[发明专利]无调制解调TTL电平DC电源线上的通信结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种无调制解调TTL电平DC电源线上的通信结构。 

背景技术

现代工业、楼宇监控、智能交通等领域的现场控制过程往往受到环境、场合等限制，需要多条线缆、长距离与执行机构连接，造成大量的原材料浪费。以中央空调系统温控器的安装为例，常规的温控器是中央空调控制系统的末端控制器和执行机构的集成，一般利用其改变风机盘管高、中、低三速来调节室内温度，温控器结构上由控制部分（属“智能控制器”概念）与执行机构部分两部分构成，控制部分安装的位置一般没有电源，需要执行机构部分要为控制部分提供电源。若要节省大量铜线材，最佳方案采用双MCU主、从方式、使用最普通的双绞或平行线，主机既能给从机供电，主从机又能在该DC电源线上高速双向通信，以满足控制器的各种技术指标和功能。 

以下技术方案的讨论都以中央空调温控器为例展开。 

当前主要应用的智能控制器与执行器间配合方案有以下几种： 

1）配合方案A，原理如图1所示，其中左侧部分为执行机构（含变压器、继电器），右侧为智能控制器。该工作方案的执行机构含变压器，负责实现AC220V到DC12V、DC5V的电源整流转换，同时为智能控制器提供DC5V工作电源。控制器向执行机构发出高速、中速、低速、阀开、阀关等开关量命令，通过控制执行机构上的继电器来进行风速的切换与阀门的开关。需要联网应用的场合，还会有额外的通信线，如上图所用的RS485网络两线信号。 

温控器与执行机构之间包括：VCC、GND，风机高速、中速、低速，阀开、阀关等TTL电平的I/O线控制线。执行机构不需要额外单片机控制。 

2）配合方案B，原理如图2所示，其中左侧部分为执行机构（含变压器、继电器、单片机），右侧为智能控制器。该通信方案为执行机构含变压器，负责实现AC220V到DC12V、DC5V的电源整流转换，同时为智能控制器提供DC5V工作电源。智能控制器通过串行通信方式（例UART、RS232C、RS485、I2C等）同执行机构进行数据交互，执行机构上的控制器进行数据解析后控制对应继电器来进行风速的切换与阀门的开关。 

3）配合方案C，原理如图3所示，其中左侧部分为执行机构（含变压器、继电器、单片机、调制解调器），右侧为智能调节器（含单片机、稳压器、调制解调器）。该通信方案为执 行机构含变压器，负责实现AC220V到DC12V的转换，同时为智能调节器提供DC12V工作电源，智能控制器通过稳压器整流电路得到DC5V电压。智能调节器通过载波的方式与执行机构进行数据交互，控制执行机构上的控制器通过调制解调进行数据解析后控制对应继电器来进行风速的切换与阀门的开关。 

上述方案各有其优缺点： 

工作方案A： 

优点：执行机构与控制器为一体、制作方便、生产成本低。 

缺点：智能控制器与执行机构连接方式复杂，造成大量动力线浪费。智能控制器体积较大，若使用地点空间小，无法安装。 

工作方案B： 

优点：一般采用四根线即可完成执行机构与控制器的数据交互，两端都含控制器，通信信号为DC5V，通信方式较理想。 

缺点：实际应用中多采用较特殊的四芯电缆，通信方式不是最简，成本较高，安装施工麻烦。 

工作方案C： 

优点：利用两根线，采用调制解调的方式实现“供电+数据传输”，节省电缆。 

缺点：调制解调模块、从机稳压和储能元器件增加了成本。需要控制切换调制解调模式，通信速率降低。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决常规通信方法在使用过程中或使用线缆过多或增加额外模块开支的不足和缺陷，提供一种无调制解调TTL电平DC电源线上的通信结构，它既节省材料又能方便简单，在用两根最普通、最廉价的通信线、采用一个防瞬间泄压二极管，在主、从机没有调制解调器、不需要在高于TTL电平的DC电源线上进行通信，更没有必要在从机上增加稳压、储能元件，使主、从机实现高速双向通信及控制功能。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种无调制解调TTL电平DC电源线上的通信结构，它包括执行机构和智能控制器，所述执行机构通过其MCU的三个普通I/O端口并联后经防瞬间泄压二极管与智能控制器MCU的直流电压端连接，同时所述三个普通I/O端口并联后还与智能控制器MCU的一个I/O端口连接，从而以无调制的TTL电平作为DC电源为智能控制器供电并进行数据交互；同时执行机构MCU和智能控制器的MCU端的地线直接连接。