一種二總線遠供電源及其通信系統的製作方法
2023-05-28 21:55:56
專利名稱：一種二總線遠供電源及其通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及二總線遠程供電及通信系統，特別是涉及一種用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源，以及在此電源基礎上同時進行雙向數字通信的系統。
在大型、遠程監測系統中，例如石油、化工、電力、火災監控、水利監測等系統，需要把探測器測得的數據準確可靠地收集起來，同時主控制站也需要向執行機構發送一些控制命令。針對這種系統覆蓋地域範圍廣、傳感器數目多且安裝分散等特點，採用二總線結構的監控系統具有安裝維護方便、成本低、抗幹擾能力強等優點。而在火災探測等系統中，由於探測器本身不帶電源或者不便對探測器直接進行交流供電，就需要在傳輸探測器測值信號的二總線上進行直流供電，即把信號傳輸疊加在直流電源上。中國專利93237885.4提出過一種「二總線遠供不分極性通信接口」，《電子與自動化》1997年第3期11-15頁報導了一種採用晶片QA840159和QA840119的二總線模擬量火災報警系統，由於上述系統中總線供電是由主控制器通過控制恆壓源進行的，使得主控制器和總線供電部分是捆綁在一起的，兩者不能分離，同時從控制器不可能共同控制總線供電系統，所以這種通信方式只能是主從式的；由於這種系統中主控制器通過控制供電系統恆壓源的電平高低或通斷時間長短來向各個從控制器傳送數據信號，且當從控制器向主控制器傳送數據信號時，為避免交流數據信號被恆壓源短路，供電系統只能處於斷開狀態，所以供電系統必然是間斷供電的，因而供電效率不高，總線上信號的傳送速率也受到限制。
本發明的目的是，提出一種用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源系統以及在此電源基礎上同時進行雙向數字通信的系統，可以既向總線提供電源又利用恆流源隔開了總線交流信號對恆壓源的影響，該系統中總線直流供電部分和通信部分是相互獨立的。
附
圖1為採用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源系統示意圖；附圖2為在此二總線遠供電源基礎上的二總線通信系統示意圖。
本發明二總線遠供電源系統，包括二總線1、總線兩端匹配阻抗2以及總線遠供電源3組成，其特徵在於所述總線遠供電源3由恆壓源U串聯恆流源I後再接入二總線1中。
本發明基於二總線遠供電源的通信系統，包括二總線1、總線兩端匹配阻抗2、總線遠供電源3和設備節點4構成，其特徵在於，所述總線遠供電源3由恆壓源U串聯恆流源I後再接入二總線1中，所述設備節點4由穩壓電源部分5、信號發射部分6和信號接收部分7組成，這三部分分別獨立掛接在二總線1上；所述穩壓電源部分5是任何一種直流到直流穩壓變換電路；所述信號發射部分6由電阻R1一端連在二總線的正端C點、另一端連接高頻中功率開關管BG的一端、開關管BG的另一端接在二總線的負端D點構成，控制信號加在開關管BG的控制端；所述信號接收部分7由檢波8、電橋9、比較器10串聯構成，檢波8的輸入端接在二總線正端C點，輸出端接在電橋9的其中一個中心點上，電橋9的供電正端接+5V電壓，負端接在二總線的負端D點，電橋9的兩個中心點分別接在比較器10的正負兩比較輸入端。
與現有技術相比較，由於本發明採用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源，可以既用恆壓源U向總線上各設備提供工作電壓，又利用恆流源隔開了恆壓源對總線交流信號的影響。理論證明，恆流源對所有頻率值的交流信號的交流阻抗都為無窮大，因此避免了交流信號被恆壓源U短路吸收；同時因為恆壓源U的交流內阻和直流內阻很小，恆流源I單向直流內阻也很小，因此可向總線提供大電流。
本發明提出的基於上述二總線遠供電源的二總線通信系統，由於採用恆壓源串聯恆流源的總線直流供電方法，可以避免交流信號在總線上傳輸時被恆壓源短路吸收，因此總線直流供電部分與通信部分相互獨立，採用這樣的通信系統可以實現二總線雙向數字通信，通信可以採用主從方式或多主競爭方式，總線上傳輸信號的頻帶較寬。該設備節點4的穩壓電源部分5可以採用任何一種直流到直流穩壓變換電路(DC-DC電路)來實現，為設備節點從總線上獲取工作電源；信號發射部分6通過控制一隻三極體開關來控制一隻電阻的瞬時接入總線或斷開，通過改變總線上的並聯阻抗的大小，來改變總線上的電平，從而將總線電壓幅值的上下波動，作為數據信號進行傳輸；信號接收部分7從二總線上取出疊加在總線直流電平上的信號，它是把比較器10的正負輸入端分別接在一個原本平衡的直流電橋9的兩個中心點上，而二總線上的數據交流信號經過檢波8後疊加在電橋的一個中心點上。這樣，如果二總線上有數據信號，電橋9將不再平衡，經過比較器10比較後輸出相應的數據邏輯電平。
附圖1為本發明採用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源系統的示意圖；附圖2為在此二總線遠供電源基礎上的二總線通信系統示意圖；附圖3為附圖1中遠供電源系統的遠供直流電源具體實施方式
示意圖；附圖4為附圖2中二總線通信系統設備節點部分的信號接收部分具體實施方式
示意圖。
以下結合附圖詳細說明本發明的實施例。
實施例1、一種採用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源系統的具體實現方式。
參見附圖1和附圖3。本實施例二總線遠供電源系統，由二總線1、總線兩端匹配阻抗2以及總線遠供電源3這三部分組成。總線兩端匹配阻抗2由電阻與電容串聯構成，接在二總線1的兩端。總線遠供電源3由恆壓源U的負極接在二總線中的負端B點、恆壓源U的正極與恆流源I的輸入端相連，恆流源I的輸出端接在二總線1中的正端A點構成。恆壓源可以採用任何一種穩壓電源作為恆壓源。本實施例中的恆流源I採用美國國家半導體公司的5A可調式功率電壓調整器LM338和可變電阻R2來實現，LM338的1腳為恆壓源I的輸入端，LM338的2腳和3腳之間接入可變電阻R2，LM338的2腳作為恆壓源I的輸出端。恆壓源I的輸出電流大小為I＝1.25/R2，改變電阻R2的大小可以調節輸出到二總線上的電流大小。
實施例2、一種基於上述二總線遠供電源的通信系統具體實現方式舉例。可參見附圖2、附圖3和附圖4。本實施例為基於上述實施例1採用恆壓源串聯恆流源的二總線遠供電源的通信系統，由二總線1、總線兩端匹配阻抗2、總線遠供電源3，加上設備節點4構成。設備節點4由穩壓電源部分5、信號發射部分6、信號接收部分7，分別獨立掛接在二總線1上組成。
二總線遠供電源中的恆壓源可採用任何一種穩壓電源向總線提供29V電壓，恆流源中的電阻R2取8歐姆電阻，此時恆流源向總線提供0.15A電流。設備節點4中的穩壓電源部分5，可以由任何一種直流到直流穩壓變換電路(DC-DC電路)來實現。
設備節點4中的信號發射部分6中，電阻R1的一端連在二總線的正端C點，電阻R1的另一端連接高頻中功率開關管BG的一端，開關管BG的另一端接在二總線的負端D點，控制信號加在開關管BG的控制端用於控制開關管BG的通斷。BG可以採用摩託羅拉公司的開關三極體VN2222，電阻R1阻值採用240歐姆。
設備節點4中的信號接收部分7由檢波8、電橋9和比較器10三部分串聯組成。檢波8是這樣構成的二總線正端C點接在電阻R3一端，R3的另一端串聯電容C1，C1的另一端W點與電阻R4、二極體D1、D2的並聯電路一端相連，其中D1與D2方向相反，該並聯電路的另一端與二總線的負端D點相連，隔直濾波電容C2一端接在W點，另一端接在電橋9的其中一個中心點X。電橋9是一個平衡電橋，四支臂分別由電阻R51、R52、R53、R54構成。電橋的供電正端接+5V電壓，負端接在二總線的負端D點。電橋的兩個中心點X、Y分別接在比較器10的負輸入端和正輸入端。比較器10是採用德州儀器公司的運算放大器TLC271，TLC271的負輸入端2腳接電橋中的X點，正輸入端3腳接電橋中的Y點，運放反饋電阻R6分別接在TLC271的2腳和6腳，TLC271的7腳、4腳分別接+5V電源和地，在7腳和4腳之間接濾波電容C3，TLC271的偏置模式選擇腳8腳接地，選擇高偏置模式，TLC271的輸出端6腳接上拉電阻R7。疊加在二總線直流電平上的交流信號經過信號接收部分7後，最後得到TTL電平的數字邏輯信號。本實施例中，各個元件參數取值為總線兩端匹配阻抗2中電阻為250Ω，電容為1μF，信號發射部分6中的R1為240Ω，信號接收部分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。此例實測的波特率為150Kbps，而現有技術的頻寬在15Kbps以內，這說明本發明總線上傳輸信號的頻帶寬得多。
權利要求
1.一種二總線遠供電源系統，包括二總線1、總線兩端匹配阻抗2以及總線遠供電源3組成，其特徵在於所述總線遠供電源3由恆壓源U串聯恆流源I後再接入二總線1中。
2.一種基於二總線遠供電源的通信系統，包括二總線1、總線兩端匹配阻抗2、總線遠供電源3和設備節點4構成，其特徵在於，所述總線遠供電源3由恆壓源U串聯恆流源I後再接入二總線1中，所述設備節點4由穩壓電源部分5、信號發射部分6和信號接收部分7組成，這三部分分別獨立掛接在二總線1上；所述穩壓電源部分5是任何一種直流到直流穩壓變換電路；所述信號發射部分6由電阻R1一端連在二總線的正端C點、另一端連接高頻中功率開關管BG的一端、開關管BG的另一端接在二總線的負端D點構成，控制信號加在開關管BG的控制端；所述信號接收部分7由檢波8、電橋9、比較器10串聯構成，檢波8的輸入端接在二總線正端C點，輸出端接在電橋9的其中一個中心點上，電橋9的供電正端接+5V電壓，負端接在二總線的負端D點，電橋9的兩個中心點分別接在比較器10的正負兩比較輸入端。
全文摘要
本發明二總線遠供電源系統及基於二總線遠供電源的通信系統,特徵在於總線遠供電源3由恆壓源U的串聯恆流源Ⅰ後再接入二總線1中,設備節點4由穩壓電源部分5、信號發射部分6和信號接收部分7各自獨立掛接在二總線1上;既可向總線提供大電流,又隔開了總線交流信號對恆壓源的影響,可同時進行雙向數字通信的系統,該系統中總線直流供電部分和通信部分是相互獨立的,總線上傳輸信號的頻帶較寬。
文檔編號H04L5/14GK1334660SQ00121828
公開日2002年2月6日 申請日期2000年7月15日 優先權日2000年7月15日
發明者張培仁, 王洪波, 馬雲, 朱東傑 申請人:中國科學技術大學