XYCN总线供电及通信系统连载系统介绍及专用芯片在该系统中的应用上.doc

XYCN总线供电及通信系统·(连载)系统介绍及专用芯片在该系统中的应用(上 ) 曦阳 ·中国 长距离通信时芯片容易损坏 。 以 RS485 构成的网络只能以串行方式布线 ,不能构 成星形任意分支 。串行布线给实际布线设计及施工造成很 大难度 ,而不遵循串行布线规则将降低通信的稳定性 。 由于 RS485 自身的电气特性决定了其在实际工程 应用中稳定性较差 ,多节点 、长距离的调试需要对线路进行阻抗匹配 ,大量安装时调试工作复杂 。曦阳 X Y ·CN 总线 、美国 T I 公司的 M - B U S 总线通 信方式解决了以上所有缺点 , 同时具有总线供电模式 ; 而X Y · CN 总线又比 M - BU S 具有更大的节点容量 ,更远 的通信距离 ,更低的功耗 ,可为节点设备提供更大的可变 供电电流的明显技术优势 。其中断上传功能又适用于实时性要求高的应用 ,如家庭智能化控制 、消防报警及医院求助系统总线等 。概述1X Y ·CN 总线是一种低成本 、一点对多点的总线通信系统 ,具有通信设备容量大 ( 硬件 400 点) 、通信速率高 ( 19200 b/ s) 、成本低 、设计简单 、布线简便 ( 无极性可任意分 支 ,普通双绞线) 、抗干扰能力强 , 以及总线可为节点提供高达 800 mA 电源的特点 ; 系统具有自动登录功能 , 此功 能可实现设备的自动登录 、节点中断报警等独特的快速通 信功能 ;总线隔离设备具有总线故障隔离性能 , 保证部分总线故障时其他部分正常通信 。系统可广泛应用于智能 家庭控制网络 、工业现场控制 、消防报警及联动网络 、小区智能化控制网络 、三表集抄 、中央空调控制系统等 。以 X Y001 、X Y100 芯片为核心的总线通信电路为设 计者提供简便 、可靠的实现方法 。应用背景系统由来近年来 ,随着各种电子设备的发展 ,越来越需要进行对 低端电子设备的低成本联网管理 。这些设备的数量多 、信 息少 ,但要求较快的反应速度 。虽然各种高速通信网络迅 速发展并得以应用 ,但对于低端设备 ,其接口复杂而昂贵 , 功耗大 、备电使用复杂等缺点使其不能适用于现场设备的 控制 。至今 , RS485 技术仍然主导着这一技术领域 ,但其显 然已经不能满足目前的低功耗 、高可靠 、非规则布线 、大容 量等网络要求 。RS485 在应用过程中存在以下问题 : 通信设备容量少 , 理论上最多容许接入量不超过128 个设备 ,这显然不适用于多用户 、大容量的要求 。 通信速率低 ,并且其速率与通信距离有直接关系 。 当达到数百米以上通信距离时 , 其可靠通信速率 < 1 200b/ s ,通信速度非常低 。 非隔离的通信方式 ,不能应用于长距离户外通信 。 若设计为隔离方式 ,则需要隔离电源 ,成本较高 。 不能给节点设备供电 , 设备需要单独解决供电问 题 ,集中供电采用 4 线方式 。 芯片功耗较高 ,静态功耗达到 23 mA ( 较先进的芯片) ,工作电流 ( 发送) 达到 20 mA , 不利于使用备电工 作 ;同时增加了线路电压降 ,不利于远程布线 。1 . 21 . 1( 1) RS485 总线在家庭智能化 、楼宇自动化 、工业现场控制 、三表集中 抄表技术中 ,远程通信技术作为其中的难题 , 一直未能得到很好的解决 。在国内 ,目前采用最多的通信方式仍然是 RS485 总线通信技术 。这使得原本为工业自动化数据采 集而设计的少节点 ( 一般不多于 100 点) 、短距离 ( 一般数百米) 、需要规范布线的 RS485 总线通信 , 应用在多节点 、长距离 ( 数千米) 、任意分布的布线方式的各种通信中 , 难 以可靠运行 。( 2) CAN 、LONWORKS 、PROFIBUS 、FF 、HART为解决通信可靠性的问题 ,所有总线均需不计成本的 隔离措施 ( 即均需要使用开关隔离电源完成隔离部分的电路供电 ,这也就催生了目前的微型隔离电源模块的市场成 长) ,使用共扼阻波线圈减小线路对系统的 EM I 影响 。为保证信号的正确 ,总线均要求按串联连接 , 头端连接匹配电阻阻止信号的反射对信号的影响 。 由于极高的成本 、复杂的技术及严格苛刻的现场安装要求等因素 ,目前只有在工业自动化中多节点 、远距离的数据通信应用领域采用 CA N 、L ON WO R KS 、PRO F IB U S 、F F 、HA R T 等较为先进 、高成本的通信方式 。而以上的总842007 年第 12 期adv mesnet . co m. cn (广告专用)线形式 ,基本通信信号码源先经过 FS K 调制 ,或者单边非平衡调制来解决信号冲突问题 ;再通过软件检测其他节点 发送信号是否存在来判断冲突是否发生并重新发送 ,或者 使用令牌方式完成总线控制权的分配 ,造成终端设备对通信管理的开销增大 ,常需要增加单独的通信 MCU 实现通信功能 。( 3) M - BUS在欧洲 , 户 用 仪 表 的 通 信 方 式 以 M - B U S ( Met erB U S) 为主 , 它可以解决多节点 、长距离的通信问题 , 成本 较高 ,应用技术复杂 。虽然该项技术受到中国技术人员的 重视甚至国家有关政策性部门的推荐 ,但事实上历经 4 年 多的推广至今 ,由于其成本 、抗干扰性以及对节点用电电流 650 A 的限制 ,仍然难以得到广泛应用 。制点 ,实现现场分散控制系统的控制功能 。设备通道 : 节点设备的不同模拟或数字输出的号码 序列标记 ,可以是实体也可以是虚拟的 。33 . 1XY ·CN 总线系统系统构成XY ·CN 总线产生以上通信问题无疑成为制约现场通信发展的核心技术 屏障 ,曦阳公司在从事多年消防报警系统 、工业仪表及民用 三表集抄系统的研究的基础上 ,为发展自己的家庭智能化 控制系 统 , 推 出 XY ·CN 总 线 通 信 系 统 及 其 专 用 芯 片 XY001 、XY100 。经多年的应用实践证明 ; 该芯片成本低 、 稳定性好 、应用技术层面低 , 不仅具备了 RS485 、M - BUS 及低速 CAN 总线所有的优点 ,而且有其独特性能 ,适用于 实时总线控制系统以及需要总线供电的通信系统中 。目前 ,曦阳公司已经将该系统应用于智能家居的系统 控制 。应用该公司的X Y ·CN 总线规约,在具有 256 个 节点的通 信 系 统 中 , 任 一 节 点 上 报 事 件 时 间 均 不 到 80 ms 。国内诸多大型水 、电 、气 、热表及楼宇自动化等企业 已采用或拟采用 X Y ·CN 总线通信技术 。我们将连续发表一系列文章介绍有关技术内容 。表 1 文章连载内容1 . 3图 1 XY ·CN BUS 型总线系统构成XY ·CN 总线通信设备3 . 23 . 2 . 1 常用设备( 1) 节点通信设备 (A)节点通信设备 ( A) 包括家庭智能化控制节点 、智能仪 表 、家庭自动化设备终端 、火灾报警节点 、联动设备 、网络 仪表设备 、控制设备 、温度探测器 、温度控制器 、执行器等 ,用于实现系统的输入 、输出功能 。( 2) 网络显示设备 ( S)网络显示设备 ( S) 包括网络显示器 、声光报警器 、信息 发布盘 、方向指示器 、数字化信号灯等 ,用于实现信息的现场显示功能 。( 3) 集中控制器集中控制器是系统的控制中心 ,用于实现系统功能控 制 ,提供整个系统电源管理 。向上使用 U SB 连接计算机( 或手持式抄表设备) , 向下连接 X Y ·CN 总线的控制设备 ,内部有以 X Y100 为核心的 X Y ·CN 总线通信控制器 和系统主备电源控制器等电路 。3 . 2 . 2 通用设备( 1) 总线隔离 ( 保护) 器 (B)当其所在分支发生短路时 , 自动断开其分支 , 以保证 其他设备正常通信 。( 2) 隔离中继器 ( G)当通 信 距 离 超 过 2 km 时 , 可 使 用 该 设 备 再 延 长 2 km ,同时实现隔离器功能 。( 3) USB - XY ·CN 总线转换器U SB - X Y ·CN 总线转换器完成 U SB 信号到 X Y ·CN 总线接口信号的转换 , 并辅助实现自动登陆命令及事 件报警功能 。具有 4 路总线接口 , 可通过 U SB 命令完成 总线切 换 。有 关 内 容 请 参 见 ht tp :/ / www . sunri si ng2cn . co m ( 待续) 。( 收稿日期 :2007210215)XY ·CN 总线系统常用术语主站 : 使用总线主控电路 ( X Y100) 的总线集中控制 设备 ,控制整条总线的供电及通信过程 。从站 ( 节点) : 使用总线节点芯片 ( X Y001) 的分散控22007 年第 12 期85pap er mesnet . co m. cn (投稿专用)Microco nt roller s & Embedded Systems序号文章名称内 容1系统介绍及专用芯片在该系统中的应用(上)介绍 X Y ·CN总线系统2系统介绍及专用芯片在该系统中的应用(下)3M - BU S 与 X Y ·CN 性能比较 (上)通过比较说明 总线的技术优势4M - BU S 与 X Y ·CN 性能比较 (下)5基于 XY ·CN 总线的停车场自动泊车系统应用方法举例6U SB - X Y ·CN 总线转换器的设计USB 总线转换连接7总线系统防雷设计应用问题探索8二级总线系统及通道控制器的实现大系统的应用9X Y ·CN 总线节电方法设计要点10总线电压的选取及电源系统的设计11总线智能隔离器 、中继器的设计实现标准设备的设计12三线制大功率 X Y ·CN 总线的设计特殊应用 控制器设计X Y ·CN 总线控制器的结构参考13基于 X Y ·CN 总线的医院呼叫系统应用方法举例