专利名称：可供电二线制实时总线通讯方法
技术领域：
本发明涉及实时双总线通讯控制领域，尤其涉及家庭智能化的二线制总线实时控制方法和装置。
背景技术：
随着人们生活水平的迅速提高，大面积的家庭居住场所拥有量迅速增长，特别是200平方米以上的居住场所，普通的单一种类控制方法(如防火防盗、遥控开关等)已经不能满足实际要求，多点多类型智能化控制系统越来越成为大面积家庭用户的需求。为满足这种需求，需要响应速度在200ms以内的总线通讯系统。该方法实现的二线制总线通讯系统满足这种综合控制及时性的要求，其由节点到主节点的信息传输时间小于100ms。
另外，随着对现场仪表控制、计量仪表集抄集控、防火防盗系统等众多的多点设备的控制需求，为满足设备电源及信息传输的要求，带电源线的四线制通讯系统越来越多，需要两条电源总线。本方法采用两线制安装，可满足供电和通讯的双重要求，其性能指标完全满足上述要求。组成的通讯系统具有电路简单、传输距离长、通讯速率快、工作可靠性高、安装简便的特点，是带电源线的四线制系统的理想升级换代产品。
标准的24位ID码(国际唯一)通讯协议是现场控制系统、现场控制编程自动化的有效方法，其标准的通讯协议为各行业的不同厂家设备的兼容提供了可能，标准的通讯测试设备满足了设备兼容性测试的要求。
发明内容
本发明是针对家庭智能化控制系统要求的数据信息响应快，数据量不是非常大，成本较低，安装简便而推出的。其节点信息在100ms之内可迅速上报至主节点，以便控制如电源开关等诸多实时控制设备。
使用具有自主知识产权的集成电路完成电路功能，解决了分立器件电路功能相对简单的问题。集成电路实现的复杂的电路使信号调制与解调更为精准，回码电路实现了真正的电流环调制，通讯速率比目前普遍采用的二线制通讯电路速率大大提高。比较器的接口缓冲器直接接入控制CPU的UART口，使该总线操作直接使用异步通讯，简化了设计人员的工作量。集成电路内部集成的线型稳压器使用带隙技术，自身功耗低、稳压精度高且不需要输出电容，大大减少了电路器件数量，提高了工作稳定性。
主节点设计了高精度的45mA恒流定压控制电路与节点高精度的30mA恒流调制电路配合使用，有效地解决了高通讯速率的电流环方式与多点应答时信号产生冲突的不同处理方式问题。
为解决现场的安装问题，其主节点至节点、节点至主节点的通讯方式使用目前较为流行的无极性双总线技术。同时依据硬件特性设计的特殊登录方式，使通讯系统采用了国际流行的24位具有设备信息的ID号自动登录协议。通过ID码登录后自动转换为单字节的通讯地址码，使节点至主节点的信号上报更迅速，现场安装与设备控制定义及调试更简便。
改良的中断信号上报协议取消了部分其它电路采用的冲突侦听电路，减少了节点电路对其它节点上报信息的检测电路(节点至主节点的物理信号其它节点检测不易设计)，简化了信号解调电路，使通讯系统工作更可靠。
图1可供电二线制实时总线通讯方法简图；图2主节点(控制器)结构图；图3节点结构图；图4总线信号码源图；图5ID登录命令时序图；图6事件中断命令时序图。
具体实施例方式
可供电二线制实时总线通讯方法如图1本发明包括实现实时总线通讯的标准化协议(11)和使用CMT100、CMT001集成电路硬件(12)的实现方法。
使用24位ID编码的设备编码方式方便了系统的自动调试过程，接入该系统的设备使用国际唯一的ID号作为设备初始登录地址，现场调试使用ID登录命令(没有重号的可能)进行初次设备登录，之后按顺序写入单字节的通讯地址，上述过程使现场设备安装与控制定义及调试不会产生因节点设备地址重号而出现的问题，现场调试过程非常简便。以通讯号为地址的通讯地址事件中断命令(实际与ID登录命令相同只是地址变为单字节)方式极大地提高了现场实时通讯系统的响应速度，系统不需要使用长的ID号进行串行总线通讯操作。使用专用CMT001、CMT100集成电路设计通讯系统，通讯控制接口直接连接CPU异步通讯接口，使开发者开发过程更简便。
总线通讯物理层有四种数据传输码源，一种多点应答码源，如图4所示，表1为5个码源状态含义表1
ID登录命令及事件中断命令需要避免碰撞的方法，部分其他总线需要避免碰撞的节点检测电路，这个检测电路完成节点对节点应答的检测。
而带供电的二线制总线通讯系统中，为解决供电问题其通讯电路码源为双向不对称码源，不对称通讯码源设计在双方的理想解调工作状态，其节点至主节点的物理信号设计目的是为节点向主节点传送信号，要节点检测这样的信号码源必须设计成节点也可以检测的状态，为达到这个目的，其信号码源必然兼容主节点及节点均能检测，不能工作在主节点与节点双方的最佳检测状态(多数不能采用电流环或使用电压可变的恒流调制电路)，且节点需要增加涉及状态检测的电路，增加这种检测电路大大降低系统通讯的可靠性。该方法设计的应答信号码源使用电流环，极大地提高了总线通讯速率，由于采用电流环，其它节点不可能检测到该信号码源，所以设计了主节点命令屏蔽已知地址范围来避免碰撞。
主节点(控制器)结构如图2所示，工作电源根据通讯距离及节点工作电压选用DC15～30V电源，工作过程如下发送数据CPU(22)由R/T线控制CMT100集成电路(23)为发送状态，R/T控制电路切断回码7V定压电路并接通发送缓存电路，发送缓存电路根据TXD缓存信号驱动开关(24)、(25)在总线BUS1、BUS2上输出满幅码源TH、TL信号。
接收数据由R/T线控制CMT100集成电路(23)为接收状态，R/T控制电路控制发送缓存电路切断驱动开关(24)、(25)，使总线脱离发送电路，控制7V定压电路接通回码电路。依据节点的0mA/30mA的电流调制信号，15mA鉴流电路鉴别总线BUS1、BUS2上码源RH、RL与RL’信号，送信号给RXD缓存经RXD线输出给CPU(22)。当发生多个节点共同调制30mA码源RL信号时45mA恒流电路起作用，输出电流恒定在45mA，输出电压自动降低，变信号码源RL’。
信号对应表
节点结构如图3所示，工作过程如下接收数据总线BUS1、BUS2上码源TH、TL信号，由CMT001集成电路(32)的接收比较器依据总线的满幅调制信号解调出TH、TL信号，经RXD缓存输出给RXD线给CPU(33)，同时根据TH信号幅度自动调整比较器的输入电压已达到最佳的解调效果。当接收电路工作时，电路自动抑制发送信号的调制，以避免收发冲突而损坏电路。
发送数据CPU(33)的通讯信号由TXD线经发送缓存驱动发送控制电路，发送控制电路控制恒流电路在总线BUS1、BUS2上调制码源RH、RL信号。如总线出现码源TH、TL信号，收发冲突电路将抑制发送控制电路禁止输出，以避免收发冲突而损坏电路。
信号对应表
ID登录命令每个设备拥有自己独立的具有标识功能的ID编号是目前社会发展的需要，特别是对于联网设备，独立的ID号是非常有效的防伪手段，通过网络查询可直接获得该设备资料。为使设备直接使用ID号(24位12字节压缩BCD码)作为初始通讯地址，自动登录是不可能使用询检的方法进行登录(24位ID号需要登录1024次，假设1ms询检一个节点，也需要3×1016年才能完成)，为此我们设计了ID登录命令，命令结构如图5所示(51)为主节点发出的ID登录命令，主节点在命令之后发20ms的TH码源(52)，之后变成接收状态RH码源(53)，在命令后22ms(59)，判断总线码源，为RH码源表示没有登录设备，退出登录命令，总线状态变为TH码源准备进行下一个总线命令。有事件上报的节点在登录命令21ms之后发2ms的RL码源(如果多点应答则出现RL’码源)(54)应答，之后根据自身ID码第0字节第0位地址调制后2ms回码(0调制RL码源，1调制RH码源)(如果多点0调制则出现RL’码源)(55)。主节点根据命令完成后22ms(59)检测为RL或RL’码源判断有ID登录节点，根据命令完成后24ms(5A)为RL或RL’、RH码源判断ID登录节点的第0字节第0位地址。主节点命令完成后26ms变为TH码源(57)，登录命令完成28ms之后发一个字节数据(58)，该数据的第0位为已知的ID登录节点的第0字节第0位地址。节点完成地址调制后2ms(5B)进入接收状态，接收到1个字节数据后判断自身第0字节第0位地址与收到字节第0位是否相同，不同则退出应答命令，相同则在按(58)(52)～(57)顺序应答ID登录节点的第0字节第1位地址。经过ID登录节点第0字节0～7位、第1字节0～7位、……第11字节0～7位的96次重复后获取最优先报出的节点ID号，记录该节点ID号，再通过带ID地址的命令通知该节点此次登录完成，不要再响应登录命令，这样进行N次(N为总线所挂节点总数)后，完成节点的ID登录过程。
事件中断命令为使节点到主节点的中断信息迅速上报，设计了以单字节通讯号为通讯地址的事件中断命令，结构如图6所示(61)为主节点发出的事件中断命令，主节点在命令之后发5ms的TH码源(62)，之后变成接收状态RH码源(63)，等待节点上报RL码源。在命令7ms(69)后，判断总线码源，为RH码源表示没有事件中断节点，退出命令，总线状态变为TH码源准备进行下一个总线命令。有事件中断的节点在事件中断命令6ms之后发2ms的RL码源(如果多点应答则出现RL’码源)(64)应答，之后根据通讯第0位地址调制后2ms回码(0调制RL码源，1调制RH码源)(如果多点应答则出现RL’码源)(65)。主节点根据命令完成后7ms(69)为RL或RL’码源判断有事件中断节点，根据命令完成后9ms(6A)为RL或RL’码源、RH码源判断事件中断节点的第0位地址。主节点命令完成后11ms之后变TH码源(67)，命令完成13ms之后发一个字节数据(68)，第0位为已知事件中断节点的第0位地址。节点完成地址调制后2ms(6B)进入接收状态，接收到1个字节数据后判断其通讯码第0位地址与收到字节第0位是否相同，不同则退出应答命令，相同则在按(68)(62)(63)(65)(66)(67)顺序应答事件中断节点的第0字节第1位地址，后7次不再有应答确认位。经过8次重复后获取最优先报出的事件中断节点通讯码，再通过节点通讯地址的命令通知该节点事件中断命令完成，不要再进行事件中断命令应答。完成一个节点的事件中断命令后，还有事件中断节点，将在下一个事件中断命令完成。
权利要求
1.一种单点对多点通讯的实时总线快速传输方法。其特征在于主设备发出中断接收串行命令，从设备进行适合于硬件系统的逻辑应答命令，再通过主设备的已知设备的地址区域命令屏蔽不符合地址区域的从设备应答，最终确认地址并提取命令类型，再提取上报命令；使用专用通讯集成电路CMT001、CMT100组成的硬件解决了下行发送数据满幅双向调制，接收数据定压电流环调制并在多点应答时具有降低电平限制总电流的功能；国际唯一的标准通用的带有设备信息的ID号作为从设备的初始地址，使用ID登录命令完成ID地址与单字节通讯地址的自动转换，满足实时快速通讯并解决现场调试问题。
2.如权利一所述，主设备命令屏蔽不符合地址区域的从设备的方法，该方法利用从设备总线应答信号有逻辑与的特点，主设备按地址范围检测上报从设备的地址范围，再用命令屏蔽不符合地址区域的从设备，经过log2N(N为地址范围)次应答完成上报从设备的地址检测。该方法简化了不对称通讯硬件的物理层码源解调电路，极大地提高了不对称通讯系统的通讯稳定性与可靠性。
3.ID号登录与自动生成通讯地址的方法，所有使用该总线的设备ID号唯一，利用ID号可知该设备的类型、生产商、生产日期及批号。通过该方法，ID号登录后自动写入单字节通讯地址号，实现了可编程控制系统现场调试的自动编码。
4.如权利一所述，主设备接收数据定压电流环调制并在多点应答时降低电平限制总电流方法，当单节点进行数据通讯时，使用7V定压电流环，节点集成电路CMT001进行精确的0mA、30mA的电流数字化调制，总线电源基本维持在6.5V，极大地提高了星型总线系统的通讯速率，减少了总线信号反射的影响。当多点中断发生时，主设备集成电路CMT100会在从设备调制电流大于45mA时自动降低输出电压，电路相当于45mA限流电路，限制了此情况下的总线电流。由于中断命令应答时间等于5倍数据位时间，电压的变化不会降低中断命令的可靠性。该方法既解决了数据通讯的速率问题又解决了多点中断命令产生的码源冲突而损坏硬件的问题。
5.如权利一所述，中断提取命令类型再确认提取命令的方法，上报事件使用统一的中断命令，找到上报地址后确认上报地址并得到上报命令类型，再使用该类型命令提取数据，简化了具有精确时间控制的中断命令数量，提高了中断命令应答速度，简化了软件编程工作。
6.如权利一所述的实现该方法的CMT001、CMT100集成电路的版权。
全文摘要
可供电二线制实时总线通讯方法，涉及实时信息传输的现场总线制通讯系统，特别是家居智能化网络控制系统，用于替代带供电的4线制通讯系统。其特征在于1.发送数据满幅双向调制；2.接收数据定压电流环调制；3.使用集成电路完成信号转换，直接使用异步通讯接口传送数据；4.主机软件命令代替节点冲突检测电路完成事件中断命令；5.事件中断命令获取上传数据类型，直接命令获取上传数据；6.标准的节点设备ID号编码，无重复ID号，各厂家设备完全兼容；7.ID号登录自动完成通讯号设置。以上方法使该系统具有通讯距离长、速率快、可靠性高、节点数据上报及时、现场调试编程简便的特点。
文档编号H04L12/40GK1949734SQ20061015293
公开日2007年4月18日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者王建华 申请人:王建华