帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，包括回路卡和多個回路單元，回路卡與各回路單元連接，為各回路單元供電，且回路卡與各回路單元之間通過電平通信；回路卡包括電平控制電路和分別與其連接的恒流輸出電路、電流補償電路及主節(jié)點信號處理單元，回路單元包括無極性電路、拉電流電路、穩(wěn)流電路、從節(jié)點信號處理單元和從節(jié)點電平采樣電路，無極性電路與電平控制電路和主節(jié)點信號處理單元連接，拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路均與無極性電路連接，從節(jié)點信號處理單元與拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路連接。本發(fā)明解決了二總線通信中通信延時長的技術問題，具有通信速度快，系統(tǒng)延時低且通信準確性高的優(yōu)點。
【專利說明】帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及消防電子電路領域，具體地，涉及一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]所謂二總線通信是指通信總線上只有兩根總線，不需要額外的電源線的一種通信方式。所有的通信節(jié)點都通過這兩根總線從通信主節(jié)點取電和與主節(jié)點通信。在火災報警控制器領域，幾乎所有的智能點式火災探測器與火災報警控制器的通信都是二總線回路通信。傳統(tǒng)的二總線都是采用電源與通信分時復用的方式，即，每通信一次，都需要停止通信一段時間，為總線充電，來維持總線上所有的通信節(jié)點的正常工作；另外，傳統(tǒng)的二總線普遍采用上行電壓，下行電流的方式通信，即，主節(jié)點采用電壓信號向從節(jié)點發(fā)送信息，從節(jié)點以電流信號向主節(jié)點發(fā)送信息，且為主從式通信，只有主節(jié)點巡檢到哪個從節(jié)點，哪個從節(jié)點才開始發(fā)送信息，一般主節(jié)點巡檢所有從節(jié)點的一個周期在幾秒鐘。綜上，傳統(tǒng)二總線通信存在延時長的缺點，且最大延時為主節(jié)點巡檢所有從節(jié)點的一個周期。
[0003]中國專利公布號為CN103530969A的發(fā)明專利公開了一種火災報警控制器回路單元及其控制方法，該專利中提出了通信與電源同時工作的方案，減少了系統(tǒng)通信延時，但是該系統(tǒng)的工作方式依然是采用上行電壓，下行電流的主從式通信方式，其通信的最大延時為一個巡檢周期，仍然存在通信延時長的缺點。。
【發(fā)明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，以解決二總線通信中因主從式通信造成的通信延時長的技術問題。
[0005]根據本發(fā)明的一個方面，提供一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，包括回路卡和多個回路單元，回路卡與各回路單元連接，為各回路單元供電，且回路卡與各回路單元之間通過電平通信；回路卡包括電平控制電路和分別與電平控制電路連接的恒流輸出電路、電流補償電路及主節(jié)點信號處理單元，回路單元包括無極性電路、拉電流電路、穩(wěn)流電路、從節(jié)點信號處理單元和從節(jié)點電平采樣電路，無極性電路分別與電平控制電路和主節(jié)點信號處理單元連接，拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路分別與無極性電路連接，從節(jié)點信號處理單元分別與拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路連接，其中:
[0006]恒流輸出電路用以輸出恒流電信號給電平控制電路；
[0007]電流補償電路分別與電平控制電路的輸入輸出端連接，用以從電平控制電路的輸出端采樣輸出電平的大小，計算出需要補償的電流大小，輸出補償電流到電平控制電路輸入端;
[0008]電平控制電路用以接收主節(jié)點信號處理單元的控制命令，并采樣無極性電路流過的電流，結合恒流電路和電流補償電路輸出的電流大小，控制電平控制電路輸出端的電平大小，將電平信號發(fā)送給主節(jié)點信號處理單元和無極性電路；
[0009]主節(jié)點信號處理單元通過控制連接和電平采樣連接與電平控制電路連接，通過控制連接將電平控制信號發(fā)送給電平控制電路，通過電平采樣連接采樣電平控制電路發(fā)送給無極性電路的電平信號；
[0010]無極性電路用以接收電平控制電路輸出的電平信號，將接收到的電平信號發(fā)送給從節(jié)點電平米樣電路，拉電流電路和穩(wěn)流電路；
[0011]從節(jié)點電平采樣電路用以將采樣到的無極性電路輸出的電平信號發(fā)送給從節(jié)點信號處理單元；
[0012]穩(wěn)流電路用以從無極性電路得到電信號，將得到的電信號輸出給從節(jié)點信號處理單元，保證流入穩(wěn)流電路輸入端的電流穩(wěn)定不變；
[0013]從節(jié)點信號處理單元從穩(wěn)流電路得到電流供電，接收數據時，接收從節(jié)點電平采樣電路采樣到的電平信號，發(fā)送數據時，向拉電流電路發(fā)送拉電流命令，控制拉電流；
[0014]拉電流電路接收從節(jié)點信號處理單元的拉電流命令，拉電流，改變流過無極性電路的電流。
[0015]優(yōu)選地，回路卡與回路單元之間采用電壓信號通信，實現通信與供電同時進行，且采用總線硬件仲裁機制:當總線上兩個通信節(jié)點同時向總線上發(fā)送信號，一個發(fā)送低電平，一個發(fā)送高電平，總線上顯示低電平。
[0016]優(yōu)選地，電平控制電路中包括一個接電源負的電阻和主節(jié)點拉電流電路，電阻正端分別與無極性電路，恒流輸出電路，電流補償電路連接，恒流輸出電路和電流補償電路輸入的電流一部分流過電阻，一部分流向無極性電路，一部分流向主節(jié)點拉電流電路，電阻與無極性電路之間的連線上的電壓值取決于流過電阻的電流，從而通過主節(jié)點拉電流電路拉電流和調整流過無極性電路的電流來達到調整電平控制電路輸出電壓的目的。
[0017]優(yōu)選地，主節(jié)點信號處理單元接收信息時通過采樣電平控制電路與無極性電路之間的線路電壓獲得要接收的信息；主節(jié)點信號處理單元發(fā)送信息時，控制電平控制電路的輸出電平，同時采樣電平控制電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
[0018]優(yōu)選地，無極性電路為一個整流橋，整流橋輸入端比輸出端高I個PN結的電壓，電流完全相等。
[0019]優(yōu)選地，從節(jié)點電平采樣電路包括電平鎖存電路，用來鎖存高電平信號，在電平控制電路輸出低電平時，為從節(jié)點信號處理單元比較判斷當前是高電平還是低電平提供閾值。
[0020]優(yōu)選地，從節(jié)點信號處理單元通過采樣無極性電路輸出的電壓得到要接收的信息；在發(fā)送信息時，通過控制拉電流電路拉電流來控制電平控制電路輸出的電平，同時采樣無極性電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
[0021]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)采用總線仲裁機制，實現回路的無巡檢、非主從式通信，使得消防系統(tǒng)中任何一個探測器如果報火警，都不需要等待回路卡巡檢到自己，就可以主動發(fā)送火警信息到回路卡，大大降低了系統(tǒng)通信延時，同時，本發(fā)明的回路卡與回路單元之間通過在高電壓下實現高低電平的通信，達到通信、供電同時作用的效果，實現了通信供電并行工作的功能，進一步降低通信延時。因此，與現有技術相比，本發(fā)明有效解決了二總線通信中因主從式通信造成的通信延時長的技術問題，具有通信速度快，系統(tǒng)延時低且通信準確性高的優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0023]圖1為本發(fā)明帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)的結構原理圖。
[0024]圖中:1為恒流輸出電路、2為電流補償電路、3為電平控制電路4為主節(jié)點信號處理單元、5為無極性電路、6為拉電流電路、7為穩(wěn)流電路、8為從節(jié)點信號處理單元、9為從節(jié)點電平米樣電路。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0026]請參閱圖1，一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，包括回路卡和多個回路單元，回路卡與各回路單元連接，為各回路單元供電，且回路卡與各回路單元之間通過電平通信，回路卡與回路單元之間采用電壓信號通信，實現通信與供電同時進行，且采用總線硬件仲裁機制:當總線上兩個通信節(jié)點同時向總線上發(fā)送信號，一個發(fā)送低電平，一個發(fā)送高電平，總線上顯示低電平。
[0027]回路卡包括電平控制電路和分別與電平控制電路連接的恒流輸出電路、電流補償電路及主節(jié)點信號處理單元，回路單元包括無極性電路、拉電流電路、穩(wěn)流電路、從節(jié)點信號處理單元和從節(jié)點電平采樣電路，無極性電路分別與電平控制電路和主節(jié)點信號處理單元連接，拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路分別與無極性電路連接，從節(jié)點信號處理單元分別與拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路連接，其中:
[0028]恒流輸出電路用以輸出恒流電信號給電平控制電路。
[0029]電流補償電路分別與電平控制電路的輸入輸出端連接，用以從電平控制電路的輸出端采樣輸出電平的大小，計算出需要補償的電流大小，輸出補償電流到電平控制電路輸入端。
[0030]電流補償電路根據電平控制電路輸出的電平大小來輸出補償電流，使在外部回路單元數量的變化造成流過電平控制電路與無極性電路之間的線路的電流變化時，控制電平控制電路與無極性電路之間連線的電壓在規(guī)定閾值內。
[0031]電平控制電路用以接收主節(jié)點信號處理單元的控制命令，并采樣無極性電路流過的電流，結合恒流電路和電流補償電路輸出的電流大小，控制電平控制電路輸出端的電平大小，將電平信號發(fā)送給主節(jié)點信號處理單元和無極性電路。
[0032]電平控制電路中包括一個接電源負的電阻和主節(jié)點拉電流電路，電阻正端分別與無極性電路，恒流輸出電路，電流補償電路連接，恒流輸出電路和電流補償電路輸入的電流一部分流過電阻，一部分流向無極性電路，一部分流向主節(jié)點拉電流電路，電阻與無極性電路之間的連線上的電壓值取決于流過電阻的電流，從而通過主節(jié)點拉電流電路拉電流和調整流過無極性電路的電流來達到調整電平控制電路輸出電壓的目的。
[0033]主節(jié)點信號處理單元通過控制連接和電平采樣連接與電平控制電路連接，通過控制連接將電平控制信號發(fā)送給電平控制電路，通過電平采樣連接采樣電平控制電路發(fā)送給無極性電路的電平信號。
[0034]主節(jié)點信號處理單元接收信息時通過采樣電平控制電路與無極性電路之間的線路電壓獲得要接收的信息；主節(jié)點信號處理單元發(fā)送信息時，通過控制電平控制電路的輸出電平，同時采樣電平控制電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
[0035]無極性電路用以接收電平控制電路輸出的電平信號，將接收到的電平信號發(fā)送給從節(jié)點電平米樣電路，拉電流電路和穩(wěn)流電路。
[0036]無極性電路主要用來實現回路卡與回路單元的連線不用區(qū)分正，負線，怎么連接都能正常通信，無極性電路就是一個整流橋，且整流橋的輸入端比輸出端高I個PN結的電壓，電流完全相等。
[0037]從節(jié)點電平采樣電路用以將采樣到的無極性電路輸出的電平信號發(fā)送給從節(jié)點信號處理單元。
[0038]從節(jié)點電平采樣電路包括電平鎖存電路，用來鎖存高電平信號，在電平控制電路輸出低電平時，為從節(jié)點信號處理單元比較判斷當前是高電平還是低電平提供閾值。
[0039]穩(wěn)流電路從無極性電路得到電信號，輸出給從節(jié)點信號處理單元，穩(wěn)流電路的作用是使流入穩(wěn)流電路輸入端的電流穩(wěn)定不變。
[0040]從節(jié)點信號處理單元從穩(wěn)流電路得到電流供電，接收數據時，接收從節(jié)點電平采樣電路采樣到的電平信號；發(fā)送數據時，向拉電流電路發(fā)送拉電流命令，控制拉電流。
[0041]從節(jié)點信號處理單元從穩(wěn)流電路得到電流供電，接收信息時，通過采樣無極性電路輸出的電壓得到要接收的信息；在發(fā)送信息時，通過控制拉電流電路拉電流來控制電平控制電路輸出的電平，同時采樣無極性電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
[0042]拉電流電路接收從節(jié)點信號處理單元的拉電流命令，拉電流，改變流過無極性電路的電流。
[0043]拉電流電路主要用于從節(jié)點信號處理單元要輸出電平時，通過拉電流電路拉電流來改變流出電平控制電路的電流，進而改變電平控制電路輸出的電平。
[0044]在本發(fā)明的一個較佳實施例中，本發(fā)明的帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)應用于物理層，鏈路層以上通信各層采用CAN總線通信協議實現。恒流輸出電路恒定輸出51mA ；電流補償電路在檢測到電平控制電路的輸出電平小于25V的時間大于5S，將輸出補償電流，使電平控制電路的輸出電壓大于25V ;電平控制電路內部的接電源負的電阻選用510歐姆電阻，主節(jié)點拉電流電路在拉電流時，將拉1mA的電流；從節(jié)點電平采樣電路將低于回路總線上高電平2.5V的電平鎖存，低于此電壓的為低電平，高于此電壓的為高電平。拉電流電路拉1mA的電流，這樣，總線上的高，低電平的電壓差為5.1V。穩(wěn)流電路的輸入端穩(wěn)定在500微安。
[0045]本實施例中，主節(jié)點信號處理單元的處理器選用LPC1765單片機，LPC1765單片機內部集成了 CAN控制器，CAN控制器的接收發(fā)送引腳通過高速光耦與電平控制電路中的采樣端和控制端連接，從節(jié)點信號處理單元的處理器也采用LPC1765單片機，使用其CAN通信接口，通過高速光耦與從節(jié)點電平采樣電路和拉電流電路連接。由于CAN總線內部帶總線仲裁協議，此系統(tǒng)又是具有總線仲裁功能的硬件系統(tǒng)，因此，在應用層面，就采用CAN總線的使用方式使用本通信系統(tǒng)。
[0046]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。
【權利要求】
1.一種帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，包括回路卡和多個回路單元，所述回路卡與各所述回路單元連接，為各回路單元供電，且所述回路卡與各所述回路單元之間通過電平通信；所述回路卡包括電平控制電路和分別與所述電平控制電路連接的恒流輸出電路、電流補償電路及主節(jié)點信號處理單元，所述回路單元包括無極性電路、拉電流電路、穩(wěn)流電路、從節(jié)點信號處理單元和從節(jié)點電平采樣電路，所述無極性電路分別與所述電平控制電路和主節(jié)點信號處理單元連接，所述拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路分別與所述無極性電路連接，所述從節(jié)點信號處理單元分別與所述拉電流電路、穩(wěn)流電路和從節(jié)點電平采樣電路連接，其中: 所述恒流輸出電路用以輸出恒流電信號給電平控制電路； 所述電流補償電路分別與電平控制電路的輸入輸出端連接，用以從電平控制電路的輸出端采樣輸出電平的大小，計算出需要補償的電流大小，輸出補償電流到電平控制電路輸入端; 所述電平控制電路用以接收主節(jié)點信號處理單元的控制命令，并采樣無極性電路流過的電流，結合恒流電路和電流補償電路輸出的電流大小，控制電平控制電路輸出端的電平大小，將電平信號發(fā)送給主節(jié)點信號處理單元和無極性電路； 所述主節(jié)點信號處理單元通過控制連接和電平采樣連接與電平控制電路連接，通過控制連接將電平控制信號發(fā)送給電平控制電路，通過電平采樣連接采樣電平控制電路發(fā)送給無極性電路的電平信號； 所述無極性電路用以接收電平控制電路輸出的電平信號，將接收到的電平信號發(fā)送給從節(jié)點電平米樣電路，拉電流電路和穩(wěn)流電路； 所述從節(jié)點電平采樣電路用以將采樣到的無極性電路輸出的電平信號發(fā)送給從節(jié)點信號處理單元； 所述穩(wěn)流電路用以從無極性電路得到電信號，將得到的電信號輸出給從節(jié)點信號處理單元，保證流入穩(wěn)流電路輸入端的電流穩(wěn)定不變； 所述從節(jié)點信號處理單元從穩(wěn)流電路得到電流供電，接收數據時，接收從節(jié)點電平采樣電路采樣到的電平信號；發(fā)送數據時，向拉電流電路發(fā)送拉電流命令，控制拉電流； 所述拉電流電路接收從節(jié)點信號處理單元的拉電流命令，拉電流，改變流過無極性電路的電流。
2.根據權利要求1所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述回路卡與回路單元之間采用電壓信號通信，實現通信與供電同時進行，且采用總線硬件仲裁機制:當總線上兩個通信節(jié)點同時向總線上發(fā)送信號，一個發(fā)送低電平，一個發(fā)送高電平，總線上顯示低電平。
3.根據權利要求1所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述電平控制電路中包括一個接電源負的電阻和主節(jié)點拉電流電路，所述電阻正端分別與無極性電路，恒流輸出電路，電流補償電路連接，恒流輸出電路和電流補償電路輸入的電流一部分流過所述電阻，一部分流向無極性電路，一部分流向主節(jié)點拉電流電路，所述電阻與無極性電路之間的連線上的電壓值取決于流過所述電阻的電流，從而通過主節(jié)點拉電流電路拉電流和調整流過無極性電路的電流來達到調整電平控制電路的輸出電壓的目的。
4.根據權利要求2所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述主節(jié)點信號處理單元接收信息時通過采樣電平控制電路與無極性電路之間的線路電壓獲得要接收的信息；所述主節(jié)點信號處理單元發(fā)送信息時，控制電平控制電路的輸出電平，同時采樣電平控制電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
5.根據權利要求2所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述無極性電路為一個整流橋，所述整流橋輸入端比輸出端高I個PN結的電壓，電流完全相等。
6.根據權利要求1所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述從節(jié)點電平采樣電路包括電平鎖存電路，用來鎖存高電平信號，在電平控制電路輸出低電平時，為從節(jié)點信號處理單元比較判斷當前是高電平還是低電平提供閾值。
7.根據權利要求1所述帶總線仲裁的二總線回路通信系統(tǒng)，其特征在于，所述從節(jié)點信號處理單元通過采樣無極性電路輸出的電壓得到要接收的信息；在發(fā)送信息時，通過控制拉電流電路拉電流來控制電平控制電路輸出的電平，同時采樣無極性電路輸出的電平，如果在輸出高電平時，采樣到低電平，則說明當前有通信節(jié)點在向總線上發(fā)送數據，當前節(jié)點放棄總線控制，直到其他節(jié)點發(fā)送完畢。
【文檔編號】G08B17/00GK104408855SQ201410668339
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權日:2014年11月20日
【發(fā)明者】姜洪宇, 杜嘯曉, 鄭珊珊, 張永剛 申請人:中國船舶重工集團公司第七二六研究所