一種智能照明總線系統的製作方法

2023-10-20 22:12:12 1

專利名稱：一種智能照明總線系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術的總線控制系統，特別涉及一種照明總線系統及控制方法。
背景技術：
傳統機械式開關照明系統，功能簡單、布線複雜、擴展性差，已漸漸不能滿足人們 的要求，隨著電子技術、通信技術和控制技術的發展，網絡化的總線型智能照明應運而生。 市面上智能照明總線形式有多種，各有優點，但也各有其缺陷和不足。如DALI總線接線簡 單，但通訊距離較近，支持的網絡節點數少；基於CAN、Ionfforks的總線通訊距離遠，速度 快，支持分布式實時控制，但CAN、Ionfforks的控制晶片成本較高。目前智能照明總線應用 較多的還是基RS-485總線的系統。RS-485是一套成熟的總線接口，採用平衡發送和差分接收方式實現通信，抗共模 幹擾能力強，通訊距離遠，通訊速度最大達到10Mbps，硬體成本低，程序簡單，使用特製的 485晶片，可以達到128個或者256個節點，最大的可以支持到400個節點。而採用RS-485 總線的智能照明系統又有主機式結構和分布式結構之分。主從式結構RS-485總線採用一 主多從的方式，收發接口電路簡單，但是由於主節點要不停的論詢從節點，從節點之間需要 通信時還要經過主控器轉發，節點數較多時，響應速度就會下降，另外一個更致命的缺陷 是，當主控器失效時，整個網絡就會完全癱瘓。分布式結構RS-485總線，採用多主方式，解決了主從式結構當主控器失效時整個 網絡就會癱瘓的缺陷，並且節點數增多時，並不影響響應速度。該方式採用載波監聽多址訪 問/衝突檢測(CSMA/⑶)技術，也就是所有節點在發送前監聽總線上是否有其他節點在發 送數據，如果有，就暫時不發送。另外在發送數據的同時，邊發送邊監聽，如果監聽到衝突則 衝突雙方都停止發送。但該方式需要增加額外的硬體電路，編程比較複雜，相對主從式會增 加額外的成本，另外當多個節點同時要發送數據時，容易發生衝突，有可能會發生部分節點 不能正確發送出數據。此外，現在的智能照明系統基本都需要電腦根據需要對各個節點配 置信息，配置完成後一旦某個節點失效，更換新的節點時，又需要重新接上電腦進行配置， 這樣一方面要求維護人員的有較高的專業知識，另一方面維護的速度比較慢，可能會影響 用戶的正常使用。最後，智能照明總線大多採用4線制方式，其中2根線為總線電源，供總 線節點工作，另外兩根線為通信線。現場使用中，經常發生電源線和通信線接錯接反，造成 通信接口損壞。另外，由於總線走線距離比較遠，在雷雨天氣，雷電往往會通過總線傳入系 統，造成通信接口損壞。實用內容針對上述智能照明總線存在的缺陷和不足，本實用新型需解決的技術問題是提供 一種具有改進型時分多址網絡結構、能自動切換主控制機、配置信息備份和恢復和具有網 絡總線防接錯保護的智能照明總線系統及其控制方法。該智能照明總線系統又叫D-BUS智 能照明總線系統。[0007]為解決上述技術問題，本實用新型提供的技術方案是一種智能照明總線系統，也 稱作D-BUS智能照明總線系統，包括PC機和輪流作為主控制器的網關和節點設備，PC機與 網關相連，網關與節點設備相連，所述的網關和和節點設備上均有一個集成了 UART收發器 的微處理器。進一步在上述D-BUS智能照明總線系統中，所述的微處理器是通過485接口晶片 通信，其通信端是485A、485B，485接口晶片MAX487的信號輸入端A、B設有防接錯電路。所 述的防接錯電路是信號輸入A端通過瞬變二極體TVSl接地，B端通過瞬變二極體TVS2接 地，在瞬變二極體TVSl、TVS2之間串接有瞬變二極體TVS3，在瞬變二極體TVSl、TVS3之間 的節點分別通過保險電阻R3與485A連接和通過電阻R39接電源VDD，在瞬變二極體TVS2、 TVS3之間的節點分別通過保險電阻R41與485B連接和通過R40接地；在485A與485B之 間設有放電管Tubel，放電管Tubel接地。所述的微處理器是通過485接口晶片通信，485接口晶片MAX487的信號輸入端A、 B設有防接錯電路。所述的防接錯電路是信號輸入端A通過保險電阻R35與485A連接，信號 輸入端B通過保險電阻R41與485B連接，在信號輸入端A、B之間串接有瞬變二極體TVS1、 TVS2,瞬變二極體TVS1、TVS2之間的節點接地。所述的節點設備是功能模塊、功能器件或者 整機設備中的一種。本實用還提供了上述D-BUS智能照明總線系統的控制方法，A、網關先作為主控制 器，為節點設備分配通信權，先是節點設備1，然後是節點設備2……節點設備η，η是自然 數，再到節點設備1，無限循環；B、輪到某個節點設備通信時，它以廣播發送的方式將通信 數據發給其它任何節點設備，從節點設備發送的數據都有約定好的結束標誌字節，當主控 制器接收到結束標誌字節時，從節點設備釋放了總線的控制權，然後主控制器又將通信權 分配給下一個從節點設備，所有節點設備之間直接通信，不需主控制器作為過渡；C、總線系 統經過搜索後，所有設備上存貯器ROM都保存了實際存在的節點地址，當主控制器失效後， 總線就會空閒，當空閒超過預設時間後，原來處於從節點地位的設備就競爭成為主控制器； D、PC機發送的系統配置信息通過網關轉發給其它節點設備，轉發過程中，網關分析預定義 的通信協議，將所有節點設備的配置信息按地址保存在存儲器EEPROM上。進一步在上述控制方法中，所述步驟B的通信數據分為兩種格式，主控器論詢從 節點時，主控器僅發送一幀11位的數據，若該從節點有數據要發送，則收到論詢後，就以另 外一種格式的數據包向總線廣播發送命令數據，若該從節點無數據要發送，則僅應答一幀 11位的結束標誌字節0XFE，主控制器發出論詢後，不管從節點有無命令數據要發送，主控 制器只要收到結束字節標誌0XFE，就知道從節點釋放了總線控制權，於是接著論詢下一個 從節點。所述步驟B還包括系統接好線後，經過網關接上PC機，PC機上的監控軟體發送搜 索命令，將系統存在的節點地址搜索出來，並將節點地址然保存到設備上的過程。所述步驟 C的預設時間是指從節點的設備根據自身地址值的高低確定總線空閒的時間。與現有技術相比，上述D-BUS智能照明總線系統，包括PC機和輪流作為主控制器 的網關和節點設備，PC機與網關相連，網關與節點設備相連，所述的網關和節點設備設有帶 串行接收器UART且防接錯的微處理器。D-BUS智能照明系統除了具備開關控制、調光控 制、場景控制、人體移動感應控制、環境亮度感應控制、空調控制、窗簾控制、投影幕布控制、 時間控制、遙控控制、電腦控制、異地遠程控制等強大功能外，還具有如下有益效果總線接口硬體電路簡單，成本低廉。可接入節點數多。一個D-BUS子系統最多可接入250個節點， 多個子系統可組網，最多可以250個子系統一起組網。則D-BUS系統最多可接入的節點數 為250X250 = 62500個。響應速度快。單個節點響應速度達到10毫秒左右；128個節點 響應速度最慢256毫秒，一般情況下小於200毫秒；250個節點時響應速度最慢500毫秒， 一般情況下小於300毫秒，也即當按鍵按下到燈打開之間的延時間隔為300毫秒，300毫秒 人基本上感覺不到滯後。節點數越少，響應速度越快。通信距離遠。在9600bps的波特率 下，可靠通信距離1000米。可靠性高。多個按鍵同時按下或其它觸發事件同時發生，通信 過程也不會發生衝突，並且不會發生有觸發事件遺漏而發送不出數據的問題。每個節點設 備均可作為主控制器，每個網段任意時刻僅有一個設備作為主控制器，當處於主控地位的 節點失效時，最低地址的從節點自動切換為主控制器。不管總線從什麼地方斷開兩段或多 段，斷開後的網段都會有從節點切換為主控制器，不會出現網絡癱瘓的情況。每個設備的配 置信息均有備份到網關，當一個設備失效時，換上新的設備，不用接上PC機，一鍵即可恢復 原有配置，無需專業知識，維護簡單，快速恢復使用。總線接口電路有防接錯防雷措施，即使 總線電源線與通信線接錯接反或發生雷擊，均不會損壞設備。

附圖1是本實用新型的網絡拓撲結構圖；附圖2是防接錯保護電路原理圖。
具體實施方式
本實用的主旨是設計D-BUS智能照明總線系統的網絡拓撲結構圖，嵌入D-BUS軟 件，使得該系統具有改進型時分多址網絡結構、自動切換主控制機、配置信息備份/恢復和 網絡總線防接錯保護的功能。參照圖1 進型時分多址網絡通信實現方法，網關和所有節點設備上都有一個帶 UART接口的微處理器，該微處理器是通過增強型485接口晶片通信，允許接入的節點數最 多可以達到256個；通信波特率採用9600bit/s，這樣傳輸距離可以比較遠，可靠距離可以 達到1000米；發送數據幀採用11位UART方式，附加的第9位作為通信中地址/數據信息 的標誌位。默認情況下，網關做為主控制器，主控制器的作用就是為從節點分配通信權。在 這種網絡拓撲結構中，通信權輪流分配。首先是節點設備1，然後是節點設備2……節點設 備n，再是節點設備1，這樣無限循環。當輪到某個節點設備通信時，它就以廣播發送的方式 將通信數據發給其它任何節點設備上，從節點發送的數據都有約定好的結束標誌字節，當 主控制器接收到結束標誌字節時，就知道從節點設軒釋放了總線的控制權，然後主控制器 又將通信權分配給下一個從節點設備。所有節點設備之間直接通信，不需主控制器作為過 渡。為了達到快速響應的目的，通信協議上做了多種處理方法。首先，通信數據包格 式分為兩種格式。主控器論詢從節點時，主控器僅發送一幀11位的數據，即發送要論詢的 從節點的地址(地址範圍0 249)，其中第9位地址標誌位有效，這樣僅與該地址值相同 的從節點收到論詢。若該從節點有數據要發送，則收到論詢後，就以另外一種格式的數據包 向總線廣播發送命令數據，若該從節點無數據要發送，則僅應答一幀11位的結束標誌字節0XFE。這樣在9600bit/s的波特率下，論詢一個從節點，僅需要2毫秒左右的時間。當主控
器或其它設備要發送命令數據時，按如下數據包格式發送
OxFE主控制器發出論詢後，不管從節點有無命令數據要發送，主控制器只要收到結束 字節標誌0XFE，就知道從節點釋放了總線控制權，於是接著論詢下一個從節點。其次，系統 接線好後，經過網關接上PC機，在PC機上的監控軟體發送搜索命令，將系統存在的節點地 址搜索出來，然後保存到所有的設備上。主控器論詢時，僅論詢實際存在的節點地址。另 外對於無輸入觸發事件的設備，每3 5個循環才論詢一次，這樣一個論詢循環過程時間 就大大減小，提升了響應速度。再次，當主控制發送了要論詢的地址後，經過4毫秒左右後 還沒接收到串口中斷，就可以判斷通信有錯誤，連續幾個循環後還是一樣的情況就可以判 斷該地址設備發生錯誤，下次就不再論詢，這樣即使有設備失效，也不會影響總線的響應速 度。經過以上的處理，改進型時分多址網絡通信實現了總線接口電路簡單、可接入節點數 多、響應速度快、即使多個設備同時要發送命令數據也不會發生數據衝突、通信距離遠、穩 定可靠的效果。自動切換主機的實現系統經過搜索後，所有節點設備上的存貯器EEPROM都保存 了實際存在的節點地址，當主控制器失效後，總線就會空閒，當空閒超過一定時間後，原來 處於從節點地位的設備就競爭成為主控制器，設備根據自身地址值的高低等待總線空閒的 時間，節點地址較最低的設備，等待空閒的間就比較短，就會先競爭成為主控制器，一旦有 節點設備成為主控制器，總線就不會空閒，其它節點設備就退出競爭，總線又恢復了正常， 這樣無論是主控制器失效還是總線斷路，都不會造成網絡癱瘓。配置信息備份和恢復原理PC機發送的系統配置信息通過網關轉發給其它設備， 轉發過程中，網關分析預定義的通信協議，將所有設備的配置信息按地址保存在一個大容 量的EEPROM存儲器上。一旦某個設備失效後，換上新的設備，按住新設備預設的一個按鍵， 保存在網關上的對應設備配置信息就下載到新設備上。實現了維護簡單、快速的效果。上 述節點設備是功能模塊、功能器件或者整機設備中的一種。參照圖2 所述的微處理器是通過485接口晶片通信，485接口晶片MAX487的信號 輸入端A、B設有防接錯電路。所述的防接錯電路是信號輸入A端通過瞬變二極體TVSl接 地，B端通過瞬變二極體TVS2接地，在瞬變二極體TVS1、TVS2之間串接有瞬變二極體TVS3， 在瞬變二極體TVS1、TVS3之間的節點分別通過保險電阻R3與485A連接和通過電阻R39 接電源VDD，在瞬變二極體TVS2、TVS3之間的節點分別通過保險電阻R41與485B連接和通 過R40接地；在485A與485B之間設有放電管Tubel，放電管Tubel接地。放電管Tubel做 前級防雷保護，保險電阻R35、R41做過流保護，瞬變二極體TVS1、TVS2做後級共摸保護， TVS3做後級差模保護。瞬變二極體動作電壓7. 5V，保險電阻動作電流為50mA，即使因接錯 線485A、485B間接入DC24V電源，保險電阻動作變為高阻，而瞬變二極體嵌位在7. 5V，485 接口晶片MAX487不會燒壞，達到保護目的。
權利要求一種智能照明總線系統，包括PC機和輪流作為主控制器的網關和節點設備，PC機與網關相連，網關與節點設備相連，其特徵在於所述的網關和和節點設備上均有一個集成了UART收發器的微處理器。
2.根據權利要求1所述的智能照明總線系統，其特徵在於所述的微處理器是通過485 接口晶片通信，其通信端是485A、485B，增強型485接口晶片MAX487的信號輸入端A、B設 有防接錯電路。
3.根據權利要求2所述的智能照明總線系統，其特徵在於所述的防接錯電路是信號 輸入A端通過瞬變二極體TVSl接地，B端通過瞬變二極體TVS2接地，在瞬變二極體TVSl、 TVS2之間串接有瞬變二極體TVS3，在瞬變二極體TVS1、TVS3之間的節點分別通過保險電阻 R3與485A連接和通過電阻R39接電源VDD，在瞬變二極體TVS2、TVS3之間的節點分別通過 保險電阻R41與485B連接和通過R40接地；在485A與485B之間設有放電管Tubel，放電 管Tubel接地。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的智能照明總線系統，其特徵在於所述的節點設 備是功能模塊、功能器件或者整機設備中的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種智能照明總線系統，包括PC機和輪流作為主控制器的網關和節點設備，PC機與網關相連，網關與節點設備相連，所述的網關和和節點設備上均有一個集成了UART收發器的微處理器。所述的微處理器是通過485接口晶片通信，增強型485接口晶片MAX487的信號輸入端A、B設有防接錯電路。該系統的總線接口硬體電路簡單，成本低廉，可接入節點數多。總線接口電路有防接錯防雷措施，即使總線電源線與通信線接錯接反或發生雷擊，均不會損壞設備。
文檔編號G08C15/00GK201657401SQ20092026458
公開日2010年11月24日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者何勇 申請人:惠州大景照明控制有限公司