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一种二总线远供电源及其通信系统

基本信息

  • 申请号 CN00121828.X 
  • 公开号 CN1334660A 
  • 申请日 2000/07/15 
  • 公开日 2002/02/06 
  • 申请人 中国科学技术大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 张培仁 王洪波 马云 朱东杰  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 230026安徽省合肥市金寨路96号 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国科学技术大学专利事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 汪祥虬 
  • 有效性 失效 
  • 法律状态 失效
  •  

摘要

本发明二总线远供电源系统及基于二总线远供电源的通信系统,特征在于总线远供电源3由恒压源U的串联恒流源Ⅰ后再接入二总线1中,设备节点4由稳压电源部分5、信号发射部分6和信号接收部分7各自独立挂接在二总线1上;既可向总线提供大电流,又隔开了总线交流信号对恒压源的影响,可同时进行双向数字通信的系统,该系统中总线直流供电部分和通信部分是相互独立的,总线上传输信号的频带较宽。
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权利要求书

1、一种二总线远供电源系统,包括二总线1、总线两端匹配阻抗2以及总 线远供电源3组成,其特征在于所述总线远供电源3由恒压源U串联恒流源I 后再接入二总线1中。
2、一种基于二总线远供电源的通信系统,包括二总线1、总线两端匹配阻 抗2、总线远供电源3和设备节点4构成,其特征在于,所述总线远供电源3 由恒压源U串联恒流源I后再接入二总线1中,所述设备节点4由稳压电源部 分5、信号发射部分6和信号接收部分7组成,这三部分分别独立挂接在二总 线1上;所述稳压电源部分5是任何一种直流到直流稳压变换电路;所述信号 发射部分6由电阻R1一端连在二总线的正端C点、另一端连接高频中功率开关 管BG的一端、开关管BG的另一端接在二总线的负端D点构成,控制信号加在 开关管BG的控制端;所述信号接收部分7由检波8、电桥9、比较器10串联构 成,检波8的输入端接在二总线正端C点,输出端接在电桥9的其中一个中心 点上,电桥9的供电正端接+5V电压,负端接在二总线的负端D点,电桥9的 两个中心点分别接在比较器10的正负两比较输入端。
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说明书

本发明涉及二总线远程供电及通信系统,特别是涉及一种用恒压源串联恒 流源的二总线远供电源,以及在此电源基础上同时进行双向数字通信的系统。
在大型、远程监测系统中,例如石油、化工、电力、火灾监控、水利监测 等系统,需要把探测器测得的数据准确可靠地收集起来,同时主控制站也需要 向执行机构发送一些控制命令。
针对这种系统覆盖地域范围广、传感器数目多 且安装分散等特点,采用二总线结构的监控系统具有安装维护方便、成本低、 抗干扰能力强等优点。
而在火灾探测等系统中,由于探测器本身不带电源或者 不便对探测器直接进行交流供电,就需要在传输探测器测值信号的二总线上进 行直流供电,即把信号传输叠加在直流电源上。
中国专利93237885.4提出过一 种“二总线远供不分极性通信接口”,《电子与自动化》1997年第3期11-15页 报道了一种采用芯片QA840159和QA840119的二总线模拟量火灾报警系统,由 于上述系统中总线供电是由主控制器通过控制恒压源进行的,使得主控制器和 总线供电部分是捆绑在一起的,两者不能分离,同时从控制器不可能共同控制 总线供电系统,所以这种通信方式只能是主从式的;由于这种系统中主控制器 通过控制供电系统恒压源的电平高低或通断时间长短来向各个从控制器传送数 据信号,且当从控制器向主控制器传送数据信号时,为避免交流数据信号被恒 压源短路,供电系统只能处于断开状态,所以供电系统必然是间断供电的,因 而供电效率不高,总线上信号的传送速率也受到限制。
本发明的目的是,提出一种用恒压源串联恒流源的二总线远供电源系统以 及在此电源基础上同时进行双向数字通信的系统,可以既向总线提供电源又利 用恒流源隔开了总线交流信号对恒压源的影响,该系统中总线直流供电部分和 通信部分是相互独立的。
附图1为采用恒压源串联恒流源的二总线远供电源系统示意图; 附图2为在此二总线远供电源基础上的二总线通信系统示意图。
本发明二总线远供电源系统,包括二总线1、总线两端匹配阻抗2以及总线 远供电源3组成,其特征在于所述总线远供电源3由恒压源U串联恒流源I后 再接入二总线1中。
本发明基于二总线远供电源的通信系统,包括二总线1、总线两端匹配阻抗 2、总线远供电源3和设备节点4构成,其特征在于,所述总线远供电源3由恒 压源U串联恒流源I后再接入二总线1中,所述设备节点4由稳压电源部分5、 信号发射部分6和信号接收部分7组成,这三部分分别独立挂接在二总线1上; 所述稳压电源部分5是任何一种直流到直流稳压变换电路;所述信号发射部分 6由电阻R1一端连在二总线的正端C点、另一端连接高频中功率开关管BG的一 端、开关管BG的另一端接在二总线的负端D点构成,控制信号加在开关管BG 的控制端;所述信号接收部分7由检波8、电桥9、比较器10串联构成,检波 8的输入端接在二总线正端C点,输出端接在电桥9的其中一个中心点上,电 桥9的供电正端接+5V电压,负端接在二总线的负端D点,电桥9的两个中心 点分别接在比较器10的正负两比较输入端。
与现有技术相比较,由于本发明采用恒压源串联恒流源的二总线远供电源, 可以既用恒压源U向总线上各设备提供工作电压,又利用恒流源隔开了恒压源 对总线交流信号的影响。
理论证明,恒流源对所有频率值的交流信号的交流阻 抗都为无穷大,因此避免了交流信号被恒压源U短路吸收;同时因为恒压源U 的交流内阻和直流内阻很小,恒流源I单向直流内阻也很小,因此可向总线提 供大电流。
本发明提出的基于上述二总线远供电源的二总线通信系统,由于采用恒压 源串联恒流源的总线直流供电方法,可以避免交流信号在总线上传输时被恒压 源短路吸收,因此总线直流供电部分与通信部分相互独立,采用这样的通信系 统可以实现二总线双向数字通信,通信可以采用主从方式或多主竞争方式,总 线上传输信号的频带较宽。
该设备节点4的稳压电源部分5可以采用任何一种 直流到直流稳压变换电路(DC-DC电路)来实现,为设备节点从总线上获取工 作电源;信号发射部分6通过控制一只三极管开关来控制一只电阻的瞬时接入 总线或断开,通过改变总线上的并联阻抗的大小,来改变总线上的电平,从而 将总线电压幅值的上下波动,作为数据信号进行传输;信号接收部分7从二总 线上取出叠加在总线直流电平上的信号,它是把比较器10的正负输入端分别接 在一个原本平衡的直流电桥9的两个中心点上,而二总线上的数据交流信号经 过检波8后叠加在电桥的一个中心点上。
这样,如果二总线上有数据信号,电 桥9将不再平衡,经过比较器10比较后输出相应的数据逻辑电平。
附图1为本发明采用恒压源串联恒流源的二总线远供电源系统的示意图; 附图2为在此二总线远供电源基础上的二总线通信系统示意图; 附图3为附图1中远供电源系统的远供直流电源具体实施方式示意图; 附图4为附图2中二总线通信系统设备节点部分的信号接收部分具体实施 方式示意图。
以下结合附图详细说明本发明的实施例。
实施例1、一种采用恒压源串联恒流源的二总线远供电源系统的具体实现方 式。
参见附图1和附图3。
本实施例二总线远供电源系统,由二总线1、总线两 端匹配阻抗2以及总线远供电源3这三部分组成。
总线两端匹配阻抗2由电阻 与电容串联构成,接在二总线1的两端。
总线远供电源3由恒压源U的负极接 在二总线中的负端B点、恒压源U的正极与恒流源I的输入端相连,恒流源I 的输出端接在二总线1中的正端A点构成。
恒压源可以采用任何一种稳压电源 作为恒压源。
本实施例中的恒流源I采用美国国家半导体公司的5A可调式功率 电压调整器LM338和可变电阻R2来实现,LM338的1脚为恒压源I的输入端,LM338 的2脚和3脚之间接入可变电阻R2,LM338的2脚作为恒压源I的输出端。
恒 压源I的输出电流大小为I=1.25/R2,改变电阻R2的大小可以调节输出到二总 线上的电流大小。
实施例2、一种基于上述二总线远供电源的通信系统具体实现方式举例。
可参见附图2、附图3和附图4。
本实施例为基于上述实施例1采用恒压源 串联恒流源的二总线远供电源的通信系统,由二总线1、总线两端匹配阻抗2、 总线远供电源3,加上设备节点4构成。
设备节点4由稳压电源部分5、信号发 射部分6、信号接收部分7,分别独立挂接在二总线1上组成。
二总线远供电源中的恒压源可采用任何一种稳压电源向总线提供29V电压, 恒流源中的电阻R2取8欧姆电阻,此时恒流源向总线提供0.15A电流。
设备节点4中的稳压电源部分5,可以由任何一种直流到直流稳压变换电路 (DC-DC电路)来实现。
设备节点4中的信号发射部分6中,电阻R1的一端连在二总线的正端C点, 电阻R1的另一端连接高频中功率开关管BG的一端,开关管BG的另一端接在二 总线的负端D点,控制信号加在开关管BG的控制端用于控制开关管BG的通断。
BG可以采用摩托罗拉公司的开关三极管VN2222,电阻R1阻值采用240欧姆。
设备节点4中的信号接收部分7由检波8、电桥9和比较器10三部分串联 组成。
检波8是这样构成的:二总线正端C点接在电阻R3一端,R3的另一端串 联电容C1,C1的另一端W点与电阻R4、二极管D1、D2的并联电路一端相连,其 中D1与D2方向相反,该并联电路的另一端与二总线的负端D点相连,隔直滤波 电容C2一端接在W点,另一端接在电桥9的其中一个中心点X。
电桥9是一个 平衡电桥,四支臂分别由电阻R51、R52、R53、R54构成。
电桥的供电正端接+5V电 压,负端接在二总线的负端D点。
电桥的两个中心点X、Y分别接在比较器10 的负输入端和正输入端。
比较器10是采用德州仪器公司的运算放大器TLC271, TLC271的负输入端2脚接电桥中的X点,正输入端3脚接电桥中的Y点,运放 反馈电阻R6分别接在TLC271的2脚和6脚,TLC271的7脚、4脚分别接+5V 电源和地,在7脚和4脚之间接滤波电容C3,TLC271的偏置模式选择脚8脚接 地,选择高偏置模式,TLC271的输出端6脚接上拉电阻R7
叠加在二总线直流 电平上的交流信号经过信号接收部分7后,最后得到TTL电平的数字逻辑信号。
本实施例中,各个元件参数取值为:总线两端匹配阻抗2中电阻为250Ω, 电容为1μF,信号发射部分6中的R1为240Ω,信号接收部分7中R3=1K,R4=10K, R51=1M,R52=100K,R53=1M,R54=100K,R6=910K,R7=100K,C1=0.01μ,C2=0.01μ, C3=0.15μ。
此例实测的波特率为150Kbps,而现有技术的频宽在15Kbps以内, 这说明本发明总线上传输信号的频带宽得多。
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