专利名称：太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法
技术领域：
本发明涉及数字信号传输领域，具体涉及一种太阳能采集阵列控制器之间的数字
信号传输方法。
背景技术：
跟踪式太阳能采集一般需要使用多个独立的聚光采集器组成阵列，每个独立的采 集器由一个电子控制器控制对太阳的跟踪。所有的控制器都联接到一个主控制器，构成主 控制器的子控制器阵。主控制器负责子控制器的供电并对其发出指令，同时检测子控制器 的工作状态。因此，在主控制器和子控制器之间需要有数字信号传输通道。
为了保证各控制器之间的信号传输，现有常用的办法是在主控制器和各子控制器 之间除了电源线之外再联接一根或多根信号线。这个办法的缺陷是，太阳能采集器之间要 布设大量的连线，不仅增加成本，也增加了系统的故障率。改进的办法是不设专门的信号 线，而是利用控制器之间的电源线传输信号。为此已知的作法是在电源线上叠加高频载波， 通过对高频载波的调制传输数字信号。但是这样作在每个控制器内都要增加调制解调电 路，同样提高成本和增加故障率，而且由于太阳能采集阵列占地较广，控制器之间往往相距 较远，高频载波不可避免地会引入干扰从而降低信号传输的可靠性。 太阳能采集系统的控制器之间信号传输的另一个问题是子控制器的地址设定。在 所有控制器共享一条信号线路的情况下，为了获得主控制器对各个子控制器的分别控制， 并且为了避免多个子控制器同时对主控制器的指令发出回答而造成冲突，每个子控制器必 须设有一个唯一的信号地址。现有的解决方案是通过硬件或程序设定的办法在每个子控制 器的生产或安装时为其设定地址。但这些方案都有一系列共同的缺陷增加成本，降低可靠 性，增加安装和维护的复杂性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，利 用子控制器的电源线路传输数字信号。 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下太阳能采集阵列控制器之间的数字 信号传输方法，太阳能采集阵列控制器包括主控制器和一个或多个子控制器，其特征在于 将一个主控制器和一个或多个子控制器并联于一条双股总线上；主控制器和每个子控制器 都可以向上驱动总线；当总线用于子控制器的直流电源供电时主控制器将总线电平驱动至 c值并予以维持；当总线用于主控制器向子控制器发出指令时主控制器驱动总线使之发出 电平由b到C的调宽脉冲信号；当总线用于子控制器向主控制器发出回答信号时主控制器 停止驱动总线，由发出回答信号的子控制器驱动总线使之发出电平由a到b的调宽脉冲信 号，其中a < b < c。 本发明的优点在于利用在电源线路上叠加反向多电平调宽脉冲，做到用一条双股 总线同时传送电源和信号，成本低廉，工作可靠，并可以支持一种子控制器的自动信号地址
4设定办法。
图1是本发明的原理图。
图2是本发明的主控制器总线输出输入的一个实例电原理图。
图3是本发明的子控制器总线输出输入的一个实例电原理图
图4是本发明的总线电平波形实例。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。 附图中1为总线，2为主控制器，3为子控制器，4为主控制器微控制芯片，5为子 控制器微控制芯片，6为主控制器微控制芯片至总线c电平的第一信号输出驱动接口，7为 主控制器微控制芯片至总线b电平的第二信号输出驱动接口，8为主控制器微控制芯片的 数字信号采样接口 ， 9为子控制器微控制芯片的数字信号输出接口 ， 10为子控制器微控制 芯片的数字信号第一采样接口 ， 11为子控制器微控制芯片的数字信号第二采样接口 ， 12为 子控制器的电源电路中的大容量滤波电容器，13为子控制器的电源电路中防止电容器向总 线反向放电的防放电二极管，14为主控制器输出的指令地址字节，实例中字节的值为5 ;15 为主控制器输出的指令内容字节，实例中字节的值为36 ;16为子控制器输出的回答字节， 实例中字节的值为1 ;17和18为三端稳压元件。 太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，太阳能采集阵列控制器包括主 控制器和{一个或}多个子控制器，其特征在于将一个主控制器和一个或多个子控制器并 联于一条双股总线上；每个控制器都可以向上驱动总线；总线上定义三个电平值，分别为 a， b， c，满足条件a < b < c ;当总线用于子控制器的直流电源供电时主控制器将总线电平 驱动至c值并予以维持；当总线用于主控制器向子控制器发出指令时主控制器驱动总线使 之发出电平由b到c的调宽脉冲信号；当总线用于子控制器向主控制器发出回答信号时主 控制器停止驱动总线，由发出回答信号的子控制器驱动总线使之发出电平由a到b的调宽 脉冲信号。其中该双股总线中一股为低电平总线-，另一股为高电平总线+。
根据本发明的一个具体实施方式
，a取为0V(可在0V到0. 4V之间变动)，b取为 5V(可在2. 4V到5. 5V之间变动)，符合TTL逻辑电路的标准，因此控制器中的微控制芯片 可直接读出或驱动电平范围为由a到b的调宽脉冲。c取为13V(可在IIV到14V之间变 动)，适合为子控制器中额定电压为12V的步进电机供电。 主控制器包括主控制器微控制芯片4，该主控制器微控制芯片包括至总线c电平 的第一信号输出驱动接口 6，至总线b电平的第二信号输出驱动接口 7，数字信号采样接口 8，该数字信号采样接口 8与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5 的一端连接，第五电阻R5的另一端与主控制器的地电平连接，第二信号输出驱动接口 7通 过二极管D1与总线1的高电平总线+连接，第一信号输出驱动接口 6通过第三电阻R3与 三极管T1的基极连接，三极管T1的发射极与总线1的低电平总线-连接，三极管Tl的集 电极通过第二电阻R2和第一电阻R1与主控制器的13V电压连接，第二电阻R2和第一电阻 Rl的连接点与场效应管T2的栅极连接，场效应管T2的漏极与第五电阻R5的一端连接，场效应管T2的源极与主控制器的13V电压连接。 当微控制器4的第一信号输出驱动接口 6为高电平时，三极管T1导通并驱动场效 应管T2导通，使总线电平升到c值。 当第一信号输出驱动接口 6为低电平时，场效应管T2关闭。此时若第二信号输出 驱动接口 7为高电平，该高电平直接通过二极管Dl将总线驱动至b电平。二极管D1用以 防止反向电流损坏第二信号输出驱动接口 。 总线上电平在a和b之间的变化通过第四电阻R4送往数字信号采样接口 8检出。 采样接口与地线间并联一电容器Cl滤除干扰。 子控制器包括子控制器微控制芯片5，该子控制器微控制芯片5包括数字信号输 出接口9，数字信号第一采样接口 IO，数字信号第二采样接口 11，数字信号输出接口9通过 二极管D2与总线1的高电平总线+连接，数字信号第一采样接口 10与第六电阻R12的一 端连接，第六电阻R12的另一端通过电容与总线1的高电平总线+连接，第六电阻1 12的另 一端还通过第八电阻R13与主控制器的5V电压连接，数字信号第二采样接口 11与第七电 阻R14的一端连接，第七电阻R14的另一端与总线1的高电平总线+连接。
总线1的高电平总线+通过一个二极管13与子控制器内部的电源电路正极连接， 该电源电路正极与低电平总线_之间设有大容量电容器12，低电平总线-与子控制器的地 电平连接；该电源电路正极同时通过一个三端稳压元件18输出5V电压给子控制器的微控 制芯片5供电。 在总线无信号传输时，总线的c电平值通过第八电阻R13在电容器C3上建立一个 偏压。该偏压使C3的下端电平在总线电平降至b值时即降为0。 C3的下端电平通过第六 电阻R12接入数字信号第一采样接口 10检出，因此该采样接口对总线电平在b和c之间的 变化敏感。 总线电平在a和b之间的变化由第七电阻R14松往数字信号第二采样接口 11检 出。 当主控制器停止驱动总线时，数字信号输出接口 9可通过二极管D2将总线电平驱 动至b值。二极管D2用以防止反向电流损坏数字信号输出接口 。 子控制器内部的电源电路上并联一个大容量电容器12，用以当电源电压短暂失落 时维持对子控制器的控制元件和电机供电，同时串联一个二极管13阻止电容器对总线放 电，如图3所示。每个子控制器在总线上设两个数字信号采样接口，其中第一采样接口 10 检测总线电压在b到c区间的变化，第二采样接口 11检测总线电压在a到b区间的变化。 主控制器设一个数字信号采样接口 8，检测总线电压在a到b区间的变化。
子控制器的第一采样接口接收来自主控制器的指令信号并予以解调；主控制器的 采样接口接收来自子控制器的回答信号并予以解调。子控制器的第二采样接口用以检测多 个子控制器同时发出回答信号的冲突情况。在发生冲突时，处于冲突状态的子控制器中有 一个可通过第二采样接口检测到冲突。 调宽脉冲的每次电平改变对应于指令或回答字节的一个比特，相邻两次电平改变 的间隔时间为脉冲宽度，它取决于对应比特的值。当该比特为0时对应的脉冲宽度设为30 微秒(可在20到40微秒间变动)，当该比特为1时对应的脉冲宽度设为90微秒(可在60 到120微秒间变动)。主控制器在发出每个字节之前先将总线电平降至b值并维持至少200微秒，以保证子控制器有足够的时间检出并作好字节的接收准备。主控制器在等待子控制 器的回答时先将总线电平降至a值并维持至少200微秒，子控制器在检出该总线状态后即 可驱动总线发出回答信号。 图4显示了一个实际的波形例子。在这个例子中，主控制器首先发出一个指令地 址字节(图中的14区间)。这里主控制器首先将总线电平降到b值并维持300微秒，作为 字节发送的准备阶段。准备阶段结束后，主控制器发出一个电平为c持续时间为30微秒的 预备脉冲。预备脉冲之后即为字节内容，这里每两次相邻的电平变化之间的间隔时间代表 一个比特，短间隔(30微秒)代表O，长间隔(90微秒)代表l。因此整个字节区域依次数 过为0 (b电平短间隔)，0 (c电平短间隔)，0 (b电平短间隔)，0 (c电平短间隔)，0 (b电平 短间隔)，l(c电平长间隔)，O(b电平短间隔)，l(c电平长间隔)。故传输的字节为二进制 00000101，或十进制的5。最后总线在经过一个b电平间隔后恢复供电状态(c电平)。这 最后一个间隔在本例中总为短间隔，但也可以用作奇偶校验位。 图4的15区间为主控制器随即发出的指令内容字节，16区间为对应的子控制器 发出的回答字节。根据同样的编码原则，15区间对应于二进制字节00100100，或十进制的 36。 16区间对应于二进制字节0000000l，或十进制的1。 在一个子控制器在输出回答信号的过程中，当该子控制器的输出电平为a值时控 制芯片的第二采样接口保持对总线电平的监测。若监测发现此时总线电平升至b值，则说 明总线上另有第二个子控制器正以同样的地址在对主控制器作出回答，并且回答的内容与 第一个子控制器有所不同，因此两者有所冲突。在这样的情况下，上述第一个子控制器立即 停止输出回答信号，并改变自身地址以避免进一步的冲突。对此上述第二个子控制器并不 知情，它将继续正常输出回答信号并继续占有原有地址。而主控制器收到的信号也与第二 个子控制器的输出完全吻合，并不含有冲突内容，因为在冲突被发现之前两个冲突的子控 制器输出的信号是一致的，而冲突被发现之后上述第一个子控制器已停止输出，所以不会 出现两个子控制器同时输出不同的信号的情况。对主控制器而言，它所收到的只是未改变 地址的子控制器的回答。主控制器可以将改变地址的子控制器看成是在一个新的地址出现 的一个新的子控制器。 在控制器生产时所有的子控制器都可以设定一个相同的初始地址。主控制器在系 统开始工作时向各子控制器发送一个与上述初始地址不同的备用地址。当某个子控制器发 现自己与另一子控制器地址冲突时，该子控制器将自身地址调整为备用地址。在运转过程 中，主控制器定期对备用地址发出查询指令。 一旦主控制器发现备用地址被某个子控制器 占据，即另选一空置的地址作为新的备用地址并通知所有的子控制器。如此，当系统工作了 一段时间以后，随着冲突的不断被发现和地址的不断调整，所有的子控制器都会自动获得 一个互不相同的地址。 在系统开始工作的一段时间内，可能出现多个子控制器共享一个地址的情况。这 对系统的工作只带来十分有限的影响，因为太阳能采集阵列的工作特性是，在绝大多数情 形下主控制器对子控制器的动作指令是全体一致的，即所有子控制器要么同时跟踪，要么 同时休息。主控制器需要对子控制器实施识别的主要情形是当主控制器向子控制器调集数 据时，而这时多个子控制器共享一个地址的情况只会导致子控制器的地址分离而不会导致 数据混乱。
权利要求
太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，太阳能采集阵列控制器包括主控制器和一个或多个子控制器，其特征在于将一个主控制器和一个或多个子控制器并联于一条双股总线上；每个控制器都可以向上驱动总线；当总线用于子控制器的直流电源供电时主控制器将总线电平驱动至c值并予以维持；当总线用于主控制器向子控制器发出指令时主控制器驱动总线使之发出电平由b到c的调宽脉冲信号；当总线用于子控制器向主控制器发出回答信号时主控制器停止驱动总线，由发出回答信号的子控制器驱动总线使之发出电平由a到b的调宽脉冲信号，其中a＜b＜c。
2. 如权利要求1所述的太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，其特征在于 a在0V到0. 4V之间，b在2. 4V到5. 5V之间，c在11V到14V之间。
3. 如权利要求1所述的太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，其特征在于 调宽脉冲信号的脉冲宽度对应于比特0为20至40微秒，对应于比特1为60至120微秒。
4. 如权利要求1所述的太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，其特征在于 在控制器生产时所有的子控制器都可以设定一个相同的初始地址，主控制器在系统开始工 作时向各子控制器发送一个与上述初始地址不同的备用地址，当某个子控制器发现自己与 另一子控制器地址冲突时，该子控制器将自身地址调整为备用地址，在运转过程中，主控制 器定期对备用地址发出查询指令，一旦主控制器发现备用地址被某个子控制器占据，即另 选一空置的地址作为新的备用地址并通知所有的子控制器；一个子控制器在输出回答信号 的过程中，当该子控制器的输出电平为a值时保持对总线电平的监测，若监测发现此时总 线电平升至b值，则说明总线上另有第二个子控制器正以同样的地址在对主控制器作出回 答，并且回答的内容与第一个子控制器有所不同，因此两者有所冲突，在这样的情况下，上 述第一个子控制器立即停止输出回答信号，并改变自身地址以避免进一步的冲突，上述第 二个子控制器将继续正常输出回答信号并继续占有原有地址。
5. —种太阳能采集阵列控制器，太阳能采集阵列控制器包括主控制器和一个或多个子 控制器，其特征在于将一个主控制器和一个或多个子控制器并联于一条双股总线上，该双 股总线中一股为低电平总线，另一股为高电平总线。
6. 如权利要求5所述的太阳能采集阵列控制器，其特征在于主控制器包括主控制器微 控制芯片，该主控制器微控制芯片包括第一信号输出驱动接口 ，第二信号输出驱动接口 ，数 字信号采样接口 ，该数字信号采样接口与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第五 电阻的一端连接，第五电阻的另一端与主控制器的地电平连接，第二信号输出驱动接口通 过二极管与总线的高电平总线连接，第一信号输出驱动接口通过第三电阻与三极管的基极 连接，三极管的发射极与总线的低电平总线一连接，三极管的集电极通过第二电阻和第一 电阻与主控制器的13V电压连接，第二电阻和第一电阻的连接点与场效应管的栅极连接， 场效应管的漏极与第五电阻的一端连接，场效应管的源极与主控制器的13V电压连接。
7. 如权利要求5所述的所述的太阳能采集阵列控制器，其特征在于子控制器包括子控 制器微控制芯片，该子控制器微控制芯片包括数字信号输出接口 ，数字信号第一采样接口 ， 数字信号第二采样接口 ，数字信号输出接口通过二极管与总线的高电平总线连接，数字信 号第一采样接口与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端通过电容与总线的高电平总线 连接，第六电阻的另一端还通过第八电阻与主控制器的5V电压连接，数字信号第二采样接 口与第七电阻的一端连接，第七电阻的另一端与总线的高电平总线连接。
8.如权利要求5所述的所述的太阳能采集阵列控制器，其特征在于总线的高电平总线 通过一个二极管与子控制器内部的电源电路正极连接，该电源电路正极与低电平总线之间 设有大容量电容器，低电平总线与子控制器的地电平连接；该电源电路正极同时通过一个 三端稳压元件输出5V电压给子控制器的微控制芯片供电。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能采集阵列控制器之间的数字信号传输方法，其特征在于将一个主控制器和一个或多个子控制器并联于一条双股总线上；总线上定义三个电平值，分别为a，b，c，满足条件a＜b＜c；当总线用于子控制器的直流电源供电时主控制器将总线电平驱动至c值并予以维持；当总线用于主控制器向子控制器发出指令时主控制器驱动总线使之发出电平由b到c的调宽脉冲信号；当总线用于子控制器向主控制器发出回答信号时主控制器停止驱动总线，由发出回答信号的子控制器驱动总线使之发出电平由a到b的调宽脉冲信号。本发明在电源线路上叠加反向多电平调宽脉冲，做到用一条双股总线同时传送电源和信号，成本低廉，工作可靠。
文档编号G08C19/32GK101738994SQ20081020332
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者肖刚 申请人:上海神曦太阳能科技有限公司