基于二總線協議的智能網關

龔逸樂

摘要：本文提出智能網關采用二總線協議，通過二總線組成物聯網的內網，可同時掛接256個設備，設備可以是考勤機，門禁機，智能門鈴，煙霧傳感器等需要組網的電子設備，智能網關通過二總線為終端設備供電并收發終端設備的數據，將收集到的數據轉換成外網能識別的格式（比如轉換成TCP/IP協議），通過互聯網或者4G發送到外網。

[關鍵詞]二總線協議 智能網關 物聯網 POWERBUS

1智能網關

智能網關是家居智能化，辦公智能化的重要組成部分，作為內網和外網的通信橋梁，保證內外網絡通信順暢。目前智能網關常見的組網方式為無線的Zigbee或者Z-wave組網，優點是無線通訊，低功耗等，比如小米智能家庭套裝;有線方式為串口，485或者以太網組網，優點是傳輸速率快，通用性強，可靠性高，比如多比物聯的工業物聯網關TN102。

二總線協議只有兩根線：一根地線，根信號線同時供電和通訊，屬于低壓載波供電技術，主從架構，主站芯片收發數據并接收回碼，從站芯片收發數據并發送回碼。二總線組網相對無線組網，數據傳輸速率和數據可靠性上提高很多;相對有線組網，可以節省組網設備的電源，節省線材，節約成本，方便組裝等優點。因此，本方案提出以二總線協議組網。

通過二總線組成物聯網內網，終端設備可以是考勤機，門禁機，智能門鈴，智能照明，煙霧傳感器等等需要組網的電子設備。智能網關通過二總線給終端設備供電。二總線主從芯片收發終端設備的數據，將收集到的數據通過串口發送給智能網關的MCU，智能網關將數據轉換成外網能識別的格式（比如轉換成TCP/IP協議），通過互聯網或者4G發送到外網。如圖1所示。

2具體方案

在智能網關和終端設備之間采用POWERBUS二總線方案，智能網關采用主站芯片PB620，每個終端設備采用一個從站芯片PB331。POWERBUS二總線具有以下優點：可同時供電和通訊;抗干擾能力強，可與市電并走;最多同時掛載256個設備;總線電流最大20A;通訊距離可達3000米;無極性布線，任意拓撲布線等。

本方案只針對智能網關和設備之間二總線組網的電路進行說明，設備的其他電路，網關的其他電路均已有成熟方案能實現，這里不再展開。

PB620主站芯片應用電路及說明如圖2，其中電路①使用CONH腳控制外圍元器件實現發邏輯“1”;②使用CONL腳控制外圍元件實現發邏輯“0”;③使用CONM控制LM317提供恒流源輸出，使用ANA，ANV腳加外圍元件進行回碼控制。④串口通訊RX，TX。⑤對外二總線。

PB331從站芯片應用電路及說明如圖3，其中電路①總線傳輸過來的信號經過全橋整流，因此可以無極布線;再經過R1，R2分壓之后，進入PI（PowerBusIN）腳進行解調。②PO（PowerBusOut）是PB331回傳主站通訊的，即回碼，走的是電流信號。③對外二總線。④串口通訊。

PB620，PB331的通訊接口支持標準串口時序數據。接收和發送自適應8位9位數據方式，第9位可以是數據位，校驗位，地址位。另外，對于希望通訊隔離的用戶，PB620和PB331還可以采用隔離設計，將UART進行光耦隔離或者磁隔離。如圖4所示。

3結束語

在本方案中提出了基于二總線協議智能網關的優點，具體實施方案（硬件電路，實現原理，軟件通訊），以及應用場景等。雖然目前物聯網還是以Zigbee，以太網為主，但我相信在不遠的將來，在某些應用場景，基于二總線協議智能網關會得到廣泛的應用。

參考文獻

[1]馬建。物聯網技術概論[M].北京：機械工業出版社，2011：115-132.

[2]林中海.物聯網編程與應用（基礎篇）[M].北京：機械工業出版社，2016：80-92.

[3]李方園.物聯網應用基礎[M].北京：機械工業出版社，2016：20-36.

[4]POWERBUS官網：PB620和PB331規格書.