專利名稱:基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種總線系統(tǒng),更具體地,涉及一種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)。
背景技術(shù):
通常地,電氣干擾有三種引入形式接觸性干擾,指干擾源直接與系統(tǒng)發(fā)生電氣連接,使得干擾信號疊加在有效信號上,從而導(dǎo)致系統(tǒng)信噪比下降;系統(tǒng)固有干擾,指系統(tǒng)設(shè)計不科學(xué)導(dǎo)致的內(nèi)部若干子系統(tǒng)互為干擾源;耦合干擾,指干擾源通過空間電磁波作用于系統(tǒng),在傳輸線上產(chǎn)生相應(yīng)的感生電流(或感生電動勢)疊加在有效信號上。在三種干擾形式中,接觸性干擾和系統(tǒng)固有干擾都可以通過提高工程施工質(zhì)量來解決,如采用符合質(zhì)量要求的電線、電纜及連接部件都可以有效避免這類干擾,而且由于系統(tǒng)固有干擾是可以通過電路分析預(yù)知和補償?shù)?,所以也可通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計來進(jìn)行消除。相對來說,耦合干擾是由空間電磁波對傳輸線路造成的影響,在三種干擾中最不容易被消除。傳統(tǒng)的信號傳輸方式主要采用電壓信號傳輸,其優(yōu)點是輸入阻抗高,節(jié)點數(shù)目對系統(tǒng)影響小,易于隨機(jī)增減,且信號功率小,對傳輸線要求比較低,系統(tǒng)也易于測量;但另一方面,采用電壓信號傳輸會帶來較嚴(yán)重的電氣干擾的問題,而且電壓信號事實上是一種波的傳遞,對傳輸線的特性阻抗敏感,因此線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須是鏈狀結(jié)構(gòu)并在線路末端加入匹配電阻,而在實際工程當(dāng)中,信號檢測點的分布非常隨意,難以完全符合鏈狀結(jié)構(gòu)的布線要求。同時,傳統(tǒng)的信號傳輸方式在電氣上并不隔離,由于線路基于電壓的信號模式其阻抗普遍較高,電荷易于累積,如果遭遇諸如雷電等產(chǎn)生的瞬時大電流來說,線路很容易損壞, 而且由于電氣不隔離,電荷將沿整個互連的系統(tǒng)傳遞和擴(kuò)散,導(dǎo)致故障全局化?!半娏鳝h(huán)”是指已在傳輸線上通過一定電流作為信息標(biāo)量的電路方法,區(qū)別于通常的以電壓作為信息標(biāo)量的方法,在上述三種干擾類型中,耦合干擾符合法拉第電磁感應(yīng)定律E = (其中Ε為感生電動勢,η為感應(yīng)線圈匝數(shù), Φ/dt為磁通量的變化率), 對于信號傳輸線而言,η = 1耦合干擾等效于該導(dǎo)線切割的磁通量變化率(ΙΦ/dt,因此在相同環(huán)境下其瞬時的感生電動勢不變;另根據(jù)歐姆定律I = U/R(I為電路電流,U為電阻兩端的電勢差,R為電阻阻抗值),在線路阻抗R不變的前提下,感生電流與感生電動勢成正比, 因此采用電流強度作為信息標(biāo)量時,可以令承載有用信息的電流強度增大來提高系統(tǒng)的信噪比從而提高了通訊的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的,就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng), 該總線報警系統(tǒng)采用電流信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,可以大大降低信息在傳輸過程中受周圍環(huán)境的干擾,增加傳輸距離。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),包括控制主機(jī)、報警傳感器和與報警傳感器連接的檢測節(jié)點,所述控制主機(jī)和檢測節(jié)點之間通過一對導(dǎo)線(P,Q)連接形成總線系統(tǒng),所
3述總線采用交流半雙工方式,所述控制主機(jī)通過總線極性交變的時隙向檢測節(jié)點發(fā)出同步和移位信令,在總線通訊電源方向為正向(P+/Q-)時向檢測節(jié)點供電;所述控制主機(jī)還在總線通訊電源的負(fù)向(P-/Q+)設(shè)置有與該電源互鎖的電流源,并在該方向上以環(huán)路電流的方式檢測來自檢測節(jié)點的報警信號。進(jìn)一步地,所述控制主機(jī)的電源包括用于驅(qū)動邏輯計算、控制主機(jī)內(nèi)設(shè)備間通訊的內(nèi)電源,以及用于驅(qū)動總線通訊和向檢測節(jié)點供電的外電源。更進(jìn)一步地,所述內(nèi)電源和外電源之間的絕緣電壓不低于2500V。再進(jìn)一步地,所述總線的電流檢測和電流源的通斷由控制主機(jī)完成。還進(jìn)一步地,所述控制主機(jī)內(nèi)部電路和總線通訊電路之間通過光電耦合的方式橋接。為了實現(xiàn)信號的上傳和下行,所述控制主機(jī)在總線通訊電源為正向(P+/Q-)期間為檢測節(jié)點供電,并同時發(fā)布下行信令;控制主機(jī)在總線通訊電源為負(fù)向(P-/Q+)期間進(jìn)行報警信號的檢測。進(jìn)一步地,所述環(huán)路電流存在表示當(dāng)前檢測節(jié)點處正常值守,所述環(huán)路電流不存在表示總線故障或者當(dāng)前檢測節(jié)點本身被破壞。為了實現(xiàn)兩者之間的互鎖,所述控制主機(jī)的外電源和電流源的通斷采用同步信號控制。作為具體實施例,所述檢測節(jié)點的電路中,連接總線通訊電源正極的導(dǎo)線(P)通過兩個二極管組成極性分流電路,所述極性分流電路的正向電流端通過一個用于整流濾波的二極管向檢測節(jié)點供電,極性分流電路的負(fù)向電流端通過一個等效的開關(guān)電路由導(dǎo)線 (Q)連接總線電源的負(fù)極,所述檢測節(jié)點還設(shè)置有由總線通訊電源的正向(P+/Q-)電流觸發(fā)的邏輯控制器,所述邏輯控制器與報警傳感器連接并根據(jù)輸入信號的有和無對應(yīng)輸出邏輯1和邏輯0。進(jìn)一步地,僅當(dāng)所述檢測節(jié)點被訪問且邏輯控制器有輸出信號時,邏輯控制器才驅(qū)動等效開關(guān)電路閉合。跟現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于采用電流作為總線的信息標(biāo)量,減少了數(shù)據(jù)傳輸過程中來自周圍環(huán)境的電氣干擾,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;通過增大電流強度來提高系統(tǒng)的信噪比,使總線的通訊更加可靠;采用電流信號傳輸還降低了數(shù)字信號對傳輸介質(zhì)阻抗的敏感依賴程度,不用在線路終端加裝終端電阻,使總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并不僅限于鏈狀結(jié)構(gòu),更貼近于實際工程的應(yīng)用;同時,由于傳輸線可以視為電阻串聯(lián)形成的結(jié)構(gòu)體,故電流信號在傳輸線中的強度恒定,有利于增大信號傳輸?shù)木嚯x;此外,本發(fā)明中采用光電耦合方式阻斷了內(nèi)電路和外電路之間的電氣連接,可防止總線系統(tǒng)在遭受雷擊或局部高電壓后時電壓在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞,提高了系統(tǒng)整體安全性。
圖1為本發(fā)明所述基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的光電耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的檢測節(jié)點功能示意圖。
圖4為本發(fā)明所述基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的信號流示意圖。 圖5為本發(fā)明所述基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)的信號流示意圖。圖中1-發(fā)光源;2-受光器;3-隔光管殼。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對以上發(fā)明做進(jìn)一步說明參見圖1,一種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),包括控制主機(jī)、報警傳感器和與報警傳感器連接的檢測節(jié)點,其中控制主機(jī)和檢測節(jié)點之間通過一對導(dǎo)P,連接形成總線系統(tǒng), 總線采用交流半雙工方式,控制主機(jī)通過總線極性交變的時隙向檢測節(jié)點發(fā)出同步和移位信令,在總線通訊電源方向的P+/Q-方向時向檢測節(jié)點供電;控制主機(jī)還在總線通訊電源的P-/Q+方向設(shè)置有與該電源互鎖的電流源,并在該方向上以環(huán)路電流的方式檢測來自檢測節(jié)點的報警信號;控制主機(jī)的電源包括用于驅(qū)動邏輯計算、控制主機(jī)內(nèi)設(shè)備間通訊的內(nèi)電源,以及用于驅(qū)動總線通訊和向檢測節(jié)點供電的外電源,其中內(nèi)電源和外電源之間的絕緣電壓不低于2500V,該總線的電流檢測和電流源的通斷均由控制主機(jī)完成。本發(fā)明所述的電流環(huán)總線報警系統(tǒng)中,控制主機(jī)內(nèi)部電路和總線通訊電路之間通過光電耦合的方式橋接,作為實施例,實現(xiàn)該功能的光電耦合單元可以是光電耦合器,參見圖2,光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種“電-光-電”轉(zhuǎn)換器件,其由發(fā)光源1 和受光器2兩部分組成,其中發(fā)光源1通常是LED燈,受光器2通常是光敏晶體管,將發(fā)光源1和受光器2組裝在隔光管殼3內(nèi),彼此間用透明絕緣體隔離,發(fā)光源1的引腳為輸入端,受光器2的引腳為輸出端。工作狀態(tài)下,在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源1發(fā)光,其光的強度取決于激勵電流的大小,該光照射到封裝在一起的受光器2上后,因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流,并由受光器輸出端引出,這樣就實現(xiàn)了 “電-光-電”的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明所述的總線報警系統(tǒng)中,光電耦合器的使用使控制主機(jī)的內(nèi)部電源和通訊電源之間相對獨立,避免了總線因常常處于戶外或惡劣工況環(huán)境下的通訊線和檢測節(jié)點因遭受雷擊或瞬時高壓而對控制主機(jī)的損壞。參見圖3,所述檢測節(jié)點中,連接總線通訊電源正極的導(dǎo)線P通過兩個二極管Dl和 D2組成極性分流電路,該極性分流電路的正向電流端通過一個用于整流濾波的二極管D3 向檢測節(jié)點供電,極性分流電路的負(fù)向電流端通過一個等效的開關(guān)電路由導(dǎo)線Q連接總線電源的負(fù)極,檢測節(jié)點還另設(shè)置有由總線通訊電源的P+/Q-方向電流觸發(fā)的邏輯控制器, 該邏輯控制器與報警傳感器連接并根據(jù)輸入信號的有無判斷輸入信號的類型,具體地說, 當(dāng)邏輯控制器在接受到報警傳感器的反饋信號時,輸出邏輯1,在未接收到報警信號時,輸出邏輯0。在實際通訊中,僅當(dāng)該檢測節(jié)點被訪問且邏輯控制器有輸出信號時,邏輯控制器才驅(qū)動等效開關(guān)電路閉合,使得控制主機(jī)可以檢測到P-/Q+方向的環(huán)路電流;在應(yīng)用過程中,邏輯控制器可以是單片機(jī),也可以用接入報警傳感器的檢測信號的現(xiàn)場PLC來實現(xiàn)上述邏輯判斷。當(dāng)所述檢測節(jié)點被訪問且邏輯控制器有輸出信號時(包括輸出邏輯1和邏輯0) 時,邏輯控制器驅(qū)動所述等效開關(guān)電路閉合。在控制主機(jī)對檢測節(jié)點的反饋信號進(jìn)行判別時,環(huán)路電流存在表示當(dāng)前檢測節(jié)點處正常值守,環(huán)路電流不存在表示總線故障或者當(dāng)前檢測節(jié)點本身被破壞。 基于以上結(jié)構(gòu),下面以總線收發(fā)信號的過程來對本發(fā)明所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng)做具體說明。 參見圖4和圖5,主機(jī)的內(nèi)電源通過直流電源對邏輯電路和設(shè)備間通訊進(jìn)行供電, 總線間的信號傳輸通過以下步驟完成1)總線復(fù)位控制主機(jī)以-段足夠長的P+/Q-期間開始一個通訊幀的發(fā)送,此時驅(qū)動電源為控制主機(jī)的外電源,該期間的長度可根據(jù)實際需要調(diào)整,一般應(yīng)用中為數(shù)十毫秒,線路上的所有檢測節(jié)點在該期間內(nèi)令自身狀態(tài)復(fù)位,地址計數(shù)器清零。2)短路故障自檢控制主機(jī)第一次反轉(zhuǎn)通訊線極,進(jìn)入由電流源驅(qū)動的P-/Q+周期并開始檢測通訊線環(huán)路電流,由于控制主機(jī)的外電源和電流源的之間互鎖,所以在反轉(zhuǎn)的同時控制主機(jī)的外電源自動切斷。由于線路上所有檢測節(jié)點都不響應(yīng)0地址,因此控制主機(jī)應(yīng)檢測不到電流,信號傳輸進(jìn)入下一步。與上述相情況相反地,如果控制主機(jī)檢測到電流,則說明通訊線被外部短路(所以此次檢測實質(zhì)是短路故障自檢),此時程序暫停并報警。3)設(shè)定時間基準(zhǔn),控制主機(jī)反轉(zhuǎn)通訊線極性,進(jìn)入P+/Q-周期,并保持一個固定的時間,該時間為本通訊幀的定時基準(zhǔn),由于可以假定在一個相對很小的時間(不大于1秒) 內(nèi)檢測節(jié)點的內(nèi)部定時元件的溫漂不大于33%,因此可通過一個定時基準(zhǔn)拍去補償,檢測節(jié)點對此狀態(tài)計時并作為本通訊幀的時間基準(zhǔn)T。如圖4所示為本發(fā)明所述總線報警系統(tǒng)發(fā)出的一幀信號時序,該信號時序除包含下行數(shù)據(jù)外,還包括本通訊幀的基準(zhǔn)T,檢測節(jié)點在本幀的每一拍起始時刻均調(diào)整自身的內(nèi)部計時元件使檢測節(jié)點本身的時間與控制主機(jī)的基準(zhǔn)T合拍,以便為后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸做好準(zhǔn)備。4)報警信號檢測,控制主機(jī)反轉(zhuǎn)通訊線極性,再次進(jìn)入由電流源驅(qū)動的P-/Q+周期并開始檢測通訊線環(huán)路電流,在上述反轉(zhuǎn)極性的同時,檢測節(jié)點令自身地址計數(shù)器加1 并與自身的固有地址進(jìn)行匹配,在控制主機(jī)由低位向高位依次與檢測節(jié)點輪詢到當(dāng)前檢測節(jié)點時,如果該節(jié)點的地址計數(shù)器與自身固有地址相匹配且邏輯控制器有輸出信號(包括邏輯1和邏輯0),則強制令通訊總線在P-/Q+方向短路。在控制主機(jī)一方,如果其檢測到電流信號,則說明檢測節(jié)點處于正常值守狀態(tài),進(jìn)一步地,邏輯控制器輸出的邏輯1表示當(dāng)前檢測節(jié)點存在報警信號,邏輯控制器輸出的邏輯0表示當(dāng)前檢測節(jié)點不存在報警信號。相反,如果當(dāng)前檢測節(jié)點的地址計數(shù)器與自身固有地址不匹配或邏輯控制器無輸出信號,則令總線在P-/Q+方向開路,控制主機(jī)不能檢測到環(huán)路電流,說明總線故障或者當(dāng)前檢測節(jié)點本身被破壞。5)信號下行,控制主機(jī)反轉(zhuǎn)通訊線極性,進(jìn)入由控制主機(jī)外電源控制的P+/Q-期間,并保持Ttl = 3/4T(邏輯0)或1\ = 1. 5T(邏輯1)的時間,在該期間中,檢測節(jié)點對該期間進(jìn)行計時。另一方面,該過程亦同時向檢測節(jié)點供電。6)同狀態(tài),控制主機(jī)反轉(zhuǎn)通訊線極性,進(jìn)入由電流源驅(qū)動的P-/Q+周期并開始檢測通訊線環(huán)路電流,同時,檢測節(jié)點檢測到總線極性反轉(zhuǎn)即停止計時,并將該計時結(jié)果Tl 與與本通訊幀初始化時的時間基準(zhǔn)T進(jìn)行比較,如該時間Tl比時間基準(zhǔn)T短則判斷為邏輯“0”,如該時間比基準(zhǔn)時間T長則判斷為邏輯“1”。顯然,總線每經(jīng)歷一次(P+/Q-)_(P-/ Q+)-(P+/Q")的極性反轉(zhuǎn)過程,控制主機(jī)和檢測節(jié)點就交換了一個數(shù)據(jù)位(bit)。由于對于通常的報警系統(tǒng)而言,數(shù)據(jù)規(guī)模是很小的(只是一些簡單的開關(guān)狀態(tài)量),因此適用于采用低速率高可靠的通訊方式,本發(fā)明所述的電流環(huán)總線正好能提供這樣的通訊支持。7)幀結(jié)束狀態(tài)檢測控制主機(jī)根據(jù)預(yù)定義的節(jié)點數(shù)和下行數(shù)據(jù)位數(shù)(含校驗位) 對幀是否結(jié)束做出判斷,如幀還未結(jié)束,則指令系統(tǒng)在(5)/(6)間輪換,逐位讀取(輪詢) 檢測節(jié)點的狀態(tài)并同時下載數(shù)據(jù)位;如當(dāng)前幀結(jié)束,則回到步驟(1),通過一個相對長的 P+/Q-極性周期復(fù)位線上所有的檢測節(jié)點并啟動下一個通訊幀的運行。以上過程即完成一個通訊幀在總線中的發(fā)送,總線系統(tǒng)就內(nèi)容相同或不同的通訊幀重復(fù)以上過程即可實現(xiàn)控制主機(jī)和檢測節(jié)點之間的通訊。當(dāng)然,應(yīng)該明白,以上具體實施例所公布的內(nèi)容僅為本發(fā)明的部分優(yōu)選方案,凡是基于本發(fā)明的技術(shù)方案、符合本發(fā)明的技術(shù)精神,屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員無需進(jìn)行創(chuàng)造性勞動即可得到的實施都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),包括控制主機(jī)、報警傳感器和與報警傳感器連接的檢測節(jié)點,所述控制主機(jī)和檢測節(jié)點之間通過一對導(dǎo)線(P,Q)連接形成總線系統(tǒng),其特征在于,所述總線采用交流半雙工方式,所述控制主機(jī)通過總線極性交變的時隙向檢測節(jié)點發(fā)出同步和移位信令,在總線通訊電源方向為正向(P+/Q-)時向檢測節(jié)點供電;所述控制主機(jī)還在總線通訊電源的負(fù)向(P-/Q+)設(shè)置有與該電源互鎖的電流源,并在該方向上以環(huán)路電流的方式檢測來自檢測節(jié)點的報警信號。
2.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述控制主機(jī)的電源包括用于驅(qū)動邏輯計算、控制主機(jī)內(nèi)設(shè)備間通訊的內(nèi)電源,以及用于驅(qū)動總線通訊和向檢測節(jié)點供電的外電源。
3.如權(quán)利要求2所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述內(nèi)電源和外電源之間的絕緣電壓不低于2500V。
4.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述總線的電流檢測和電流源的通斷由控制主機(jī)完成。
5.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述控制主機(jī)內(nèi)部電路和總線通訊電路之間通過光電耦合的方式橋接。
6.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述控制主機(jī)在總線通訊電源為正向(P+/Q-)期間為檢測節(jié)點供電,并同時發(fā)布下行信令;控制主機(jī)在總線通訊電源為負(fù)向(P-/Q+)期間進(jìn)行報警信號的檢測。
7.如權(quán)利要求1或6所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述環(huán)路電流存在表示當(dāng)前檢測節(jié)點處正常值守,所述環(huán)路電流不存在表示總線故障或者當(dāng)前檢測節(jié)點本身被破壞。
8.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述控制主機(jī)的外電源和電流源的通斷采用同步信號控制。
9.如權(quán)利要求1所述的基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),其特征在于,所述檢測節(jié)點的電路中,連接總線通訊電源正極的導(dǎo)線(P)通過兩個二極管組成極性分流電路,所述極性分流電路的正向電流端通過一個用于整流濾波的二極管向檢測節(jié)點供電,極性分流電路的負(fù)向電流端通過一個等效的開關(guān)電路由導(dǎo)線(Q)連接總線電源的負(fù)極,所述檢測節(jié)點還設(shè)置有由總線通訊電源的正向(P+/Q-)電流觸發(fā)的邏輯控制器,所述邏輯控制器與報警傳感器連接并根據(jù)輸入信號的有和無對應(yīng)輸出邏輯1和邏輯0。
10.如權(quán)利要求9所述的基于電流環(huán)的報警總線,其特征在于,僅當(dāng)所述檢測節(jié)點被訪問且邏輯控制器有輸出信號時,邏輯控制器才驅(qū)動等效開關(guān)電路閉合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電流環(huán)的總線報警系統(tǒng),包括控制主機(jī)、報警傳感器和與報警傳感器連接的檢測節(jié)點,所述控制主機(jī)和檢測節(jié)點之間通過一對導(dǎo)線(P,Q)連接形成總線系統(tǒng),所述總線采用交流半雙工方式,所述控制主機(jī)通過總線極性交變的時隙向檢測節(jié)點發(fā)出同步和移位信令,在總線通訊電源方向為正向(P+/Q-)時向檢測節(jié)點供電;所述控制主機(jī)還在總線通訊電源的負(fù)向(P-/Q+)設(shè)置有與該電源互鎖的電流源,并在該方向上以環(huán)路電流的方式檢測來自檢測節(jié)點的報警信號,該總線系統(tǒng)信號傳輸具有較高的穩(wěn)定性和可靠性,總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也并不僅限于鏈狀結(jié)構(gòu),同時,系統(tǒng)采用光電耦合方式阻斷了內(nèi)電路和外電路之間的電氣連接,可防止總線系統(tǒng)因局部電壓過高造成的損害在系統(tǒng)內(nèi)的傳遞,提高了系統(tǒng)整體安全性。
文檔編號H04L12/40GK102281177SQ20111014567
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者呂樹人, 梁鎮(zhèn)祥, 羅躍兵, 謝毅 申請人:肇慶市科海技術(shù)發(fā)展有限公司