摘 要： 針對在小數(shù)據(jù)量、弱實時性和長距離通信場合中電力載波通信電路復(fù)雜的問題，提出一種電路簡單、成本低的二線制總線。利用時分復(fù)用的原理，設(shè)計了二總線能量/信息傳輸電路，包括通信電源電路、節(jié)點能量接收和信息調(diào)制電路。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)幀地址優(yōu)先發(fā)送的原則，設(shè)計了具有總線仲裁機(jī)制的通信協(xié)議。在智能地下車庫中的應(yīng)用表明，該設(shè)計能夠完成能量和信息的分時傳輸，易于工程實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場總線；總線供電；時分復(fù)用
在樓宇消防、小區(qū)安防和環(huán)境監(jiān)控等系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的通信距離較長、節(jié)點多，通常采用便于施工布線的二線制電力載波的技術(shù)方案[1-3]。在通信距離較長時，線材成本優(yōu)勢明顯，但是，通信節(jié)點通過耦合電路把數(shù)據(jù)耦合到傳輸能量的電力線上，需要復(fù)雜的電路及專用信號調(diào)制芯片，使得設(shè)備制造成本高[4-5]。此外，在這些場合通信數(shù)據(jù)以控制信息或狀態(tài)信息為主，信息量相對較少；通信實時性相對弱，時間響應(yīng)在秒級；監(jiān)控節(jié)點能耗相對較小[6-7]。為此，本文研究了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的低壓電力線通信，并應(yīng)用于類似場合。
1 總線的原理
本文總線系統(tǒng)中的二線分別為P線和C線，P線用于傳輸能量和信息，C線為電源和信號的參考接地。總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。總線系統(tǒng)由通信電源和通信節(jié)點組成，通信電源用于提供時分的能量和通信調(diào)制電壓，并通過P線輸出；通信節(jié)點并聯(lián)在總線上，分為主機(jī)節(jié)點和從機(jī)節(jié)點，只有主機(jī)節(jié)點能主動發(fā)起通信。
P線上分時進(jìn)行能量和通信調(diào)制電壓的傳輸，周期各為10 ms，波形如圖2所示。在能量周期Te，總線提供正弦半波能量；在通信周期Ts，總線提供直流信號，供通信節(jié)點進(jìn)行通信調(diào)制。
圖6中，停車場服務(wù)器通過轉(zhuǎn)接器連接到總線，作為總線中唯一的主機(jī)。地感線圈傳感器和燈光指示器從總線取電，作為總線上的從機(jī)不斷地應(yīng)答主機(jī)。計算機(jī)通過串口和轉(zhuǎn)接模塊連接。轉(zhuǎn)接模塊基本電路和圖4，增加了MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，并且計算機(jī)DB9的1腳DCD接圖4中的RTX，用于檢測Ts周期。上位機(jī)采用C++builder6開發(fā)，利用MSComm32控件實現(xiàn)通信。采用STC12C5628單片機(jī)控制地感線圈和LED燈光指示控制器，采用Keil C51開發(fā)。
當(dāng)有車輛進(jìn)入地下車庫時，服務(wù)器根據(jù)停車的目標(biāo)車位規(guī)劃引導(dǎo)路徑，按照幾個鋪設(shè)的關(guān)鍵地感線圈的狀態(tài)啟動附近的LED燈光指示器，引導(dǎo)車輛停車。服務(wù)器根據(jù)一段時間地感線圈的數(shù)據(jù)計算該地區(qū)的汽車數(shù)量，當(dāng)累計達(dá)到一定值時啟動該地區(qū)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。
本文研究了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的二線制現(xiàn)場總線，適用于消防、安防等特定場合。利用總線分時復(fù)用實現(xiàn)了在兩根線上分別對能量和信息的傳輸，大大簡化了調(diào)制和接收電路。總線仲裁機(jī)制較好地解決了沖突問題。但是本系統(tǒng)還存在一些問題，如通信速率低和靈敏度調(diào)節(jié)繁瑣等，需要進(jìn)一步研究。
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