基于二总线协议的智能网关
时间：2020-10-30 15:15:36 来源：达达文档网 本文已影响 人 
龚逸乐
摘要：本文提出智能网关采用二总线协议，通过二总线组成物联网的内网，可同时挂接256个设备，设备可以是考勤机，门禁机，智能门铃，烟雾传感器等需要组网的电子设备，智能网关通过二总线为终端设备供电并收发终端设备的数据，将收集到的数据转换成外网能识别的格式（比如转换成TCP/IP协议），通过互联网或者4G发送到外网。
[关键词]二总线协议 智能网关 物联网 POWERBUS
1智能网关
智能网关是家居智能化，办公智能化的重要组成部分，作为内网和外网的通信桥梁，保证内外网络通信顺畅。目前智能网关常见的组网方式为无线的Zigbee或者Z-wave组网，优点是无线通讯，低功耗等，比如小米智能家庭套装;有线方式为串口，485或者以太网组网，优点是传输速率快，通用性强，可靠性高，比如多比物联的工业物联网关TN102。
二总线协议只有两根线：一根地线，根信号线同时供电和通讯，属于低压载波供电技术，主從架构，主站芯片收发数据并接收回码，从站芯片收发数据并发送回码。二总线组网相对无线组网，数据传输速率和数据可靠性上提高很多;相对有线组网，可以节省组网设备的电源，节省线材，节约成本，方便组装等优点。因此，本方案提出以二总线协议组网。
通过二总线组成物联网内网，终端设备可以是考勤机，门禁机，智能门铃，智能照明，烟雾传感器等等需要组网的电子设备。智能网关通过二总线给终端设备供电。二总线主从芯片收发终端设备的数据，将收集到的数据通过串口发送给智能网关的MCU，智能网关将数据转换成外网能识别的格式（比如转换成TCP/IP协议），通过互联网或者4G发送到外网。如图1所示。
2具体方案
在智能网关和终端设备之间采用POWERBUS二总线方案，智能网关采用主站芯片PB620，每个终端设备采用一个从站芯片PB331。POWERBUS二总线具有以下优点：可同时供电和通讯;抗干扰能力强，可与市电并走;最多同时挂载256个设备;总线电流最大20A;通讯距离可达3000米;无极性布线，任意拓扑布线等。
本方案只针对智能网关和设备之间二总线组网的电路进行说明，设备的其他电路，网关的其他电路均已有成熟方案能实现，这里不再展开。
PB620主站芯片应用电路及说明如图2，其中电路①使用CONH脚控制外围元器件实现发逻辑“1”;②使用CONL脚控制外围元件实现发逻辑“0”;③使用CONM控制LM317提供恒流源输出，使用ANA，ANV脚加外围元件进行回码控制。④串口通讯RX，TX。⑤对外二总线。
PB331从站芯片应用电路及说明如图3，其中电路①总线传输过来的信号经过全桥整流，因此可以无极布线;再经过R1，R2分压之后，进入PI（PowerBusIN）脚进行解调。②PO（PowerBusOut）是PB331回传主站通讯的，即回码，走的是电流信号。③对外二总线。④串口通讯。
PB620，PB331的通讯接口支持标准串口时序数据。接收和发送自适应8位9位数据方式，第9位可以是数据位，校验位，地址位。另外，对于希望通讯隔离的用户，PB620和PB331还可以采用隔离设计，将UART进行光耦隔离或者磁隔离。如图4所示。
3结束语
在本方案中提出了基于二总线协议智能网关的优点，具体实施方案（硬件电路，实现原理，软件通讯），以及应用场景等。虽然目前物联网还是以Zigbee，以太网为主，但我相信在不远的将来，在某些应用场景，基于二总线协议智能网关会得到广泛的应用。
参考文献
[1]马建。物联网技术概论[M].北京：机械工业出版社，2011：115-132.
[2]林中海.物联网编程与应用（基础篇）[M].北京：机械工业出版社，2016：80-92.
[3]李方园.物联网应用基础[M].北京：机械工业出版社，2016：20-36.
[4]POWERBUS官网：PB620和PB331规格书.
