大金空調(diào)監(jiān)控協(xié)議轉(zhuǎn)換器

1、 大金空調(diào)監(jiān)控協(xié)議轉(zhuǎn)換器專利說明書 發(fā)明人 穆丹楓技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型提供了一種通用的RS485接口，支持MODBUS-RTU協(xié)議，可以方便的實(shí)現(xiàn)在大金空調(diào)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和兩臺(tái)空調(diào)之間實(shí)現(xiàn)輪流工作，適用于實(shí)現(xiàn)以下功能：1 通過MODBUS協(xié)議讀取大金空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。2 機(jī)房空調(diào)的時(shí)間輪值（雙機(jī)切換）。3 讀取大金空調(diào)的故障狀況，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警 背景技術(shù) 日本大金空調(diào)采用高效耐用的優(yōu)質(zhì)壓縮機(jī)和穩(wěn)定易控的電路系統(tǒng)，十分適合機(jī)房使用，大金空調(diào)提供了P端子應(yīng)用于外接監(jiān)控系統(tǒng)，可以多臺(tái)空調(diào)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，統(tǒng)一調(diào)度。機(jī)房空調(diào)運(yùn)行條件苛刻，24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)使壓縮機(jī)溫度會(huì)不斷攀升，遇到外機(jī)過臟或電壓偏低等情況都

2、會(huì)造成系統(tǒng)故障，為解決此問題，讓兩臺(tái)空調(diào)輪流工作是合適的解決辦法，一方面大大降低了故障幾率，另一方面，在一臺(tái)機(jī)出現(xiàn)故障的情況下可及時(shí)轉(zhuǎn)換到另一臺(tái)運(yùn)行，特別適應(yīng)于無(wú)人值守的情況。因大金空調(diào)采用日本獨(dú)有的數(shù)據(jù)通信傳輸協(xié)議Homebus，和國(guó)內(nèi)常見的RS485傳輸協(xié)議并不兼容，限制了大金空調(diào)在遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能控制方面的應(yīng)用。為解決此問題，我設(shè)計(jì)這款智能控制器，利用兩條無(wú)極性的數(shù)據(jù)線從大金空調(diào)P端子將空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，傳輸?shù)街靼暹M(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和執(zhí)行，轉(zhuǎn)換后的協(xié)議采用RS485信號(hào)傳輸，供上位機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)和監(jiān)控。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，利用兩條無(wú)極性的數(shù)據(jù)線從大金空調(diào)P端子將空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)采

3、集，轉(zhuǎn)換為RS485接口輸出，轉(zhuǎn)換后的通信協(xié)議為MODBUS-RTU.本實(shí)用新型是這樣的，先利用HBS解碼電路對(duì)空調(diào)發(fā)出的HBS信號(hào)進(jìn)行解碼，用單片機(jī)的程序?qū)幋a進(jìn)行分析，然后將空調(diào)機(jī)的開關(guān)和溫度代碼寫入存儲(chǔ)器進(jìn)行記憶；控制器外接485驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)CPU運(yùn)算后，向外輸出MODBUS協(xié)議格式的RS485信號(hào)。本設(shè)備還配有熱敏電阻，不停對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行判斷，并顯示在數(shù)碼管上?？刂破饔邪醇~輸入設(shè)定溫度和切換時(shí)間，當(dāng)控制器工作時(shí)，中央控制器CPU對(duì)通信傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行綜合判斷，發(fā)出控制空調(diào)開關(guān)機(jī)等指令，系統(tǒng)也會(huì)把空調(diào)的運(yùn)行狀況和故障情況實(shí)時(shí)傳遞到485端口，供上位機(jī)查詢。這種切換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單片機(jī)程序具有

4、自適應(yīng)性，能很好的監(jiān)控大金空調(diào)，通用性強(qiáng)，有利于應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。附圖說明圖1是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)的電原理圖。 具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。如附圖所示，本實(shí)用新型由中央控制器和外圍電路組成，其核心部分是單片機(jī)內(nèi)的處理程序，單片機(jī)型號(hào)為PIC18F4620，其程序采用C語(yǔ)言編寫，分為HBS解碼編碼分析子程序，485驅(qū)動(dòng)子程序，溫度采集子程序，按鍵輸入子程序，數(shù)碼管顯示子程序，數(shù)據(jù)處理主程序。各子程序由主程序調(diào)用和處理。工作時(shí)，先要解析HBS編碼，用無(wú)極性的二芯通信線從大金空調(diào)的通信接口采集HBS信號(hào)，將其解碼后分析出空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)，此

5、數(shù)據(jù)經(jīng)過CPU處理，轉(zhuǎn)化為485格式的通信信號(hào)，經(jīng)485驅(qū)動(dòng)電路輸出到485接口的A和B端子。設(shè)置的參數(shù)信息經(jīng)鍵盤電路輸入到MCU，調(diào)用存儲(chǔ)程序，通過IIC總線電路，將編碼數(shù)據(jù)存入鐵電存儲(chǔ)芯片24C64內(nèi)。溫度采集電路通過熱敏電阻RT測(cè)量溫度變化，溫度采集電路把電阻變化轉(zhuǎn)化為電平變化，輸送到單片機(jī)RA0端口進(jìn)行處理，形成環(huán)境溫度信號(hào)T1。正常工作時(shí)，單片機(jī)主程序不斷采集HBS信號(hào)，轉(zhuǎn)化為RS485信號(hào)進(jìn)行輸出，同時(shí)把RS485控制信號(hào)經(jīng)CPU處理后，轉(zhuǎn)化為HBS信號(hào)傳遞到空調(diào)，控制空調(diào)的工作。該控制器的外型尺寸為129*79*30MM，外接5V電源，可以很方便的安裝在空調(diào)機(jī)房。 圖1 結(jié)構(gòu)示意

6、圖 圖2 電原理圖 工作原理詳細(xì)說明一 協(xié)議轉(zhuǎn)換器的原理框圖如下:二 工作原理及開發(fā)說明：1. HomeBusSystemHBs的全稱是家庭總線系統(tǒng)(HomeBusSystem)。合會(huì)/無(wú)線工程電子協(xié)會(huì)HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)于1997年制定會(huì)的支持25。HBs的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如1-6所示。 HBS以雙絞線和同軸電纜為通訊介質(zhì)，前者用于傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，后者用于傳輸圖像等視頻信號(hào)，介質(zhì)的最大長(zhǎng)度為Zoom。HBS采用了總線供電的方式，總線上既要提供工作電壓，又要傳遞控制信息。HBS有控制通道和信息通道之分，控制通道用于低速數(shù)據(jù)的傳輸，信息通道用于高速數(shù)據(jù)的傳輸?？刂仆ǖ雷疃嗫梢杂?4個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸

7、速率為9.6KbPs。HBs對(duì)開放系統(tǒng)互聯(lián)(051， opensystemIntereonneet)七層模型作了精簡(jiǎn)，由三層結(jié)構(gòu)組成，分別為物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，類似現(xiàn)場(chǎng)總線，。在介質(zhì)訪問子層，HBS采用帶碰撞檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)協(xié)議。信協(xié)議簡(jiǎn)化為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。家庭的電器設(shè)備通過HBS可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，構(gòu)成家庭網(wǎng)絡(luò)。該總線具有抗干擾性性強(qiáng)、響應(yīng)速度快、開發(fā)成本及風(fēng)險(xiǎn)較低的特點(diǎn)。2.RS-485 RS-485是隸屬于051模型物理層，電氣特性規(guī)定為2線

8、，半雙工，多點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)。用纜線兩端的電壓差值來(lái)表示傳遞信號(hào)，1極的電壓標(biāo)識(shí)為邏輯1，另一段標(biāo)識(shí)為邏輯0。兩端的電壓差最小為0.2V以上時(shí)有效，任何不大于12V或者不小于-7V的差值對(duì)接受端都被認(rèn)為是正確的。RS-485僅僅規(guī)定了接受端和發(fā)送端的電氣特性。它沒有規(guī)定或推薦任何數(shù)據(jù)協(xié)議。RS-485可以應(yīng)用于配置便宜的廣域網(wǎng)和采用單機(jī)發(fā)送，多機(jī)接受通信鏈接。RS-485使用雙絞線進(jìn)行高電壓差分平衡傳輸，它可以進(jìn)行大面積長(zhǎng)距離傳輸(超過4000碼，1200米）。 RS-485的發(fā)送端需要設(shè)置為發(fā)送模式，這使得RS-485可以使用雙線模式實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信RS-485推薦使用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，線型

9、，總線型，不能是星型、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。理想情況下RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。沒有特性阻抗的話，當(dāng)所有的設(shè)備都靜止或者沒有能量的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生噪聲，而且線移需要雙端的電壓差。之所以不能使用星型或者環(huán)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是由于這些結(jié)構(gòu)有不必要的反映，過低或者過高的終接電阻可以產(chǎn)生電磁干擾。2.七層協(xié)議體系的參考模型 OSI參考模型(OSI/RM，Open system Interconnection Reference Model)的全稱是開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，它是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織150提出的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)模型。這個(gè)模型把網(wǎng)絡(luò)通信的工作分為7層l27。如圖2-1所示。 1至

10、4層被認(rèn)為是低層，這些層與數(shù)據(jù)移動(dòng)密切相關(guān)。5至7層是高層，包含應(yīng)用程序級(jí)的數(shù)據(jù)。每一層負(fù)責(zé)一項(xiàng)具體的工作，然后把數(shù)據(jù)傳送到下一層。每一層負(fù)責(zé)一項(xiàng)具體的工作，然后把數(shù)據(jù)傳送到下一層。由低到高具體分為:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。 3 協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)分析與軟、硬件構(gòu)思3.1協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的實(shí)現(xiàn)分析基于上述內(nèi)容，若要實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的功能，即在RS-485總線和HBS總線之間實(shí)現(xiàn)通信的互聯(lián)，必須要解決以下兩個(gè)問題:(l)兩種不同規(guī)格現(xiàn)場(chǎng)總線形式的物理層兼容;(2)兩種不同通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層兼容。如果解決了以上兩個(gè)問題，那么從理論上，實(shí)現(xiàn)基于RS-485總線和HBS總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊就成為可能。3.2問題(1)的解決RS-485總線規(guī)格與HBS總線物理層差異性比較大，若想直接實(shí)現(xiàn)總線RS-485總線規(guī)格與HBS總線物理層差異性比較大，若想直接實(shí)現(xiàn)總線間的硬件互聯(lián)，比較困難。我們采用日本MITSUMI公司生產(chǎn)的HBS芯片MM1192來(lái)轉(zhuǎn)換HBS信號(hào)，MM1192的輸入和輸出信號(hào)與MCU的兩個(gè)I/O引腳相連，MCU需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口搭建485驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，這