一种新型的基于时分复用的两线供电通讯技术.pdf

Technology
技术
种新型的基于时分复用的两线供电通讯技术
吴学伟
(珠海格力电器股份有限公司商技二部广东珠海519070
摘要:本文介绍了一种基于时分复用的两线供电通讯复用的通讯方式,文章从原理、设计等方面进行了详细的描述。
关键词:分时复用;供电;RS485通讯
A new technology of two wires power supply and communication based
on time division multiple aces
WU Xuewei
(Gree electric appliances, Inc. Zhuhai 519070
Abstract: This article discussed a a new two wires power supply and communication way based on time division multiple
acees, including the theory, design and so on
Keywords: TDMA; Power suply; RS485 communication
中央空调一般都是通过线控器来控制空调多的通信节点还可通过增加通信中继器进行扩并为一个复用信号,在一条公用信道上进行传
的开关、模式、设定温度、风速、定时等,同时展。RS485芯片与单片机之间的接口简单,成本输的方法。多路复用允许两个或多个信源共享
显示空调机组的运行状态。线控器需要由室内低且工作稳定,因此广泛运用在工控领域。
同一个传输介质,就像每个信源都有自己独享
机主板供电,同时通过RS485等方式与室内机
RS485抗干扰能力强是由于采用一对差分的信道一样。
主板进行数据交互,即两者之间需要四根线连平衡线路,即在两根信号线上传输大小相同方但
多路复用技术包含复合、传输、分离三个过
接(如图1),且四根线有顺序要求,顺序接反将向相反的电流,而干扰信号一般是在两根线上同程,如图2所示。一个基本的多路信号的传输也
不能正常工作甚至损坏线控器,因此工程安装时出现的,一根线上出现的干扰电压会被另一根是包括这三个过程:首先在发送端,多路复用器
预埋线困难,是行业长期存在急需解决的工程线上的电压相抵消,因而能极大地削弱外界干扰将N个输入信号复合成一路信号;其次是复合信
问题,本文通过长期的技术研究,发明了一种全对传输信号的影响。差分电路的另一个显著优点号在在公用信道中传输:最后在接收端,多路复
新的技术,只需两根线就解决了既能供电,又能是不会因为不同节点接地电平不同导致数据误用器将复合信号分离成N个输出。
通讯的问题。
接收甚至通讯故障,而在非差分电路中不同节点
多路复用技术有频分(FD)复用技术、时分
接地线的电平差可能有好几伏,有可能发生通讯(TD)复用技术和码分(CD)复用技术等。
工作原理
异常。
目前日系品牌产品线控器与内机普遍使用
RS485串行总线接口以差分方式传输信号,
要实现在同一线路上既能供电又能通讯,的是一种名为 bombus的通讯技术,该方案采用
距离远、抗干扰能力强,并且是多节点主从机通理论上讲就是线路复用,根据通讯原理多路复的是频分复用技术,即在低压直流电压基础上
讯,一般情况下最多可同时接64个节点,如需更用技术是将两个或多个互相之间独立的信号合载波进行通讯。
76家电科技
Technology
技术
我们研究的是时分复用技术(TDMA)(如通讯程序相同,本文以NXP32位ARM7芯片为
图3所示)是用时间分割信道的方法将传输信例,串口部分程序采用分层的结构,软件分为硬
道按时间分成若干个时隙(时间片)TS1,TS2,件驱动层和应用程序层。
TS3…轮流分配给多个信源使用,每一信源分
单片机硬件驱动层主要是对单片机UART的
得一个时隙,在该时隙内信源使用信道的全部带操作,包括初始化、接收中断、发送中析3个函数
宽,这N多个不同的时隙构成一个复合帧。当信
UART初始化函数为对寄存器配置,包括数
道的最高传输速率大于需要传输的多路信号速据位位数、停止位位数、校验方式、波特率、中断
率之和时,就可以使用TDMA。实际使用时为避使能等。
免信号互相干扰,时分多路复用各路信号之间要
UART接收中断服务函数有2个中断源:数
图1传统接线方式
有合理的警戒时间间隔。
据缓冲区满中断和总线空闲中断,当接收到16个
我们从分时通讯技术拓展到供电通讯分时字节后进入数据满中断,此时将数据保存到接
复用技术,把供电和通讯分别看成一个信源,把收缓沖区中并继续接收通讯数据,当总线空闲中
时隙轮流分配给供电和通讯,根据我们的应用特断产生时(一帧完整的数据接收完)触发应用程
多
多
点把供电和通讯间隔排布,并确定合适的时隙及序读取并解析接收缓冲区数据。
警戒时间间隔,来满足我们的设计要求。
UART发送中断服务函数功能是读取发送
个输入
路复用器
路复用器
复信道复
N个输出
所有的供电与通信均由主机发起,每个从机数组中的数据并写入到UART发送寄存器中,最
有一个地址码作为身份标识,当地址码一致时从开始由应用程序中的通讯发送函数启动,向发送
机发送应答数据,执行相应的操作命令,地址码缓冲区写入第一组数据并使能发送中断,数据发
不同时,可根据需要监听总线数据,但不应答。微完后产生数据空中断继续装入数据,直至全部
机系统通过USB-RS485或RS232-485转换器接数据发送完转为接收状态缑续接收数据。
图2多路复用原理
入总线。由于485总线是半双工总线,为避免总
应用程序包括解析接收的有效数据和将需要
线冲突,主机和从机之间采用循环点名的方式,发送的数据写入到发送数组中,此部分需要根据具
从机接收到主机的点名信息后,才能向总线发送体的应用编制通讯协议,即定义通讯帧的头码、尾
数据,其他时间处于接收监听的状态。本文主要码和校验码、有效数据的物理意义等,协议格式常
1(供电)?时
时(供电)ン
介绍由单片机与485收发器芯片组成的从机的软用的是标准的 Modbus RT'U或企业自定义格式的协
2(通讯)分
分(通讯2
3(供电
多
多(供电)3个
硬件实现。
议,此部分由于篇幅关系不再详细描述。
し()下Y
复
(通试)4出
复用器
2便件电路
4总结
根据以上原理,设计硬件的拓扑图如图4,
本文介绍的技术已实际运用5年,在多个项
上位机(供电方)包括单片机最小系统、RS485通目中运用,运用该技术生产的产品累计已生产
图3时分多路复用原理
讯芯片、控制供电电源的控制电路。供电与通几百万台,使用该技术的产品通讯稳定、可靠性
讯的时序由MCU根据实际需要进行控制,其中高,具有非常优良的使用价值。ン
RS485电路上位机需要增加上下拉电阻和匹配
电阻,用于提高通讯的可靠性。为提高抗浪涌能
力,还可増加双向TVS二极管。为保证硬件高可
靠的工作,元器件必须选择可靠性高的工业级器
件,PCB布局时充分考虑EMC设计要求,优化器
件的布局和布线,并在关键器件和路径添加一些
参老文献
1们李正军.现场总线与エ业以太网相器