HBS在多聯中央空調中的應用

何惠湘

（南通航運職業技術學院，江蘇 南通 226010）

HBS在多聯中央空調中的應用

何惠湘

（南通航運職業技術學院，江蘇 南通 226010）

HBS以其高可靠性、接線方便等優點被廣泛應用在多聯中央空調產品中。文章詳細介紹了HBS驅動芯片MM1192及與之相連的通信電路的設計及工作過程分析，對多聯中央空調產品控制器HBS協議的應用進行了探討。

HBS；多聯中央空調；通信電路；控制器

1　HBS總線概述

家庭總線系統（Home Bus System，HBS），是由日本電子工業聯合會/無線工程電子協會HBS標準委員會制定，由1條同軸電纜和4對雙絞線介質構成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語音、數據和控制信號。各類家用設備均按一定方式與HBS相連，控制通道由物理層、數據鏈路層和應用層組成，其協議內容包含了如何通過傳輸介質將家庭設備、電話、音/視頻裝置連接達到控制，在現代家居系統中較為常見。

多聯中央空調俗稱“多聯機”，越來越多的家庭、工廠、學校及公共場所安裝了這種空調。HBS技術也被廣泛應用到空調領域產品中，其中雙絞線通信方式尤其被各大制冷設備企業青睞，特別是多聯中央空調的室內外機組通訊總線、線控器與室內機組通信總線、室外機組間通信總線。目前，大金、日立、海信日立、海爾等品牌的多聯中央空調產品使用了HBS通信。

2　HBS驅動芯片

目前HBS驅動芯片多采用日本Mitsumi（三美）公司的MM1192芯片，它是Mitsumi公司較新的HBS IC，控制相對簡單,且符合HBS標準，具有DATA收發功能。信號收發信號波形采用AMI方式，用于與雙絞線的連接。MM1192芯片主要特點：節省空間；高可靠性；脈沖變壓器置換；可在5V單個電源下工作；低成本；設計簡單；外接零件少。圖1所示為MM1192芯片端子圖。

MM1192芯片主要由接收電路（Reception Circuit）和發送電路（Transmission Circuit）組成，第二部分電路的工作原理如下。

（1）接收電路的工作原理。MM1192芯片通過pin15，pin16采集HBS總線上差分信號，之后與芯片內部的4.8V比較，再將比較結果轉換為“1”“0”數字信號，最終在pin1腳輸出。

（2）發送電路的工作原理。MM1192芯片通過pin6采集“1”“0”數字信號，之后經過觸發器、與非門觸發三極管導通，最終在pin15，pin16腳輸出差分信號，實現數據在HBS總線上的AMI編碼型差分信號傳輸。DATAINB（pin6）的信號經內部電路處理后，發送到OUTA（pin9），OUTB（pin10），波形變為對稱互補的三進制信號電平。

圖1　MM1192芯片端子圖

圖2為MM1192芯片信號傳輸時序圖。由圖所示，HBS總線信號是經過AMI編碼方式處理的雙極性信號，較二進制抗干擾性更好，基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量。

圖2　MM1192芯片信號傳輸時序圖

3　HBS總線在多聯空調中的應用

3.1HBS總線通信電路設計

HBS總線通信，我們也稱為H-LINK通信，圖3為HBS總線通信電路設計圖。MM1192芯片傳輸信號使用脈寬編碼的方式，要求傳輸信號的頻率最大在 10 kHz左右，一般選取為9.6 k，即9.6 kbps。

圖3　HBS總線通信電路設計圖

為了使用標準的UART串行通訊口實現數據的傳輸，采用如下的邏輯定義，邏輯“0”：52 μs低電平，52 μs高電平；邏輯“1”：104 μs高電平。其中圖4所示為編碼邏輯“0”“1”波形，圖5所示為UART邏輯“0”“1”波形。

圖4　編碼邏輯“0”“1”波形　　圖5 UART邏輯“0”“1”波形

通過硬件對波形進行處理，可以處理為標準的異步串行通信邏輯定義。

3.2HBS通信電路工作過程分析

（1）數據接收過程。在圖3中，載波的差分信號從HBS總線傳輸過來，經過C22，C23、R47，R48的耦合到達MM1192芯片的15，16腳，經過芯片內部接收電路處理后，將有效的數字信號從1腳DATA OUT輸出，此時的波形經過傳輸和處理會有失真的可能，通信電路中使用D23，D24，R45，C17進行一次整形處理，使編碼信號的波形的上升沿和下降沿變得更為陡峭，以減少誤碼率，最后數據輸入到上位機的MCU接收引腳。同時為了對接收信號進行及時處理，數據輸入同時觸發芯片的中斷處理。

（2）數據發送過程。數據由MCU發出，配合時鐘信號，經過二極管D21，D22，將兩個信號“線或”，送到MM1192芯片的第6腳DATA IN，經發送電路的處理成為差分信號，由9，10腳OUT（A），OUT（B）輸出。為了保證通信距離，避免MM1192芯片內置驅動能力不足，選用外置的Q6，Q7兩個三極管增加驅動能力，信號經過C21，C22的耦合后到達輸出端口。

只有當OUT（A），OUT（B）信號存在高低差值時，識別為“0”；沒有電壓差異，識別為“1”，與OUT（A），OUT （B）哪個的信號無關。因此兩個信號不需要進行區分，就是通常說的“無極性”。圖6所示為數據發送理想波形。

實際中的器件發送時間延遲Td1，Td2，Td3，Td4，分別為0.4 μs，0.5 μs，1.0 μs，1.2 μs，使用時需要考慮這些時間延遲。圖7所示為數據發送實際波形。

圖6　數據發送理想波形

圖7　數據發送實際波形

3.3HBS協議的應用

在多聯中央空調系統中，HBS總線通信方式一般都采取半雙工（無極性2線制，但在發送數據時是全雙工），異步傳輸方式，起始位長1 bit，數據位長8 bit，采用奇/偶校驗，停止位1 bit，傳送速度9.6 kbps。

有些多聯中央空調系統比較龐大，室外機組多達4臺并聯，每組室外機組又連接著最多可達256臺室內機組，每個室內機組有自己的線控器或遙控器。如此龐大的控制系統，必然存在很多的數據交換：室外機組間需要進行控制協調，室外機組與室內機組間存在各種命令發送、機組運行參數狀態報告、故障信息等數據；室內機組與線控器間也是這樣。

4　發送數據及接收數據的處理過程

4.1發送數據

空調機組控制器的通信狀態始終處于接收信號狀態下，只有滿足下列條件開始發送信號：需要向外部（其他控制器）要求數據；有來自外部（其他控制器）的需求；收到數據（回復ACK）；定時通信；在機組電控檢驗、線路板自檢、上位機有數據要求時。

當空調機組控制器有發送通信請求發生時，為避免通信線路上數據沖突，需要檢出數據上的載波，確認線路上無任何信號后再發送信號。檢測的方法是將信號輸入端與MCU中斷輸入端口短接，如果中斷沒有在載波檢出時間以外發生，則認為通信線路上沒有載波信號。通信口接收到通信數據而引起外部中斷，中斷程序對數據進行接收處理，自身發送的數據也進行中斷接收處理。

空調機組控制器數據發送以全雙工的方式進行，單片機（MCU）對接收到的自身發出數據檢出奇偶校驗故障、幀故障、超限故障、自身發送數據與接收數據不一致時，則認為在通信線路上存在數據沖突，但識別碼不進行沖突檢出。如果接收檢出奇偶校驗故障、幀故障、超限故障，則中止接收，此前接收到的數據廢棄，變為識別碼等待狀態。

通信數據收到后，空調機組控制器在下列場合需進行回信處理。

（1）控制器發送通信數據時發生數據沖突，需再次重復數據發送，通信數據重發時，不進行載波檢出，對于ACK不回信。

（2）控制器自身數據發送后，一定時間內（可設6 ms）不能接收到來自外部的回信，就再次發送通信數據。但發送廣播數據時，不進行無應答檢查。在向沒有物理連接的部分發送數據時（例如空調室內機組遙控器與室內機組之間為無物理連接），ACK和NAK在一定時間內（可設6 ms）返回，否則再次發送通信數據。對于自身向無物理連接部分發送數據的情況，應以得到反饋的信息為準。

（3）如果控制器已經連續進行了兩次重發數據都沒有收到回信，則需延長較長一段時間再啟動重發（可設100 ms），如果發送對象為多個，則100 ms后就變更對象發送；如果在100 ms中止期間接收到了其他部分的通信數據（ACK/NAK除外），就終止100 ms等待期，不再待機，設定載波檢出時間。

（4）空調機組控制器發送信息后，如果收到NAK后需進行數據重發。

（5）控制器連續進行了3次同一發送對象的嘗試（即中間停頓了2次100 ms）或所有的發送對象地址均嘗試完畢后，等待較長一段時間（可設10 s），重新開始，直到一定時間后（可設3分鐘），認為出現通信故障：包括控制器自身故障和通信對象故障。

（6）控制器自身故障，每隔10 s時間重復上述過程；對于通信對象故障，不再重復。

4.2接收數據

如果空調機組控制器接收數據有效，對發送方（要求回送數據的除外）發送“ACK”，但是對于廣播信息不發送“ACK”，發送方在接收到“ACK”數據一定時間（可設4 ms）內對其他部分（例如其他空調機組室內機組控制器）發送數據；空調機組控制器接收數據有效時，對來信部分要求回送數據的，應根據要求向發送方直接回應數據，回信應該在一定時間內（可設4 ms）；空調機組控制器接收到數據后，需進行校驗，如果接收故障發生，或內容異常，則接收到的數據作廢，需向發送方（要求會送數據的除外）發送“NAK”，發送方在接收到“NAK”數據一定時間（可設4 ms）內對其他部分（例如其他空調機組室內機組控制器）發送數據。

如果接收到的發送數據的地址與控制器自身地址不同，則接收到的數據作廢。如地址相同，則將接收到的數據存放到控制器MCU設定的存儲單元。

5　結語

HBS總線是雙絞線無極性連接，特別適用于多聯機空調等需要現場施工的設備；電路可靠，抗干擾能力很強；總線拓撲方式靈活，對節點限制小；成本低；通訊距離長；方便組成多主或對等網絡；即插即用，地址自動競爭；可兩條線同時實現供電和通訊（如空調線控器）。

通過MM1192總線控制芯片，利用單片機MCU可對多聯中央空調系統進行包括開關機、制冷/熱、通風、設定溫度等常規控制，也可進行空調運行數據（如溫度、壓力等系統參數及電流、電壓等）的采集和傳遞，通過一套HBS總線可將多達256臺室內機組進行聯網控制，也可通過上位機電腦軟件界面對多組空調機組進行集中監控或計費。目前，這種方式在現實生活中得到了越來越廣泛的應用。

[1]王志剛，徐秋生，俞炳豐.變頻控制多聯式空調系統[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]劉洋.基于HBS總線的商用空調系統的GSM遠程控制器的設計與實現[D].濟南：山東大學，2011.

Application of HBS in multi-connected central air conditioning

He Huixiang
（Nantong Shipping College, Nantong 226010, China）

HBS with its high reliability, easy wiring and other advantages is widely used in multi-connected central air conditioning products. In this paper, the HBS driver chip MM1192 and its communication circuit design and working process analysis are introduced in detail, and the application of the HBS protocol in the multi-connnected of the central air conditioning product controller is discussed.

HBS; multi-connected central air conditioning; communication circuit; controller

何惠湘（1972— ），女，湖南常寧，碩士，副教授；研究方向：控制工程。