王建华 刘存良

摘要：消防控制器与现场监控单元之间的通信线路常采用多芯平行线缆，这种平行布线方式使得线路间的干扰增强，通信成功率降低。针对上述问题，本文提出一种基于平行二总线通讯的发送、接收方法。其中，控制器端发码采用边沿调制技术，减小电压信号跳变产生的干扰，监控单元端收码提出过采样算法进行数据精确解调。

关键词：平行二总线;边沿调制;过采样

一、行业背景

目前，消防火灾报警系统采用的二总线是一种不对称的通讯总线，即控制器下行通信采用电压调制，而监控单元上行通信采用电流环方式。为了增大传输距离，保证通讯可靠，多选用双绞线作为传输线缆。

但在实际工程应用中，为了兼顾不同控制系统施工便捷并节省成本，消防控器到各楼宇之间的通信线路常常使用带护套的多芯平行线。这种平行布线使得线路间的干扰变大，容易造成解调错误。为了增加通信距离，提高通信成功率，行业普遍采用打补丁式方法實现，如增加中继模块或定制专用电缆。因此，需要研究一种基于平行二总线通讯的发送、接收方法。

二、鼎信方案

目前，消防行业普遍采用如图1（a）所示的调制解调方案：发码的高电平（TH码元）为VCC、低电平（TL码元）为0V的满幅电压调制，且高低电平为等脉宽;监控单元端接收采用标准的UART解调。

本文提出的一种基于平行二总线通讯的发送、接收方法（下称鼎信方案），包括以下内容。

（一）控制器端发码方案

1.半压驱动

鼎信提出的发码方案中，控制器端采用非满幅电压驱动（简称半压驱动），即低电平幅值与高电平幅值的比例可设置为1：m，其中m为正整数。图1（b）示例中高电平幅值为VCC，低电平幅值与高电平幅值之比为1：3，本方案通过减小高电平与低电平之间的幅值差，从而降低电压跳变引起的线间干扰。为了增强总线供电能力，重新定义TL码元，在其中增加高电平，TL码元脉宽为2T，如图1（b）所示。

2.边沿调制

为了进一步降低高低电平跳变的影响，在图1（b）所示的方案基础上进行边沿调制，使高低电平转换的边沿变缓，一方面能够减少信号失真的情况，另一方面继续减少电压跳变对通讯的干扰。根据对方波信号、斜坡信号和升余弦信号的频域特性分析，本文采用升余弦信号作为双边沿调制信号，如图1（c）所示。图1（d）示例为进一步缩短低电平信号，加大高电平，使带载能力更强。

3.相位校准编码

控制器需要将通信数据按二进制位1或0转换成对应的高电平或低电平电压信号，并通过二总线传送给监控端。总线上的电压信号连续发送，中间不出现间隔，为了防止连续发送1（高电平）的情况较多造成监控单元锁相困难，需要预先对通信数据进行编码，插入相位校准码0。图2为一个字节数据每两位连续1出现时插入相位校准码0的示例。当然，对通信数据进行相位编码的规则可以根据实际应用需求制定。

（二）监控设备端接收方案

1.过采样数据集

监控单元端使用接收速率大于发码速率的采样速率对控制器端发送的总线信号进行过采样操作。

例如控制器端的发码速率为f1（T=1/f1），监控单元端的收码速率为f2=10×f1，设定10×T为一个过采样窗口，得到采样数为10×10=100个过采样信号的锁相窗口，如图3（a）所示。

其中，S01—S10为第1T时间内的采样值，以此类推，D91—D100为第10T的采样值。

2.锁相算法

对如图3（a）所示的锁相窗口内的数据分组求和算法，如图3（b）所示。

取Min{SUM01，SUM02，…，SUM10}中的最小值对应的第一个过采样相位点即为最佳相位点，作为数据解调计算的初始位置，本次数据锁相完成。

3.时钟同步

进一步的，由于控制器与监控单元之间采用异步通信，为防止时钟偏移的影响，保证数据解调位置正确，提出时钟同步方法：根据过采样速率和锁相窗口的大小，计算时钟偏移量并进行调整。假设时钟误差1%，以图3为例，则每100个过采样点会偏移1位，因此第二次锁相前，前移至少1个过采样点作为锁相窗口。

三、结语

综上所述，本文提出了一种应用于平行二总线通讯的发送、接收方法，在控制器端，减小发码时总线电压信号高低电平的幅值差，从而降低信号跳变产生的干扰，并且增加高电平在整个总线信号中的占比，提升供电能力，且进一步对总线信号进行双边沿调制，使其中高低电压转换的边沿变缓，进一步减少电压跳变造成的干扰，使得到的总线信号能够进行长距离传输，并保证自身信号不失真。在监控单元端，提出过采样技术对数据进行锁相，保证了数据解调的准确性。

参考文献：

[1]王建华.新时代消防企业自主创新与发展[J]，消防界（电子版），2019，22（5）：53-54.