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1、 大金空调监控协议转换器专利说明书大金空调监控协议转换器专利说明书发明人 穆丹枫技术领域本实用新型提供了一种通用的 RS485 接口，支持 MODBUS-RTU 协议，可 以方便的实现在大金空调的远程监控和两台空调之间实现轮流工作，适用于实 现以下功能： 1 通过 MODBUS 协议读取大金空调的运行状态，实现远程控制。 2 机房空调的时间轮值（双机切换） 。 3 读取大金空调的故障状况，实现故障报警 背景技术日本大金空调采用高效耐用的优质压缩机和稳定易控的电路系统，十 分适合机房使用，大金空调提供了 P 端子应用于外接监控系统，可以多台空调 联网运行，统一调度。机房空调运行条件苛刻，24 小
2、时运转使压缩机温度会不 断攀升，遇到外机过脏或电压偏低等情况都会造成系统故障，为解决此问题， 让两台空调轮流工作是合适的解决办法，一方面大大降低了故障几率，另一方 面，在一台机出现故障的情况下可及时转换到另一台运行，特别适应于无人值 守的情况。因大金空调采用日本独有的数据通信传输协议 Homebus，和国内常 见的 RS485 传输协议并不兼容，限制了大金空调在远程监控和智能控制方面的 应用。为解决此问题，我设计这款智能控制器，利用两条无极性的数据线从大 金空调 P 端子将空调运行数据采集，传输到主板进行数据转换和执行，转换后 的协议采用 RS485 信号传输，供上位机进行二次开发和监控。发明
3、内容本实用新型所要解决的技术问题是，利用两条无极性的数据线从大金空调利用两条无极性的数据线从大金空调 P 端子将空调运行数据采集，转换为端子将空调运行数据采集，转换为 RS485 接口输出，转换后的通信协议为接口输出，转换后的通信协议为 MODBUS-RTU.本实用新型是这样的，先利用 HBS 解码电路对空调发出的 HBS 信号进行解 码，用单片机的程序对编码进行分析，然后将空调机的开关和温度代码写入存 储器进行记忆；控制器外接 485 驱动电路，经 CPU 运算后，向外输出 MODBUS 协 议格式的 RS485 信号。本设备还配有热敏电阻，不停对环境温度进行判断，并 显示在数码管上。控制器
4、有按纽输入设定温度和切换时间，当控制器工作时， 中央控制器 CPU 对通信传输的信号进行综合判断，发出控制空调开关机等指令， 系统也会把空调的运行状况和故障情况实时传递到 485 端口，供上位机查询。这种切换器结构简单，单片机程序具有自适应性，能很好的监控大金空调， 通用性强，有利于应用领域的扩展。附图说明图 1 是本实用新型电路结构的示意图。图 2 是本实用新型电路结构的电原理图。具体实施方式下面结合附图说明本实用新型的具体结构和工作原理。如附图所示，本实用新型由中央控制器和外围电路组成，其核心部分是单 片机内的处理程序，单片机型号为 PIC18F4620，其程序采用 C 语言编写，分为 H
5、BS 解码编码分析子程序，485 驱动子程序，温度采集子程序，按键输入子程序， 数码管显示子程序，数据处理主程序。各子程序由主程序调用和处理。工作时，先要解析 HBS 编码，用无极性的二芯通信线从大金空调的通信接 口采集 HBS 信号，将其解码后分析出空调运行数据，此数据经过 CPU 处理，转 化为 485 格式的通信信号，经 485 驱动电路输出到 485 接口的 A 和 B 端子。设 置的参数信息经键盘电路输入到 MCU，调用存储程序，通过 IIC 总线电路，将 编码数据存入铁电存储芯片 24C64 内。温度采集电路通过热敏电阻 RT 测量温度变化，温度采集电路把电阻变化转 化为电平变化，
6、输送到单片机 RA0 端口进行处理，形成环境温度信号 T1。正常工作时，单片机主程序不断采集 HBS 信号，转化为 RS485 信号进行输 出，同时把 RS485 控制信号经 CPU 处理后，转化为 HBS 信号传递到空调，控制 空调的工作。该控制器的外型尺寸为 129*79*30MM，外接 5V 电源，可以很方便的安装在 空调机房。图 1 结构示意图图 2 电原理图工作原理详细说明一一 协议转换器的原理框图如下协议转换器的原理框图如下:二 工作原理及开发说明：1. HomeBusSystem HBs 的全称是家庭总线系统(HomeBusSystem)。合会/无线工程电子协会 HBS 标 准委
7、员会于 1997 年制定会的支持25。HBs 的网络拓扑结构如 1-6 所示。HBS 以双绞线和同轴电缆为通讯介质，前者用于传输语音、数据和控制信号，后者用于传输图像等视频信号，介质的最大长度为 Zoom。HBS 采用了总线供电的方式，总线上既要提供工作电压，又要传递控制信息。HBS 有控制通道和信息通道之分，控制通道用于低速数据的传输，信息通道用于高速数据的传输。控制通道最多可以有 64 个节点，传输速率为 9.6KbPs。HBs 对开放系统互联(051， opensystemIntereonneet)七层模型作了精简，由三层结构组成，分别为物理层，数据链路层和网络层，类似现场总线， 。在介
8、质访问子层，HBS采用带碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)协议。信协议简化为物理层、数据链路层和网络层。家庭的电器设备通过 HBS 可以实现互联，构成家庭网络。该总线具有抗干扰性性强、响应速度快、开发成本及风险较低的特点。2.RS-485RS-485 是隶属于 051 模型物理层，电气特性规定为 2 线，半双工，多点通信的标准。用缆线两端的电压差值来表示传递信号，1 极的电压标识为逻辑 1，另一段标识为逻辑 0。两端的电压差最小为 0.2V 以上时有效，任何不大于 12V或者
9、不小于-7V 的差值对接受端都被认为是正确的。RS-485 仅仅规定了接受端和发送端的电气特性。它没有规定或推荐任何数据协议。RS-485 可以应用于配置便宜的广域网和采用单机发送，多机接受通信链接。RS-485 使用双绞线进行高电压差分平衡传输，它可以进行大面积长距离传输(超过 4000 码，1200 米） 。RS-485 的发送端需要设置为发送模式，这使得 RS-485 可以使用双线模式实现真正的多点双向通信 RS-485 推荐使用在点对点网络中，线型，总线型，不能是星型、环型网络。理想情况下 RS-485 需要 2 个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。没有特性阻抗的话，当所有的
10、设备都静止或者没有能量的时候就会产生噪声，而且线移需要双端的电压差。之所以不能使用星型或者环型的拓扑结构，是由于这些结构有不必要的反映，过低或者过高的终接电阻可以产生电磁干扰。2.七层协议体系的参考模型OSI 参考模型(OSI/RM，Open system Interconnection Reference Model)的全称是开放系统互联参考模型，它是由国际标准化组织 150 提出的一个网络系统互联模型。这个模型把网络通信的工作分为 7 层 l27。如图 2-1 所示。1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。5至7层是高层，包含 应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据
11、传送到下一层。 每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。由低到高具体分为:物 理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。3 协议转换模块的实现分析与软、硬件构思3.1协议转换模块的实现分析基于上述内容，若要实现协议转换模块的功能，即在 RS-485总线和 HBS 总线之间实现通信的互联，必须要解决以下两个问题:(l)两种不同规格现场总线形式的物理层兼容;(2)两种不同通信协议的数据链路层兼容。如果解决了以上两个问题，那么从理论上，实现基于 RS-485总线和 HBS 总线的协议转换模块就成为可能。3.2问题(1)的解决RS-485 总线规格与 HBS 总线物理层差异性
12、比较大，若想直接实现总线 RS-485 总线规格与 HBS 总线物理层差异性比较大，若想直接实现总线间的硬件互联， 比较困难。我们采用日本 MITSUMI 公司生产的 HBS 芯片 MM1192 来转换 HBS 信号，MM1192 的输入和输出信号与 MCU 的两个 I/O 引脚相连，MCU 需 要一个标准串行接口搭建 485 驱动驱动电路，这里选用 microchip 公司生产的 PIC16F4620 作为主控芯片，控制 RS-485 总线和 HBS 总线的通信，输出 MODBUS 协议信号。 3.3 问题(2)的解决在解决了问题(l)的基础上，使用上述的 MCU 对分别来自两个总线接口口的 数据帧进行处理、转换，那么 RS-485 总线和 HBS 总线数据链路层的兼容也可 以成为现实。三 产品图样及技术参数
