一种数据信号和直流电源共线传输系统及方法与流程

本发明涉及视频监控技术领域，尤其是涉及一种数据信号和直流电源共线传输系统及方法。

背景技术：

目前，视频监控技术被广泛应用于监控、安防、质检等方面。随着计算机及网络技术的发展、普及和网络带宽的迅速扩大，视频监控已经发展到了网络多媒体监控系统，即将数字视频监控技术与网络技术相结合，在现场监控主机无人职守情况下，实现局域网或Internet远程监控的功能。但在视频监控等类似领域，多采用非集中式控制，线路布线多，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数据信号和直流电源共线传输系统及方法，以解决现有视频监控系统中存在的线路布线多，不利于集中控制且成本较高的问题。

本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输系统，包括前端电路、后端电路和第一端子；

所述前端电路包括：

第一直流电源传输电路，用于传输直流电源；

第一处理模块，用于对输入的数据信号进行编码处理，输出同步PWM信号；

升压电路，用于对同步PWM信号进行升压；

第一电源电路，用于给第一处理模块提供直流电源；

所述后端电路包括一个或多个后端子电路；

所述后端子电路包括：

第二直流电源传输电路，用于传输直流电源；

第二处理模块，用于对输入的同步PWM信号进行解析处理，输出对应的数据信号；

第二电源电路，用于给第二处理模块提供直流电源；

第一电源电路与第一处理模块的电源输入端连接，第一处理模块的信号输出端与升压电路的一端连接；第一直流电源传输电路的一端与直流电源输入端口连接，第一直流电源传输电路的另一端和升压电路的另一端均与第一端子的一端连接，第一端子的另一端分别与第二处理模块的一端和第二直流电源传输电路的一端连接，第二直流电源传输电路的另一端与直流电源输出端口连接。

优选地，所述第一处理模块的同步方式为，当输入数据信号为低电平时，第一处理模块输出PWM信号，当输入数据信号为高电平时，第一处理模块不输出PWM信号。

优选地，所述后端子电路还包括第一整流分压电路和第二整流分压电路；

所述第一端子的另一端分别通过第一整流分压电路和第二整流分压电路与第二处理模块的第一信号输入端和第二信号输入端连接。

优选地，所述第一整流分压电路包括第七整流二极管、第十七电容和第七电阻；

所述第一端子的另一端连接第七整流二极管的正极，第七整流二极管的负极分别连接第十七电容的一端、第七电阻的一端和第二处理模块的第一信号输入端，第十七电容的另一端和第七电阻的另一端均接地。

优选地，所述第二整流分压电路包括第八整流二极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十八电容；

所述第一端子的另一端连接第八整流二极管的正极，第八整流二极管的负极分别连接第八电阻的一端、第九电阻的一端和第十八电容的一端，第八电阻的另一端通过第十四电容接地，第十八电容的另一端接地，第九电阻的另一端分别连接第二信号输入端和第十电阻的一端，第十电阻的另一端均接地。

优选地，所述升压电路包括第一电阻、第六电容和第一电感；

所述第一处理模块的信号输出端分别通过第一电阻连接第六电容的一端，第六电容的另一端分别连接第一端子的一端和第一电感的一端，第一电感的另一端连接第一电源电路的一端。

优选地，所述第一电源电路为低压差线性稳压器，低压差线性稳压器的信号输入端连接直流电源输入端口，低压差线性稳压器的信号输出端连接第一处理模块的电源输入端。

优选地，所述第一处理模块和第二处理模块均为单片机。

本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输方法，依次包括以下步骤：

第一，当前端设备要发送数据到后端设备时，数据信号从前端电路的数据接收端输入；

第二，前端电路对输入的数据进行编码处理，输出同步PWM信号；

第三，将PWM信号升压，第一端子上PWM信号的电压高于直流电源的电压；

第四，PWM信号和直流电源信号组成的混合信号通过两线制总线向后端设备传输；

第五，信号传达到后端电路后，PWM信号和直流电源信号分离，直流电源信号输出到直流电源输出端口；

第六，后端电路用于对输入的同步PWM信号进行解析处理，输出对应的数据信号。

优选地，第二步骤中的同步方式为，当输入数据信号为低电平时，第一处理模块输出PWM信号，当输入数据信号为高电平时，第一处理模块不输出PWM信号。

与现有技术相比，本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输系统及方法具有以下优点：

1、整个系统集中供电，并且在两线制总线上实现了直流电源和高速数据信号的共线传输，用于控制和监测系统时，减少了线缆铺设数量，降低了系统成本；

2、数据传输距离长，数据传输速率高，可支持DMAX512等实时高速数据应用；

3、数据信号可双向传输，并可多机通讯；

4、本发明具有电路简单，成本低廉等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的数据信号和直流电源共线传输系统包含一个前端电路和一个后端子电路时的电路图；

图2为本发明提供的数据信号和直流电源共线传输方法的流程图；

图3为本发明中数据信号转换、传输和还原的过程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的数据信号和直流电源共线传输系统包含一个前端电路和一个后端子电路时的电路图；图2为本发明提供的数据信号和直流电源共线传输方法的流程图；图3为本发明中数据信号转换、传输和还原的过程图。

如图1所示，本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输系统，包括前端电路、后端电路和第一端子；

所述前端电路包括：

第一直流电源传输电路，用于传输直流电源；

第一处理模块U2，用于对输入的数据信号进行编码处理，输出同步PWM信号；

升压电路，用于对同步PWM信号进行升压；

第一电源电路，用于给第一处理模块U2提供直流电源；

所述后端电路包括一个或多个后端子电路；

所述后端子电路包括：

第二直流电源传输电路，用于传输直流电源；

第二处理模块，用于对输入的同步PWM信号进行解析处理，输出对应的数据信号；

第二电源电路，用于给第二处理模块提供直流电源；

第一电源电路与第一处理模块U2的电源输入端连接，第一处理模块U2的信号输出端与升压电路的一端连接；第一直流电源传输电路的一端与直流电源输入端口连接，第一直流电源传输电路的另一端和升压电路的另一端均与第一端子的一端连接，第一端子的另一端分别与第二处理模块的一端和第二直流电源传输电路的一端连接，第二直流电源传输电路的另一端与直流电源输出端口连接。

与现有技术相比，本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输系统具有以下优点：

1、整个系统集中供电，并且在两线制总线上实现了直流电源和高速数据信号的共线传输，用于控制和监测系统时，减少了线缆铺设数量，降低了系统成本；

2、数据传输距离长，数据传输速率高，可支持DMAX512等实时高速数据应用；

3、数据信号可双向传输，并可多机通讯；

4、本发明具有电路简单，成本低廉等优点。

本实施例中，组成前端电路和后端子电路的电器元器件完全相同，且前端电路和后端子电路的呈镜像对称。实际使用时，前端电路和后端子电路都处于系统总线上直流电源由前端电路的电源输入端口处接入，在后端子电路的直流电源输出端口处输出。

本实施例中，系统总线由VM代表的正端线缆和GND代表的负端线缆，共两根线缆组成。

优选地，所述第一处理模块U2的同步方式为，当输入数据信号为低电平时，第一处理模块U2输出PWM信号，当输入数据信号为高电平时，第一处理模块U2不输出PWM信号。

优选地，所述后端子电路还包括第一整流分压电路和第二整流分压电路；

所述第一端子的另一端分别通过第一整流分压电路和第二整流分压电路与第二处理模块的第一信号输入端和第二信号输入端连接。

优选地，所述第一整流分压电路包括第七整流二极管D7、第十七电容C17和第七电阻R7；

所述第一端子的另一端连接第七整流二极管D7的正极，第七整流二极管D7的负极分别连接第十七电容C17的一端、第七电阻R7的一端和第二处理模块的第一信号输入端，第十七电容C17的另一端和第七电阻R7的另一端均接地。

优选地，所述第二整流分压电路包括第八整流二极管D8、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第十八电容C18；

所述第一端子的另一端连接第八整流二极管D8的正极，第八整流二极管D8的负极分别连接第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端和第十八电容C18的一端，第八电阻R8的另一端通过第十四电容C14接地，第十八电容C18的另一端接地，第九电阻R9的另一端分别连接第二信号输入端和第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端均接地。

本实施例中，第一端子的另一端通过第十六电容分别连接第七整流二极管D7的正极，第八整流二极管D8的正极和第五整流管D5的负极，第五整流管D5的正极接地。

本实施例中，直流电源信号和数据信号经过第一端子，数据信号被第二电感L2隔离，经由第十五电容C15和第六电阻R6组成的降压电路连接单片机的P3.3端口，同时也经第一整流分压电路和第二整流分压电路分别连接单片机的P5.4端口和P5.5端口。直流电源信号经过第二电感L2，并经过第十电容C10和第十一电容C11的滤波作用后传输给直流电源输出端口。

优选地，所述升压电路包括第一电阻R1、第六电容R6和第一电感L1；

所述第一处理模块U2的信号输出端分别通过第一电阻R1连接第六电容R6的一端，第六电容R6的另一端分别连接第一端子的一端和第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接第一电源电路的一端。

优选地，所述第一电源电路为低压差线性稳压器，低压差线性稳压器的信号输入端连接直流电源输入端口，低压差线性稳压器的信号输出端连接第一处理模块U2的电源输入端。

本实施例中，第一电源电路和第二电源电路采用低压差线性稳压器及其外围电路元器件实现，第二电源电路包括第二低压差线性稳压器U3、第十二电容C12、第十三电容C13和第十四电容C14，直流电源输出端口分别连接第二低压差线性稳压器U3的信号输入端口和第十二电容C12的一端，第十二电容C12的另一端接地，第二低压差线性稳压器U3的BP端口通过第十三电容C13接地，第二低压差线性稳压器U3的信号输出端口分别连接后端电路中单片机的电源端口Vcc和第十四电容C14的一端，第十四电容C14的另一端接地。第一电源电路包括第一低压差线性稳压器U1、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，由于前段电路和后端子电路镜像对称，连接关系不再赘述。前端电路包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容R6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第一电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、第一处理模块U2和第一低压差线性稳压器U1，由于前段电路和后端子电路镜像对称，连接关系不再赘述。

优选地，所述第一处理模块U2和第二处理模块均为单片机，本实施例中，利用8pin低成本单片机STC15W201S配合外围被动元器件实现直流电源与高速数据信号的共线传输。

如图2和3所示，本发明提供的一种数据信号和直流电源共线传输方法，依次包括以下步骤：

第一，当前端设备要发送数据到后端设备时，数据信号从前端电路的数据接收端RxD1输入；

第二，前端电路对输入的数据进行编码处理，输出同步PWM信号；

同步方式为，当输入数据信号为低电平时，第一处理模块U2输出PWM信号，当输入数据信号为高电平时，第一处理模块U2不输出PWM信号。

第三，将PWM信号升压，第一端子上PWM信号的电压高于直流电源的电压；

当第一处理模块U2输出PWM信号时，经R1、C6、L1形成一个类BOOST升压结构，在第一电感L1右端，形成一个高于线缆上直流电源电压的脉冲信号。

第四，PWM信号和直流电源信号组成的混合信号通过两线制总线向后端设备传输；

第五，信号传达到后端电路后，PWM信号和直流电源信号分离，直流电源信号输出到直流电源输出端口；

第六，后端电路用于对输入的同步PWM信号进行解析处理，输出对应的数据信号。

PWM信号被第二电感L2阻挡，并经过后端电路中的第十六电容耦合，后经第七整流二极管D7、第八整流二极管D8整流后分别加载到第二处理模块的可编程比较器负输入端(CMP-)和正输入端(CMP+)。

当第十六电容没有PWM信号耦合输出时，第二处理模块的可编程比较器负输入端外，因为有下拉电阻即第七电阻R7的存在，负输入端端口电压为0伏；可编程比较器正输入端，因为有上拉电阻即第八电阻R8的存在，再经过第九电阻R9和第十电阻R10的分压之后会有一定的电压，此时可编程比较器输出为正。

当第十六电容有PWM信号耦合输出时第二处理模块的可编程比较器负输入端，由于第十七电容C17的积分作用会出现一定电压；同时，可编程比较器正输入端，由于第十八电容C18的积分作用也会出现一定电压，但经过第九电阻R9和第十电阻R10的分压后，可编程比较器正输入端的电压低于可编程比较器负输入端的电压；此时，可编程比较器输出结果为负。

经过软件编程实现：当可编程比较器输出结果为正时，在第二处理模块的发送端TxD2上输出高电平；当可编程比较器输出结果为负时，在第二处理模块的发送端TxD2上输出低电平，数据信号得以从前端电路输入并从后端电路还原输出。

另外，因为前后端电路相同，后端电路同理也可以通过第二处理模块的接收端RxD2将数据加载到两线制总线上传输至前端电路的第二处理模块的发送端TxD1输出。

本发明的电源传输能力不低于7V，2A，即电源传输能力大于14W,建议电源输入端口的电压为7-14V。串口数据最大波特率460Kbps，最小波特率120bps,应用范围宽，波特率自适应。本发明最大传输距离不低于500米。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。