高通讯速率共零线电流环技术研究.pdf
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1、2023年9 月第3期(第42 卷总16 4期)文章编号:ISSN1005-9180(2 0 2 3)0 3-0 0 6 5-0 5制冷65高通讯速率共零线电流环技术研究徐尤洪,单联瑜,吴俊鸿(小米科技(武汉)有限公司,湖北武汉,430 0 7 5)摘要】为了缩短空中下载技术(OTA)升级时间并提高空调内外机火零线电流环通讯可靠性,我们提出了高通讯速率共零线电流环通讯技术。该技术通过更改电流环电路硬件设计使通讯电路数据传输速度更快,同时提高通讯的可靠性和稳定性。结果表明空调OTA升级时间和通讯可靠性显著提高。关键词 空调;共零线电流环通讯电路;OTA中图分类号TU831.7High Commu
2、nication Rate Common-null Current Loop文献标志码 BCommunication Circuitdoi:10.3969/J.ISSN.1005-9180.2023.03.015XU Youhong,SHAN Lianyu,WU Junhong(Xiaomi Technology(Wuhan)Co.,LTD.,Wuhan,Hubei 430075,China)Abstract:In order to shorten the upgrade time of over-the-air download technology(OTA)and improve the
3、reliability ofair conditioner internal and external fire zero-line current loop communication,we propose a high-rate common-zero-line current loop communication technology.By changing the hardware design of current loop circuit,this technology canmake the data transmission speed of communication cir
4、cuit faster and improve the reliability and stability ofcommunication.The results show that the upgrade time and communication reliability of air conditioning OTA aresignificantly improved.Key words:Air Conditioning;Common-neutral Current Loop Communication Circuit;OTA1引言随着物联网、大数据、互联网的快速发展,越来越多智能家居开
5、始走进用户家中。【1.2)因空调功能的增加和技术的升级会带来软件的迭代【3】,如果升级时间过长将影响用户的使用体验。经典的共零线电流环通讯电路通讯速率低,收稿日期:2 0 2 2-9-17作者简介:徐尤洪(19 9 9-),男,学士,自动化。E-mail:x u y o u h o n g 1 x i a o mi.c o mOTA升级时间长用户体验差,另外受限空调售后安装师傅水平参差不齐,经常会出现线路接错造成烧毁通讯电路器件的问题,增加很多售后成本。因此设计高速可靠的通讯电路是需要硬件工程师解决的一个重点和难点问题,这也是空调发展道路上必须要解决的问题。REFRIGERATION662传统
6、火零线通讯分析2.1OTA升级时间OTA即空中下载,是一种利用移动通讯或WIFE接口对移动数据进行管理的技术。【4】早期被广泛应用在手机行业中,终结了手机软件升级需要连接电脑下载软件再安装更新的繁复操作。随着物联网大数据的发展智能家居开始普及,空调行业也开始使用OTA技术升级,通过远程升级可以持续的改善产品的功能和服务,可快速修复漏洞,让家电更智能化同时提升用户的使用体验。OTA升级过程主要包括两个部分,分别是云端和客户端。首先云端通过app向客户发送升级消息和软件升级包,第一部分花费时间主要取决安装包的大小和用户家中的网络情况。第二部分客户端部分,客户端的控制器分为空调内机的主控制器和外机的
7、从控制器。云端的安装包先由主控制器接收,当接收到安装包后主控制器向从控制器发送升级命令,当主控制器接收从控制器升级准备完成的信号后,开始向从控制器发送升级包。整个数据接收和升级过程同步进行,此部分升级时间主要由主控制器向从控制器发送数据的速度决定,不考虑用户家中网络情况下整个升级过程客户端部分用时最长,本文仅研究提升客户端部分控制器升级时间。2.2传统空调通讯原理分析分体变频空调的室内机与室外机通讯普遍采用经典的共零线电流环通讯,通过电流传递室内外通讯信号,类似工业领域通过电流传递控制信号,可靠性高;且通讯电路只需增加一根通讯线,性价比高。5】空调器的电流环通讯电路如下图所示,分割线左边为室内
8、侧通讯电路,分割线右边为空调室外通讯电路。回路电流大小由通讯电源电压和限流电阻R,和R决定。图1共零线电流环通讯电路如果通讯电路中电流太小,会导致光耦无法No.3,2023(Vol.42Total No.164)正常工作,出现通讯保护,从而导致通讯数据丢顿率上升,甚至完全无法通讯,当通讯电路中电流过大会导致通讯波形差。因此通讯电路分压电阻要根据电流环设计的电流大小进行选取。【6 如图1,TXD和RXD分别表示通讯的发送信号和接收信号。当室内处于发送信号室外接收信号状态时,室外接收端和室外发送端置高电平,当室内发送高电平“1”时光耦IC1导通,同时室外通讯电路中的光耦IC4导通,室外发送端接收到
9、高电平“1”。当室内发送低电平“0”时光耦IC1不导通,电流环未导通,室外接收端IC3未导通接收到低电平“0”。室外发送信号室内接收信号时原理相同。传统的空调通讯电路中使用PC-851型号的光耦,空调通讯电路稳压电源电压值为2 4V,两颗限流电阻值均为2 kQ,C T R值2 0 0%40 0%,在30室温条件下测试芯片信号发射端TXD,接收端RXD对地信号波形,通道1为RXD波形、通道4为TXD波形。图2 传统通讯电路通讯波形如图2 所示,通道1RXD波形上升延迟时间tr为110 us,下降延迟时间tf为2 7 8 us,总延迟时间t=(tr+tf)=110 us+278 us=388 us
10、。根据规定通讯分位规则一个1bit分为8 位,即脉宽时间除以8,以高电平为例,如果出现5次高电平,则确认为高电平,同理出现5次为低电平,则确认为低电平。不考虑CPU因晶振等造成的误差要求信号接收误差小于1/3bit。通讯波特率2 40 0 bps一个单字节脉宽时间为416 us,传统通讯电路实测通讯延迟时间为388 us138 us(416 us/3)所以无法保证2 40 0 bps的通讯速率条件下正常通讯,只能实现6 0 0 bps通讯速率。空调外机升级时主电控芯片对从电控芯片发送的升级包固定大小在110 KB左右,升级时间T1=(110*1024*8/(60*600)min=25 min,
11、在升级过程中空调功能不能使用,这个升级时间是不能被2023年9 月第3期(第42 卷总16 4期)用户所接受的,为了解决上述问题我们提出了高速通讯电路的技术方案。3高通讯速率共零线电流环技术原理为了解决空调内外机通讯速率低并且通讯可靠性不高的问题,提出了更改通讯电路结构,增加保护电路的方式来优化电路的解决方案,从而有效提高通讯速率,并保证通讯电路速率提高的同时提高电路安全性和可靠性。图3高速通讯速率共零线电流环电路原理图影响内外机通讯速率的主要因素是光耦的开通延时时间和关断延时时间,如上图3所示将PC-851型号光耦替换成延时时间更短的LTV-817型号光耦,这样可有效缩短通讯延迟时间提高通讯
12、速率。在通讯电路信号发射端经常会出现一些干扰导致出现高压从而损坏光耦的情况,因此在光耦两端增加过压保护电路,此处保护电路采取在光耦两端并联一个36 V的稳压二极管,当光耦两端出现高电压时稳压二极管导通防止光耦烧毁,另外为了防止外机L线和S线反接烧毁电路使用热敏电阻作为限流电阻。外机L线和S线接反时交流电220V半波的产生电流通过D4,PT C2,IC3,DZ4形成电流回路,稳压管DZ2,D Z3稳压值均为12V,D Z4为36 V稳压,限流电阻PTC1和PTC2均为2 k。接错线时外机限流电阻功率计算如下:接错线时N和L电压施加在HCPL-817上的电压大小为:220V 0.45+U1-U2=
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