Способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК H04B3/56 G08C19/04 

Предлагаемое изобретение относится преимущественно к технике дистанционного обмена информацией с датчиками физических параметров в информационно-измерительных системах по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока.

Известен приемопередатчик интерфейса аналоговая токовая петля с питанием от токовой петли, содержащий последовательно включенные в токовую петлю приемную часть, параллельный стабилизатор, подключенный к выходу датчика тока, передающую часть и управляющий микроконтроллер с внешним питанием или питанием от параллельного стабилизатора (патент RU 2546576, С2, МПК H04L 29/00, G08C 19/02, опубл. 10.12.2013 г.). Приемная часть приемопередатчика состоит из датчика тока, подключенного к аналого-цифровому преобразователю; передающая часть состоит из источника тока, подключенного к выходу параллельного стабилизатора, и цифро-аналогового преобразователя, управляющего источником тока.

Недостатком указанного приемопередатчика являются высокая сложность устройства и дополнительные погрешности передачи информации, возникающая из-за аналогового способа передачи.

Наиболее близким по технической сущности является способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока и устройство для его осуществления (патент RU 2474958, С1, МПК Н04В 3/00, опубл. 10.02.2013 г.), основанный на осуществлении приема/передачи цифровой информации с использованием аналоговой модуляции. В процессе обмена информацией в передатчике устройства модулируют низкочастотную несущую информационным цифровым сигналом, суммируют полученный радиосигнал с напряжением питания и передают по совмещенной линии связи и питания постоянного тока, а в приемнике выделяют информационный радиосигнал из суммарного напряжения на линии, восстанавливают исходный цифровой информационный сигнал, декодируют его с помощью контроллера и формируют ответный информационный сигнал для передатчика.

Недостатком известного способа является низкая надежность передачи данных, обусловленная большим количеством элементов устройства передачи-приема информации, и недостаточной помехозащищенностью линии передачи информации.

Целью изобретения является повышение надежности передачи информации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока, передача и прием цифровой информации основаны на дискретном двухуровневом изменении передатчиком величины тока, протекающего по токовой петле, и измерении приемником величины тока. Токовую петлю формируют источником питания устройства сбора данных, регулируемыми резисторами передатчиков, датчиками тока приемников и датчиком физического параметра. Двухуровневое изменение величины тока в токовой петле осуществляют за счет изменения сопротивления токовой петли регулируемым резистором передатчика, а дискретным датчиком тока приемника определяют уровень тока и идентифицируют принимаемую цифровую информацию.

Поставленная цель достигается также тем, что, согласно предложенному изобретению, устройство для приема-передачи информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока содержит передатчики, выполненные в виде регулируемых резисторов с двумя уровнями сопротивления, приемники, выполненные в виде дискретных двухуровневых датчиков тока, контроллеры устройств, выполненные на микроконтроллерах устройства сбора данных и датчика физического параметра, источник питания устройства сбора данных. При этом источник питания, датчики тока, регулируемые резисторы и датчик физического параметра соединены последовательно в цифровую токовую петлю, а управляющие входы регулируемых резисторов подключены к выходам последовательных данных Тх соответствующих контроллеров, выходы датчиков тока подключены к входам последовательных данных Rx соответствующих контроллеров, что позволяет контроллеру передатчика выдавать по выходу Тх передаваемую информацию, а контроллеру приемника по входу Rx принимать информацию, идентифицировать ее и формировать при необходимости ответный информационный сигнал.

На фиг. 1 представлена схема технической реализации способа, где 1 и 2 - токовые приемо-передатчики устройства сбора данных и датчика соответственно, 3 - источник питания устройства сбора данных, 4 - регулируемые резисторы, 5 - датчики тока, 6 - датчик физического параметра, 7 - контроллер устройства сбора данных, 8 - двухпроводная совмещенная линия связи и питания постоянного тока.

Регулируемый резистор 4 реализован на транзисторном ключе, эмиттер и коллектор или сток и исток которого зашунтирован токозадающим резистором. Регулируемый резистор 4 имеет два состояния в зависимости от величины своего сопротивления. В одном состоянии транзисторный ключ регулируемого резистора 4 открыт, по токовой петле 8 протекает высокий уровень тока, равный току потребления датчиком физического параметра 6, что соответствует передаче сигнала «логическая 1». В другом состоянии транзисторный ключ регулируемого резистора 4 закрыт, и по токовой петле 8 протекает низкий уровень тока, его величина определяется сопротивлением токозадающего резистора регулируемого резистора 4, что соответствует передаче сигнала «логический 0». Для упрощения схемотехники датчика тока и обеспечения достоверной идентификации уровня тока в токовой петле указанные уровни тока должны отличаться в 3…4 раза.

Датчик тока сформирован на транзисторном ключе, между эмиттером и базой которого включен резистор, задающий порог переключения датчика.

Передачу информации осуществляют в последовательном формате с выхода Тх контроллера передатчика на вход Rx контроллера приемника следующим образом. При отсутствии передачи и при передаче сигнала «логическая 1» выходы Тх контроллеров передатчика и приемника имеют высокий потенциал, транзисторные ключи регулируемых резисторов 4 открыты, от источника питания 3 в датчик 6 по линии связи 8 протекает высокий уровень тока, транзисторы датчиков тока 5 и передатчика и приемника открываются, и выходы Rx датчиков тока 5 устанавливаются в высокое состояние, что соответствует уровню сигнала «логическая 1». При передаче сигнала «логический 0» контроллер передатчика устройства формирует на выходе Тх низкий уровень, транзисторный ключ регулируемого сопротивления 4 передатчика закрывается, по токовой петле начинает протекать низкий уровень тока. Как следствие, транзисторы датчиков тока 5 и передатчика и приемника закрываются, и выходы датчиков тока 5 устанавливаются в низкое состояние, что соответствует уровню сигнала «логический 0». Получив по входу Rx данные, контроллер приемника идентифицирует и отрабатывает их.

Предложенный способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока позволяет применить для передачи помехозащищенную линию связи «токовая петля», реализовать приемо-передающую апаратуру с высокой функциональной надежностью, обусловленной минимализацией приемо-передающей аппаратуры, что в совокупности обеспечивает высокую надежность передачи информации.

Изобретение относится к технике дистанционного обмена информацией с датчиками физических параметров в информационно-измерительных системах по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока. Техническим результатом изобретения является повышение надежности передачи информации. Способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока состоит в том, что передача и прием цифровой информации основаны на дискретном двухуровневом изменении передатчиком величины протекающего тока по токовой петле и измерении величины тока приемником. Токовая петля сформирована источником питания (3) устройства сбора данных, регулируемыми резисторами (4), датчиками тока (5) и датчиком физического параметра (6), Двухуровневое изменение величины тока в токовой петле передатчиком осуществляют за счет изменения сопротивления токовой петли, а в приемнике датчиком тока определяют уровень тока и идентифицируют принимаемую цифровую информацию. Устройство для приема-передачи информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока также содержит контроллеры устройств (7). 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока, отличающийся тем, что передача и прием цифровой информации основаны на дискретном двухуровневом изменении передатчиком величины протекающего тока по токовой петле, сформированной источником питания устройства сбора данных, регулируемыми резисторами, датчиками тока и датчиком физического параметра, и измерении величины тока приемником и заключаются в том, что в передатчике регулируемым резистором изменяют сопротивление токовой петли при передаче цифровой информации и тем самым задают высокий или низкий уровень тока в токовой петле, а в приемнике датчиком тока определяют уровень тока и идентифицируют принимаемую цифровую информацию.

2. Устройство для приема-передачи информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока, содержащее передатчики, приемники, контроллеры устройств, отличающееся тем, что передатчики выполнены в виде регулируемых резисторов, приемники выполнены в виде датчиков тока, контроллеры устройств выполнены на микроконтроллерах устройства сбора данных и датчика физического параметра, выполняющих идентификацию принимаемой информации по сигналам датчиков тока и формирование ответного информационного сигнала, причем источник питания, датчики тока, регулируемые резисторы и датчик физического параметра соединены последовательно в цифровую токовую петлю, управляющие входы регулируемых резисторов подключены к выходам последовательных данных соответствующих контроллеров, а выходы датчиков тока подключены к входам последовательных данных соответствующих контроллеров.