本發(fā)明涉及總線通信領域，特別涉及一種雙向總線通信電路及通信方法。

背景技術：

總線通信相對于傳統(tǒng)的點對點通信，有著極大地提升，不僅可以有效降低連線的復雜度，還可以提高連線的利用率，所以總線通信現(xiàn)在廣泛應用于各種專業(yè)通信領域。

但是，常規(guī)的總線通信采用一條總線將各個節(jié)點串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡，給工程布線帶來了麻煩，而且在從機電源需要主機供電的工程中，一條總線系統(tǒng)需要四根線纜，工程接線施工的工作量過大，成本過大，此外，常規(guī)的總線通信的通信距離短，抗干擾能力弱，功耗大，可支持的負載從機少。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種雙向總線通信電路及通信方法，采用雙線總線通信，可以采用多種拓撲方式，支持環(huán)形、星形等多種方式。從拓撲方式、線纜成本、接線難度上都大大降低了工程難度節(jié)約了成本，而且支持長距離通信，增強了抗干擾能力，支持最多128個從機負載，支持低功耗模式。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種雙向總線通信電路，包括主機設備，至少一個從機設備和總線，所述主機設備和所述從機設備通過所述總線連接，所述主機設備包括：主機發(fā)送數(shù)據(jù)電路，用于向所述從機設備發(fā)送數(shù)據(jù)，主機接收數(shù)據(jù)電路，用于接收所述從機設備發(fā)送的數(shù)據(jù)，主機CPU，控制所述主機設備；所述從機設備包括：從機發(fā)送數(shù)據(jù)電路，用于向所述主機設備發(fā)送數(shù)據(jù)，從機接收數(shù)據(jù)電路，用于接收所述主機設備發(fā)送的數(shù)據(jù)，從機CPU，用于控制所述從機設備。

進一步的，所述主機設備通過外部供電裝置提供電源，所述外部供電裝置供給輸入電壓V1和輸入電壓V2。

進一步的，所述主機發(fā)送數(shù)據(jù)電路包括：MOS管，三極管Q1，電阻R1，電阻R2，電阻R3，電阻R4，二極管D1，所述主機CPU的輸出端經(jīng)過所述電阻R3連接到所述三極管Q1的基極，所述三極管Q1的發(fā)射極接地，所述三極管Q1的集電極與所述電阻R1和所述電阻R2串聯(lián)，并且接入所述輸入電壓V1，所述MOS管接入所述輸入電壓V1，所述MOS管的G1接在所述電阻R1和所述電阻R2之間，所述輸入電壓V1通過所述MOS管接入所述總線，所述輸入電壓V2通過所述電阻R4和所述二極管D1接入所述總線。

進一步的，所述從機接收數(shù)據(jù)電路包括：比較器U2，電阻R8，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R12，二極管D2，電容C2和DCtoDC電源電路，所述DCtoDC電源電路的一端連接所述總線，另一端連接所述從機CPU并為所述從機設備供電，所述二極管D2串聯(lián)接入所述總線，所述電阻R8與所述電阻R9串聯(lián)，一端接所述二極管D2的A極端，另一端接地，所述電阻R10與所述電阻R11串聯(lián)，一端接所述二極管D2的K極端，另一端接地，所述電容C2的一端接所述二極管D2的K極端，另一端接地，所述比較器U2的正極接所述電阻R8和所述電阻R9之間，所述比較器U2的負極接所述電阻R10和所述電阻R11之間，所述比較器U2的輸出端接所述從機CPU的輸入端，所述電阻R12的一端接所述比較器U2的輸出端，另一端接所述DCtoDC電源電路和所述從機CPU之間。

進一步的，所述從機發(fā)送數(shù)據(jù)電路包括：三極管Q2，電阻R13和電阻R14，所述從機CPU的輸出端通過所述電阻R14接所述三極管Q2的基極，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的集電極通過所述電阻R13接入所述總線。

進一步的，所述主機接收數(shù)據(jù)電路包括：比較器U1，二極管D1，電阻R4，電阻R5，電阻R6和電阻R7，所述輸入電壓V2通過所述電阻R4和所述二極管D1接在所述輸入電壓V1的線路上，所述電阻R5和所述電阻R7串聯(lián)，一端接所述輸入電壓V2，另一端接地，所述比較器U1的負極接所述電阻R5和所述電阻R7之間，所述比較器U2的正極通過所述電阻R6接所述電阻R4和所述二極管D1之間，所述比較器U2的輸出端接所述主機CPU的輸入端。

進一步的，當所述主機設備與所述從機設備通信時，所述從機設備通過所述電容C2供電。

本發(fā)明還提供了一種雙向總線通信的方法，其特征在于，包括步驟：

S1，主機設備給從機設備供電和/或充電；

S2，主機設備數(shù)據(jù)下行，從機設備接收數(shù)據(jù)；

S3，從機設備數(shù)據(jù)上行，主機設備接收數(shù)據(jù)。

進一步的，所述步驟S1中，主機設備通過總線向從機設備供電和/或充電。

進一步的，所述步驟S2中，主機設備通過總線電壓幅值的變化，與從機設備通信。

進一步的，所述步驟S3中，從機設備通過調(diào)節(jié)總線電流，與主機設備通信。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的雙向總線通信電路及通信方法，采用雙線總線通信，可以采用多種拓撲方式，支持環(huán)形、星形等多種方式。從拓撲方式、線纜成本、接線難度上都大大降低了工程難度節(jié)約了成本，而且支持長距離通信，增強了抗干擾能力，支持最多128個從機負載，支持低功耗模式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中雙向總線通信電路的電路示意圖；

圖2是本發(fā)明中雙向總線通信電路的主機設備的具體電路示意圖；

圖3是本發(fā)明中雙向總線通信電路的從機設備的具體電路示意圖；

圖4是本發(fā)明中雙向總線通信時分步驟電壓示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明通過如下實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。但本領域技術人員應了解，下述實施方式不是對本發(fā)明保護范圍的限制，任何在本發(fā)明基礎上做出的改進和變化，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

圖1所示，是本發(fā)明的雙向總線通信電路的電路示意圖，包括主機設備，若干從機設備和總線，總線包括BUS+和BUS-，如圖所示，主機設備的BUS+和BUS-兩根線纜與從機設備的BUS+和BUS-兩根線纜分別相連。雙向總線通信電路由外部供電裝置供電（圖中未示出），外部供電裝置供給主機設備輸入電壓V1和輸入電壓V2，主機設備再通過總線給從機供電，同時，主機設備通過總線與從機通信。

圖2所示，是本發(fā)明的雙向總線電路的主機設備的具體電路示意圖，主機設備包括：主機發(fā)送數(shù)據(jù)電路，主機接收數(shù)據(jù)電路和主機CPU。

圖3所示，是本發(fā)明的雙向總線通信電路的從機設備的具體電路示意圖，從機設備包括：從機發(fā)送數(shù)據(jù)電路，從機接收數(shù)據(jù)電路和從機CPU。

主機發(fā)送數(shù)據(jù)電路包括：MOS管，三極管Q1，電阻R1，電阻R2和電阻R3，主機CPU的輸出端經(jīng)過電阻R3連接到三極管Q1的基極，三極管Q1的發(fā)射極接地，三極管Q1的集電極與電阻R1，電阻R2串聯(lián)，并接輸入電壓V1，MOS管接輸入電壓V1，MOS管的G1接在電阻R1和電阻R2之間，輸入電壓V1通過MOS管接入總線，輸入電壓V2也接入總線。工作時，當主機CPU發(fā)送電平為高時，MOS管開啟，總線電壓為輸入電壓V3=V1+V2，當主機CPU發(fā)送電平為低時，MOS管關閉，總線電壓為輸入電壓V2，通過這種方法，可以將主機CPU發(fā)送的數(shù)據(jù)，調(diào)制到總線上。

從機接收數(shù)據(jù)電路包括：比較器U2，電阻R8，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R12，二極管D2，電容C2和DCtoDC電源電路，DCtoDC電源電路一端接總線，另一端接從機CPU，在主機下行和從機上行時，需要電容C2通過DCtoDC電源電路向從機CPU供電。二極管D2串聯(lián)接入總線，電阻R8與電阻R9串聯(lián)，一端接二極管D2的A極端，另一端接地，電阻R10與電阻R11串聯(lián)，一端接二極管D2的K極端，另一端接地，電容C2一端接二極管D2的K極端，另一端接地，比較器U2的正極接電阻R8和電阻R9之間，比較器U2的負極接電阻R10和電阻R11之間，所述比較器U2的輸出端接從機CPU的輸入端，電阻R12一端接比較器U2的輸出端，另一端接DCtoDC電源電路和從機CPU之間。工作時，當總線電壓變化時，比較器的正極端與總線電壓同時變化，因電容C2的穩(wěn)壓作用，比較器的負極端不會發(fā)生電壓的變化，電阻R12將開路輸出的比較器U2上拉為從機CPU供電電壓的相同電位。通過這種方法，將總線下行數(shù)據(jù)解調(diào)成為電平輸入給從機CPU。

從機發(fā)送數(shù)據(jù)電路包括：三極管Q2，電阻R13和電阻R14，從機CPU的輸出端通過電阻R14接三極管Q2的基極，三極管Q2的發(fā)射極接地，三極管Q2的集電極通過電阻R13接入總線。

主機接收數(shù)據(jù)電路包括：比較器U1，二極管D1，電阻R4，電阻R5，電阻R6和電阻R7，輸入電壓V2通過電阻R4和二極管D1接在總線上，電阻R5和電阻R7串聯(lián)，一端接輸入電壓V2，另一端接地，比較器U1的負極接電阻R5和電阻R7之間，比較器U2的正極通過電阻R6接電阻R4和二極管D1之間，比較器U2的輸出端接主機CPU的輸入端。

工作時，主機設備中輸入電壓V2、電阻R4、二極管D1和從機設備中電阻R13、三極管Q2形成電流環(huán)回路。

從機設備中，當從機CPU輸出電平為高時，三極管Q2導通，由于電阻R13的作用，總線上加載了調(diào)制電流，當從機CPU輸出電平為低時，三極管Q2截止，總線上無調(diào)制電流，通過這種方法，將從機設備的輸出信息調(diào)制到主線上。

主機設備中，通過電阻R4將電流環(huán)轉化為電壓的幅值變化，當從機加載電流時，比較器U1的正極端電壓低于比較器U1負極端電壓。比較器U1的輸入電平產(chǎn)生翻轉，通過這種方法，將從機設備上行數(shù)據(jù)解調(diào)成串口信號輸入給主機CPU的輸入端。

本發(fā)明還提供了一種雙向總線通信的方法，包括步驟：

S1，主機設備給從機設備供電和/或充電；

S2，主機設備數(shù)據(jù)下行，從機設備接收數(shù)據(jù)；

S3，從機設備數(shù)據(jù)上行，主機設備接收數(shù)據(jù)。

如圖4所示，是本發(fā)明中雙向總線通信時分步驟電壓示意圖。

步驟S1中，總線上設備在完成一次主從機設備通信后，總線平均電壓低于V3，主機設備中的MOS管打開，總線給各從機供電和/或充電，如圖4中T1-T2時間段所示。在步驟S2主機下行和步驟S3從機上行時，每臺從機設備由從機設備的內(nèi)部電容供電，供從機電路工作。

步驟S2中，主機設備通過電路將主機CPU的串口信息通過調(diào)制總線的高低電平與高低電平持續(xù)的時間來表示串口波形的數(shù)據(jù)，如圖4中T2-T3時間段所示。每一臺從機設備均有解調(diào)電路將信息解調(diào)成串口波形輸入給從機的CPU。

步驟S3中，當主機設備發(fā)送完成相應的信息，需要從機設備響應數(shù)據(jù)給主機設備時，從機設備通過電路把數(shù)據(jù)調(diào)制到總線上，如圖4中T3-T4所示。主機設備通過上行數(shù)據(jù)的解調(diào)電路把信息解調(diào)成串口波形，輸入給主機的CPU。

本發(fā)明的雙向總線通信的方法，為主從機設備通信方式，每次通訊均由主機發(fā)起。當主機設備和從機設備之間沒有通信時，整個電路處于步驟S1充電中，此時可以開啟低功耗模式，待有信息需要通信時，從低功耗模式中退出，按順序執(zhí)行步驟S2主機下行和步驟S3從機上行。