)視信號是“1”，監(jiān)視信號具有疊加在其上的電流Iis。因此，(恒定電流Ip＝20mA)+(電流Iis＝30mA)＝50mA作為監(jiān)視信號檢測電流Is流動。齊納二極管ZD2在35mA或更高的電流擊穿。這是用于檢測電流Is的閥值。因此，由監(jiān)視數(shù)據(jù)信號“1”提供的檢測電流Is＝50mA使晶體管T3接通。當(dāng)監(jiān)視數(shù)據(jù)信號是“0”時(shí)，監(jiān)視信號不具有疊加在其上的電流Iis。因此，恒定電流Ip(＝20mA)作為監(jiān)視信號檢測電流Is流動。因此，齊納二極管ZD2不擊穿以及監(jiān)視數(shù)據(jù)信號“0”使該晶體管T3斷開。
響應(yīng)在校正器電阻R7中的電壓降，為監(jiān)視數(shù)據(jù)信號“1”的檢測電流Is(＝50mA)被轉(zhuǎn)換成電壓信號并被輸入到監(jiān)視信號抽取裝置1310?；谠摍z測電流Is通過反相器INV形成信號Diip并輸入到監(jiān)視數(shù)據(jù)抽取裝置1310的RS觸發(fā)器FF中。從時(shí)鐘CK延遲一個周期的時(shí)鐘信號Dick從定時(shí)生成裝置132被輸入到該RS觸發(fā)器FF作為其時(shí)鐘。因此，從該觸發(fā)器輸出的信號Diis在原始時(shí)鐘CK后以及周期等于該時(shí)鐘CK的1/4周期或3/4周期期間僅提供在一個周期的定時(shí)中的單觸的監(jiān)視信號值。信號Diis被輸入到輸入數(shù)據(jù)部分138中。
包括32位寄存器的輸入數(shù)據(jù)部分138接收在預(yù)定位中的輸入信號Diis，保存它直到輸入新的數(shù)據(jù)值，然后輸出它。為此，信號Dick被輸入到輸入數(shù)據(jù)部分138中，該信號Dick是從時(shí)鐘CK延遲一個周期的時(shí)鐘。這使得信號Diis在原始時(shí)鐘CK的下周期中被用到輸入數(shù)據(jù)部分138的寄存器中。最后，在地址0至31均為32位串并轉(zhuǎn)換的并行數(shù)據(jù)的監(jiān)視信號IN0至IN31(IN0i至IN31i)從輸入數(shù)據(jù)部分138被輸入到輸入單元101中。因此，監(jiān)視信號被輸入為如“0101….，”。
本發(fā)明已經(jīng)就其實(shí)施例描述過，在本發(fā)明的精神中可預(yù)料各種變化。
例如，在主站13中的線路驅(qū)動器137的結(jié)構(gòu)可改變?yōu)槿鐖D11所示。圖11僅示出了主站13的一部分。在圖11中，形成線路驅(qū)動器137的晶體管Td從NPN晶體管被改變成PNP晶體管，代替在上面描述的實(shí)施例中使用的NPN晶體管。另外，在子站11(子站輸出部分14和子站輸入部分15)中的連接的極性也被改變成如圖11所示。該結(jié)構(gòu)提供與上面描述的實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
子站輸出部分14的結(jié)構(gòu)可被改變成如圖12所示。圖12僅示出了子站14的一部分。在圖12中，對數(shù)據(jù)信號線的正確連接是用實(shí)線表示的連接A。如果因?yàn)槿藶殄e誤，它們是如用虛線表示連接B中的不正確連接，子站輸出部分14可被損壞或變成不起作用。為保證不出現(xiàn)這種情況，在該子站輸出部分14中提供極性轉(zhuǎn)換器146。在該極性轉(zhuǎn)換器146中的全波整流器SR將經(jīng)連接B輸入的信號轉(zhuǎn)換成等于經(jīng)連接A輸入的信號的信號。這能保護(hù)子站輸出部分14并確保在線路是象連接B那樣的不正確連接的情況下子站輸出部分14的正確操作。
這也能應(yīng)用于子站輸入部分15和輸出部分14。僅當(dāng)子站輸出部分14如圖12所示時(shí)，相似的極性轉(zhuǎn)換器也可被提供到子站輸入部分15中。
線路接收器141可被構(gòu)造為如圖12所示。即，兩個輸入OR門電路的兩個輸入端被連接到第一和第二數(shù)據(jù)線D+和D-。這允許檢測控制信號，無論連接A和B中的哪一個被用來連接到數(shù)據(jù)線上。
當(dāng)在上面所述的實(shí)施例中，一個(單通道)控制信號或一個監(jiān)視信號被疊加在包括電源電壓的時(shí)鐘上時(shí)，也可疊加兩個控制信號和一個監(jiān)視信號。即，多路(雙工)控制信號以及(非多路)監(jiān)視信號被提供在公用數(shù)據(jù)線上并在兩個方向中同時(shí)傳輸。另外，可疊加兩個控制信號和兩個監(jiān)視信號。那是多路(雙工)控制信號以及多路(雙工)信號被提供到公用數(shù)據(jù)信號線上并在兩個方向中同時(shí)傳輸。
另外，可在主站13中提供差錯檢測電路。差錯檢測電路監(jiān)視第數(shù)據(jù)信號線D+來檢驗(yàn)該線的狀態(tài)(對故障如短路)。差錯檢測電路的結(jié)構(gòu)可是如在日本專利申請序列號Heil(1989)-140826中公開的結(jié)構(gòu)。
如在日本專利申請序列號Heil(1989)-140826中所描述的，可提供多個主站輸出部分135和主站輸入部分139并與特定的子站關(guān)聯(lián)。在那種情況下，提供m(m≥1)個主站輸出部分135和m個子站輸出部分14，以一對一的關(guān)系彼此關(guān)聯(lián)，以預(yù)定順序連接到數(shù)據(jù)信號線上。另一方面，提供n(n≥1)個主站輸入部分139和n個子站輸入部分1115，以一對一的關(guān)系彼此關(guān)聯(lián)并以預(yù)定順序連接到數(shù)據(jù)信號線上。相關(guān)對在定時(shí)信號的控制下順序操作以便將控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞芸夭糠?6以及從傳感器部分17傳輸監(jiān)視信號。另外，可提供如上所述構(gòu)造的多個組站。每個組的站的數(shù)量可不相同。
另外，在主站和子站中提供CPU(中央處理單元)(未示出)可執(zhí)行如上所述的過程的程序來實(shí)現(xiàn)在主站13和子站11中的操作。
根據(jù)本發(fā)明，在一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)中，使用具有預(yù)定占空因數(shù)的兩個值(電源電壓電平以及“高電勢低電平”)控制信號以及檢測監(jiān)視信號為存在或不存在電流信號。這允許控制信號和監(jiān)視信號疊加在時(shí)鐘信號上以及消除電源線。因此，可實(shí)現(xiàn)高速雙向信號傳輸，控制信號和監(jiān)視信號可提供到公用數(shù)據(jù)信號線上并同時(shí)和雙向傳輸。另外，可向子站提供足夠的電源而不使用電源線。因此，可消除用于為單獨(dú)在公用數(shù)據(jù)信號線上傳輸控制信號和監(jiān)視信號的單觸的周期的需要，從而提高信號傳輸速度。另外，可增加傳輸?shù)钠骄β蕘硐娫淳€和增加公用數(shù)據(jù)信號線的長度，從而允許將該控制信號傳輸?shù)皆谑芸匮b置的小布線區(qū)域中以及從受控裝置的小布線區(qū)域中獲得監(jiān)視信號。
權(quán)利要求
1.一種控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，包括控制器；多個受控裝置，每個受控裝置具有受控部分和用于監(jiān)視所述受控部分的傳感器部分；主站，連接到所述控制器和多個受控裝置公用的數(shù)據(jù)信號線上；以及多個子站，與多個受控裝置有關(guān)，并且連接到所述數(shù)據(jù)信號線和相關(guān)的受控裝置上，其中將所述控制器的控制信號傳輸?shù)剿鍪芸夭糠忠约皩⑺鰝鞲衅鞑糠值谋O(jiān)視信號經(jīng)數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)剿隹刂破?，其中所述主站進(jìn)一步包括定時(shí)生成裝置，用于生成與具有預(yù)定周期的時(shí)鐘同步的預(yù)定定時(shí)信號；主站輸出部分，在所述定時(shí)信號的控制下，根據(jù)在每個時(shí)鐘周期從所述控制器輸入的控制信號中每個數(shù)據(jù)值，改變其中所述控制數(shù)據(jù)信號處于低于電源電壓且高于在電路的其他部分中的高電平信號的非電源電壓電平的周期與其中所述控制信號處于所述電源電壓的下周期間的占空因數(shù)以便將所述控制數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成串行脈沖電壓信號并將所述串行脈沖電壓信號輸出到所述數(shù)據(jù)信號線上，以及主站輸入部分，用于在所述定時(shí)信號的控制下，檢測在每個時(shí)鐘周期中經(jīng)所述數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)寞B加在所述串行脈沖電壓信號的監(jiān)視數(shù)據(jù)信號以便從所述串行監(jiān)視信號抽取每個數(shù)據(jù)值，將抽取的信號轉(zhuǎn)換成所述監(jiān)視信號并將所述監(jiān)視信號輸入到所述控制器中，以及其中多個子站的每一個進(jìn)一步包括子站輸出部分，用于在定時(shí)信號的控制下，識別在每個時(shí)鐘周期中所述控制信號處于不同于所述串行脈沖電壓信號的電源電壓的電平的周期和所述控制信號處于所述電源電壓電平的下一周期間的所述占空因數(shù)以便從所述控制數(shù)據(jù)信號抽取數(shù)據(jù)值并將在所述數(shù)據(jù)值中與所述子站相關(guān)的數(shù)據(jù)提供給所述受控部分；以及子站輸入部分，用于在所述定時(shí)信號的控制下，根據(jù)在相關(guān)傳感器部分中的值生成監(jiān)視數(shù)據(jù)信號并將所述監(jiān)視數(shù)據(jù)信號疊加在所述串行脈沖電壓信號的預(yù)定位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視數(shù)據(jù)信號包括兩種不同的電流值電平，以及其中所述主站輸入部分檢測所述監(jiān)視數(shù)據(jù)信號作為電流信號以便從所述監(jiān)視信號抽取每個數(shù)據(jù)值。
3.如權(quán)利要求1所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述主站輸出部分將充電電流經(jīng)所述數(shù)據(jù)信號線發(fā)送給所述子站輸出部分和子站輸入部分。
4.如權(quán)利要求3所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中在非電源電壓電平期間，所述子站輸出部分和所述子站輸入部分阻塞流過所述數(shù)據(jù)信號線的所述充電電流。
5.如權(quán)利要求4所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述子站輸入部分輸出所述監(jiān)視數(shù)據(jù)信號同時(shí)在非電源電壓電平周期期間，阻塞流過所述數(shù)據(jù)信號線的所述充電電流。
6.如權(quán)利要求5所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視數(shù)據(jù)信號包括表示存在或不存在電流的電流信號；以及其中所述主站輸入部分檢測在非電源電壓電平周期期間的電平以便檢測所述監(jiān)視信號，所述電平是流過所述數(shù)據(jù)信號線的分壓器電流和是監(jiān)視數(shù)據(jù)信號的電流信號的電流之和。
7.如權(quán)利要求3所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述子站輸出部分和子站輸入部分包括用所述充電電流充電的充電裝置，以及在非電源電壓電平周期期間阻塞流過所述數(shù)據(jù)信號線的所述充電電流并放電所述充電裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)信號線進(jìn)一步包括第一和第二數(shù)據(jù)信號線，所述第二數(shù)據(jù)信號線處于最低和基準(zhǔn)電勢，所述第數(shù)據(jù)信號線處于所述非電源電壓電平或?yàn)樽罡唠妱蓦娖降乃鲭娫措妷弘娖健?br> 9.如權(quán)利要求1所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)信號線進(jìn)一步包括第一和第二數(shù)據(jù)信號線，所述第數(shù)據(jù)信號線處于最高和基準(zhǔn)電勢，所述第二數(shù)據(jù)信號線處于所述非電源電壓電平或?yàn)樽畹碗妱莸乃鲭娫措妷弘娖健?br> 10.如權(quán)利要求1所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中所述子站輸出部分和子站輸入部分的每一個轉(zhuǎn)換從所述數(shù)據(jù)信號線獲得的信號而不管與所述數(shù)據(jù)信號線的連接的極性。
11.如權(quán)利要求10所述的控制和監(jiān)視信號傳輸系統(tǒng)，其中將所述子站輸出部分和子站輸入部分的每一個連接到每條數(shù)據(jù)信號線上以獲得和輸出經(jīng)所述數(shù)據(jù)信號線傳輸?shù)男盘柌⒂?jì)算所述輸出的邏輯OR。
全文摘要
主站輸出部分改變其中控制數(shù)據(jù)信號處于低于電源電壓Vx但高于在電路的其他部分中的高電平信號的電平(高電勢低電平)的周期與其中所述控制數(shù)據(jù)信號處于電源電壓Vx電平的下周期間的占空因數(shù)，以便根據(jù)在每個時(shí)鐘周期中從控制器輸入的控制數(shù)據(jù)信號中的每個數(shù)據(jù)值，將控制數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成串行脈沖電壓信號并將所述電壓信號輸出到數(shù)據(jù)信號線D+和D－。
文檔編號G05B15/02GK1428749SQ0215939
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月28日
發(fā)明者齋藤善胤, 錦戶憲治, 湯川浩司, 森安 申請人:株式會社恩尼懷爾