樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種煤礦井下用網(wǎng)絡(luò)通信總線系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)絡(luò)通信總線技術(shù)應(yīng)用廣泛，其主要缺點(diǎn)是通信距離短通常不超過(guò)10M，雖然有速率自適應(yīng)長(zhǎng)距離總線，但都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信不能任意樹(shù)狀連接，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔仨氁揽坑性垂?jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并且每一個(gè)傳輸單元電纜阻抗必須匹配，否則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的信號(hào)反射造成誤碼，這對(duì)煤礦井下應(yīng)用條件過(guò)于苛刻；現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有無(wú)中繼長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)總線，因此，制約了煤礦井下通信的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可任意樹(shù)狀鏈接、且不需要阻抗匹配、不需要對(duì)準(zhǔn)極性連接，能夠抗共模干擾無(wú)中繼長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)的樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)，包括位于地面的井上通信系統(tǒng)和位于地下的井下通信系統(tǒng)，井上通信系統(tǒng)包括通過(guò)信號(hào)變換電路與上位計(jì)算機(jī)連接的井上單片機(jī)，井上單片機(jī)通過(guò)井上通信芯片連接一個(gè)通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路，上位計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)變換電路將TTL呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙向不歸零碼，井下通信系統(tǒng)包括信號(hào)接收電路和信號(hào)回答電路，信號(hào)接收電路與一個(gè)信號(hào)極性檢測(cè)電路和一個(gè)極性控制電路連接，信號(hào)極性檢測(cè)電路與極性控制電路之間進(jìn)行信息傳輸，信號(hào)接收電路還通過(guò)井下通信芯片與一個(gè)井下單片機(jī)連接，所述井下單片機(jī)與一個(gè)數(shù)據(jù)采集變換電路連接并能夠通過(guò)數(shù)據(jù)采集變換電路采集井下數(shù)據(jù)信息，所述井下通信芯片與信號(hào)回答電路連接并能夠向信號(hào)回答電路傳輸信息，信號(hào)接收電路與井下通信芯片之間連接相位檢測(cè)控制電路，相位檢測(cè)控制電路通過(guò)通信時(shí)鐘連接井下通信芯片，所述通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)接收電路和信號(hào)回答電路連接并能夠進(jìn)行信息傳輸；井下單片還連接控制輸出電路和顯示電路。
[0005]所述信號(hào)變換電路、井上單片機(jī)以及井上通信芯片由直流電源供電。
[0006]所述井上單片機(jī)連接有狀態(tài)指示單元，通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路連接有井上本安電源。
[0007]所述信號(hào)回答電路連接井下本安電源。
[0008]所述通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路包括兩只互為反向電壓的比較器IC9A和比較器IC9B以及連接井上通信芯片串行數(shù)據(jù)發(fā)送端的端口 C和連接井上通信芯片串行數(shù)據(jù)接收端的端口 SI，所述端口 C的通信線路上連接光電耦合器1G3，所述端口 SI的通信線路上連接光電耦合器1G2，所述比較器IC9A的I腳同時(shí)連接晶體管1BG4和晶體管1BG5的兩個(gè)一號(hào)管腳，所述比較器IC9B的7腳同時(shí)連接晶體管1BG6和晶體管1BG7的兩個(gè)一號(hào)管腳，所述晶體管1BG5和晶體管1BG7的兩個(gè)二號(hào)管腳通過(guò)一號(hào)支路連接，晶體管1BG4和晶體管1BG6的兩個(gè)二號(hào)管腳通過(guò)二號(hào)支路連接，所述比較器IC9A的2腳、比較器IC9B的5腳之間通過(guò)電阻1R24連接在一號(hào)支路上，比較器IC9A的2腳、比較器IC9B的5腳之間還通過(guò)電阻1R23連接在二號(hào)支路上，所述比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間通過(guò)電阻1R26連接在一號(hào)支路上，所述比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間通過(guò)電阻1R25連接在二號(hào)支路上，所述光電耦合器1G3的受光端一端連接在比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間，另外一端連接在一號(hào)支路上，所述晶體管1BG6和晶體管1BG7的三號(hào)管腳共同連接通信接口 CRl的I腳，所述光電耦合器1G2的一端通過(guò)電阻1R21連接在晶體管1BG4和晶體管1BG5的三號(hào)管腳之間，光電耦合器1G2的另外一端通過(guò)三號(hào)支路連接CRl的2腳，所述三號(hào)支路上并聯(lián)有電阻1R22UD2以及相互串聯(lián)的IDl和1D5，所述三號(hào)支路還連接晶體管1BG4、晶體管1BG5的三號(hào)管腳，晶體管1BG6、晶體管1BG7的三號(hào)管腳通過(guò)1DLY2連接三號(hào)支路。
[0009]采用上述的結(jié)構(gòu)后，通過(guò)信號(hào)變換電路將TTL呼叫信號(hào)轉(zhuǎn)換為+/-30V雙向不歸零碼，同時(shí)將回答信號(hào)轉(zhuǎn)換為阻抗高/低特征，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程信號(hào)傳遞；分站中的信號(hào)極性控制電路可以將隨機(jī)連接之總線控制到正確狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)使用普通2芯線電纜實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、無(wú)極性連接的單片機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)通信，由此實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離進(jìn)行通信傳輸，可以任意樹(shù)狀連接，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳恍枰揽坑性垂?jié)點(diǎn)擴(kuò)展，并且每一個(gè)傳輸單元不需要電纜阻抗匹配，不需要對(duì)準(zhǔn)極性連接，能夠抗共模干擾無(wú)中繼長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)原理框圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型中通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型中信號(hào)接收回答電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本實(shí)用新型的樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]如圖所示，本實(shí)用新型的樹(shù)狀遠(yuǎn)程通信總線系統(tǒng)，包括位于地面的井上通信系統(tǒng)和位于地下的井下通信系統(tǒng)，井上通信系統(tǒng)包括通過(guò)信號(hào)變換電路與上位計(jì)算機(jī)連接的井上單片機(jī)，井上單片機(jī)能夠通過(guò)信號(hào)變換電路與上位計(jì)算機(jī)連接之間互相進(jìn)行傳輸，井上單片機(jī)通過(guò)井上通信芯片連接一個(gè)通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路，所述井下通信系統(tǒng)包括信號(hào)接收電路和信號(hào)回答電路，信號(hào)接收電路與一個(gè)信號(hào)極性檢測(cè)電路和一個(gè)極性控制電路連接，信號(hào)極性檢測(cè)電路與極性控制電路之間進(jìn)行信息傳輸，信號(hào)接收電路還通過(guò)井下通信芯片與一個(gè)井下單片機(jī)連接，信號(hào)接收電路能夠通過(guò)井下通信芯片與井下單片機(jī)之間互相進(jìn)行信息傳輸，井下單片機(jī)與一個(gè)數(shù)據(jù)采集變換電路連接并能夠通過(guò)數(shù)據(jù)采集變換電路采集井下數(shù)據(jù)信息，井下通信芯片與信號(hào)回答電路連接并能夠向信號(hào)回答電路傳輸信息，信號(hào)接收電路與井下通信芯片之間連接相位檢測(cè)控制電路，相位檢測(cè)控制電路通過(guò)通信時(shí)鐘連接井下通信芯片，通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路與信號(hào)接收電路和信號(hào)回答電路連接并能夠進(jìn)行信息傳輸；井下單片還連接控制輸出電路和顯示電路；其中，信號(hào)變換電路、井上單片機(jī)以及井上通信芯片由直流電源供電；井上單片機(jī)連接有狀態(tài)指示單元，通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路連接有井上本安電源，信號(hào)回答電路連接井下本安電源。
[0015]需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型中所說(shuō)的通信呼叫接收驅(qū)動(dòng)電路包括兩只互為反向電壓的比較器IC9A和比較器IC9B以及連接井上通信芯片串行數(shù)據(jù)發(fā)送端的端口 C和連接井上通信芯片串行數(shù)據(jù)接收端的端口 SI，所述端口 C的通信線路上連接光電耦合器1G3，所述端口 SI的通信線路上連接光電耦合器1G2，所述比較器IC9A的I腳同時(shí)連接晶體管1BG4和晶體管1BG5的兩個(gè)一號(hào)管腳，比較器IC9B的7腳同時(shí)連接晶體管1BG6和晶體管1BG7的兩個(gè)一號(hào)管腳，所述晶體管1BG5和晶體管1BG7的兩個(gè)二號(hào)管腳通過(guò)一號(hào)支路連接，晶體管1BG4和晶體管1BG6的兩個(gè)二號(hào)管腳通過(guò)二號(hào)支路連接，所述比較器IC9A的2腳、比較器IC9B的5腳之間通過(guò)電阻1R24連接在一號(hào)支路上，比較器IC9A的2腳、比較器IC9B的5腳之間還通過(guò)電阻1R23連接在二號(hào)支路上，所述比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間通過(guò)電阻1R26連接在一號(hào)支路上，所述比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間通過(guò)電阻1R25連接在二號(hào)支路上，所述光電耦合器1G3的受光端一端連接在比較器IC9A的3腳、比較器IC9B的6之間，另外一端連接在一號(hào)支路上，所述晶體管1BG6和晶體管1BG7的三號(hào)管腳共同連接通信接口 CRl的I腳，所述光電耦合器1G2的一端通過(guò)電阻1R21連接在晶體管1BG4和晶體管1BG5的三號(hào)管腳之間，光電耦合器1G2的另外一端通過(guò)三號(hào)支路連接CRl的2腳，所述三號(hào)支路上并聯(lián)有電阻1R22UD2以及相互串聯(lián)的IDl和1D5，所述三號(hào)支路還連接晶體管1BG4、晶體管1BG5的三號(hào)管腳，晶體管1BG6、晶體管1BG7的三號(hào)管腳通過(guò)1DLY2連接三號(hào)支路。
[0016]通過(guò)附圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型中，下行信號(hào)采用高壓橋路隔離驅(qū)動(dòng)、正負(fù)差分30V不歸零碼，信號(hào)擺動(dòng)峰值高達(dá)60Vpp，上行信號(hào)采用無(wú)源阻抗探測(cè)(通/斷狀態(tài)碼元)，網(wǎng)絡(luò)通信模式主從應(yīng)答方式即:有源正負(fù)差分30V下行呼叫，無(wú)源群路阻抗?fàn)顟B(tài)上行回答。
[0017]下行信號(hào)能源取自儀表用30V DC/DC隔離變換電源，具有200mA的驅(qū)動(dòng)能力(井下防爆本質(zhì)安全參數(shù)限制，地面可以做到600mA)，此懸浮電源供給雙橋路長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)20公里內(nèi)64臺(tái)分站的無(wú)中繼網(wǎng)絡(luò)，接口芯片與橋路驅(qū)動(dòng)器用高速光電耦合器隔離，將信號(hào)線路與計(jì)算機(jī)主板完全絕緣隔離使之具有1500V以上的共模抑制能力。
[0018]上行信號(hào)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)群組，每個(gè)終端均無(wú)需輔助電源設(shè)備，回答信號(hào)以阻抗導(dǎo)通、截止特征向中心站傳導(dǎo)，每個(gè)終端等效并聯(lián)在一起的若干個(gè)光電耦合器，在回答期間發(fā)碼休止，總線處于空號(hào)直流電位狀態(tài)，此電位為每一個(gè)終端提供探測(cè)電源，任意終端受到光電激勵(lì)都會(huì)在總線中產(chǎn)生電流，總站檢測(cè)此電流的有無(wú)狀態(tài)既還原了終端的回答信息，在總線中每個(gè)時(shí)間片只允許單一終端使用，表達(dá)時(shí)序由中心站統(tǒng)一指揮。由于采用了無(wú)源光電隔離，使終端設(shè)備與通信總線實(shí)現(xiàn)了電器完全隔離并具有耐受1500V以上的共模抑制能力。
[0019]本實(shí)用新型的總線系統(tǒng)不僅可以隨意樹(shù)狀擴(kuò)展，也沒(méi)有對(duì)電纜阻抗匹配的嚴(yán)苛要求，僅僅在接口電流環(huán)分離接收處有一個(gè)漏電流平衡電阻，用以抵消井下潮濕環(huán)境下長(zhǎng)距離電纜的漏電流干擾，此電阻50歐與電纜阻抗相當(dāng)，無(wú)需再調(diào)整。
[0020]驅(qū)動(dòng)橋路采用類似BTL功放驅(qū)動(dòng)，采用運(yùn)算放大器激勵(lì)二只互補(bǔ)晶體管，使之具有瞬間30V/0.5A的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)橋路前端采用自行設(shè)計(jì)的光電耦合器倒相電路，用以做5V電源與30V懸浮電源隔離之用，具有高速擺動(dòng)特性，能有效減少交越失真和開(kāi)關(guān)切換損耗；設(shè)置的控制電路，能自動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)總線的接入極性，通過(guò)光電隔離開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換信號(hào)總線的接入極性并自動(dòng)記憶，在基帶雙向總線上實(shí)現(xiàn)了二線制無(wú)極性連接，即使在運(yùn)行期間總線發(fā)生了極性反轉(zhuǎn)，全系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)跟隨改變，克服了用電纜芯線顏色來(lái)區(qū)分接線極性的麻煩，使用者如同照明線接電燈一樣簡(jiǎn)捷，當(dāng)儀器掉電自動(dòng)對(duì)極電路失效后，儀器內(nèi)的電子開(kāi)關(guān)自動(dòng)切斷與總線的電氣連接，不會(huì)對(duì)總線阻抗產(chǎn)生任何影響。
[0021]由于系統(tǒng)中終端通信線路的二根導(dǎo)線隨意連接后都會(huì)有50%的錯(cuò)誤概率出現(xiàn)，本技術(shù)根據(jù)信息流中通信協(xié)議呼叫碼的特征自動(dòng)判斷并調(diào)整自身接入極性，同步通信的每一場(chǎng)間隔期間會(huì)插入一個(gè)固定的回答周期，此