[发明专利]一种基于交流电源线的主从通信系统

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种基于交流电源线的主从通信系统，系统中每个数据采集器、执行器和控制器的供电电源均由电网经系统公共的整流二级管作半波整流获得，另半波时间用于它们之间经电源线通信，系统采用在公共的电源开关接通后开始对电网周波的特征值计数，并用该计数值作为系统同步的时间基准。

(二)背景技术：

在构成一个单片机测控应用系统中，经常要采用多机系统，这就涉及到系统间的信息交换。采用RS485、RS232、I2C总线的主从式多机通信需用多根总线，但在通信速率要求不高的情况下，我们希望进行通信的双方占用尽可能少的端口连线。单线通信的数据交换仅在1根总线上完成，但它对主机和从机必须有严格的时序要求，是借助“时隙”传输来实现数据的发送与接收。而基于电力线的载波通信结构复杂成本高，本发明采用基于电源线的数据交换，它具有简便和节省硬件资源的特点。

(三)发明内容：

现有的主从通信系统，都是采用多总线最少为单总线结构形式，不但系统硬件成本高，而且布线也困难，如果采用电力线载波通信则成本更高，而且某些应用可靠性不够。同时，由于系统中各主从机各自独立计时，其累积误差很大还须纠正，因此对于许多通信数据量不大的简单应用系统，采用本发明介绍的方法具有很好的经济性。

本发明涉及一种基于交流电源线的主从通信系统，它是由多个数据采集器、多个执行器和一个控制器构成，它们的供电电源均由电网经系统公共的整流二级管作半波整流获得，另半波时间用于经电源线的主从通信，该电源线同时作为信号传输线。系统中每个数据采集器、执行器和控制器均在公共的电源开关接通后开始对电网周波的一个特征值计数，并用该电网周波特征值的计数值作为系统同步的时间基准，这里采用对电网周波过零信号的计数值作为系统的一种时间基准，常规计时时间作为系统精细的时间基准。所述数据采集器、执行器和控制器的电源模块均接有隔离二级管用以隔离电源模块的直流高压对信号传输线的影响。每个数据采集器中的单片机I/O口接于电源线的信号传输均有2路，其中一路用于接收控制器发出的地址信号，它是在控制器控制的时间点开始收发，每个地址信号及采集的数据收发所占用的时间是用电网周波特征值的计数值来确定并预置在每个数据采集器、执行器和控制器中，以减少不相关的数据采集器占用CPU时间，所述数据采集器是在公共的整流二级管阻断周波用于通信的半波时间里，通过查询I/O口的方法，来接收地址信号，它可以由信号传输总线的高电位被控制器拉低一个宽脉冲表示1窄脉冲表示0，信号传输总线的释放，可以是由上拉电阻将信号传输总线上拉至高电平来实现，也可以采用中断方法接收地址信号，这里数据采集器和执行器的地址是予先固化在程序中或存储器中也可以采用拨码开关，另一路用于在控制器控制下，将采集到的数据经电源线向控制器发送，控制器先向数据采集器发送地址信号，数据采集器接收到地址信号并且比较正确后，即向控制器发送采集的数据，数据采集器的2路信号传输的通道上各接有一个隔离二级管，用于隔离交流电源。所述控制器和每个执行器其信号传输的通道上均接有一个电子开关，该电子开关在电网向系统供电的半波关断，另半波时间导通。执行器是在电子开关导通的半波时间接收控制器发来的控制指令。上述信号收发都是在公用的整流二级管关断交流电源的半波时间内实现的。

本系统由下列模块构成：

公共的电源开关单元和整流二级管，用作电源开与关和电源的半波整流，在电源开关单元中可以串接一个电子开关由控制器控制，使之在通信期间关断以增强系统的安全。

控制器，由单片机、周波检测、电子开关、信号调理、存储器、键盘显示器和电源构成，用于向数据采集器发送地址信号并接收采集到的数据和向执行器发出的控制指令。

数据采集器，由单片机、周波检测、隔离二级管、信号调理、A/D转换、传感器和电源构成，用于接收地址信号并向控制器发送采集的数据。

执行器，由电源、单片机、周波检测、电子开关、信号调理、驱动电路和执行器构成，用于在控制器的控制下执行控制操作。

(四)附图说明：

图1是一种基于交流电源线的主从通信系统的电路结构方框图。

(五)具体实施方式：

一种基于交流电源线的主从通信系统的电路结构方框图如图1所示，它用于室内多点温度测控，控制器根据室内各点温度测量结果，控制相应的执行器开启或关闭。该系统由控制器A、多个数据采集器B和若干个执行器C构成，其中电源开关单元1包含一个公共的电源开关和一个公共的电子开关，电子开关在控制器A的控制下，使之在半波整流时间导通，另半波时间关断，它用于增强系统的安全性。其控制器A由电源3、周波检测4、存储器5、单片机6、电子开关7、信号调理8、键盘显示器9构成，其中电源3包含一个隔离二级管用于阻断直流电源高压向信号传输的通道倒流，周波检测4用于将电网周波过零信号经整形后触发单片机6产生中断并对电网周波过零信号计数，电子开关7在单片机6控制下使之在半波整流时间关断，另半波时间导通用于通信。数据采集器B由电源13、周波检测14、隔离二级管12、信号调理15、单片机16、隔离二级管17、信号调理18、A/D转换19、传感器10构成，其中电源13、周波检测14的作用与控制器A中相同。信号调理15接有上拉电阻至直流电源，通信时由控制器A拉低完成地址发送。各个数据采集器B的地址固化在各自程序中，采集的数据经隔离二级管17向控制器A发送。执行器C由电源23、周波检测24、单片机26、电子开关27、信号调理28、驱动电路29、执行器20构成，其中电源23、周波检测24、电子开关27作用与控制器A中相同，各个执行器C的地址也固化在各自程序中。