CN211239866U - 一种基于poe网络线路上的准双向带外通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，包括：主端和从端，主端为POE以太网供电设备端，从端为POE以太网受电设备端，主端通过双绞线与从端连接；本实用新型在以太网络设备启动之前或启动之后，主端对POE供电的通断实施编码控制再由从端接收解码，实现主端到从端的带外通信，在主端需要接收从端数据时，主端首先通知从端准备发数据，然后主端控制POE电源处于关闭状态，此时从端单片机通过从端线路电压控制单元编码控制线路电压，主端单片机通过主端线路电压检测单元接收并解码，实现主端查询接收从端数据的带外通信。

Description

一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路

技术领域

本实用新型涉及POE网络领域，尤其涉及一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路。

背景技术

以太通信网络是目前世界上应用最广泛的通信网络，在以太网络的基础上增加给终端供电功能（Power Over Ethernet,POE）的应用也非常普遍；传统的模拟有线电话线路中，电话线可以完成语音通信和给电话机终端的供电，同时可以通过电压脉冲拨号传递号码信息，但电话线的供电能力很小，只有1W左右，脉冲拨号传递信号的速率也很低，大概1秒钟只能传10个脉冲左右；异步串行通信是一种基本的串行通信协议，通过对高低两个信号电平串行编解码实现通信，但该协议单线只能实现单向的数据传输。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对背景技术及现有设计的不足之处，提出一种利用在现有的POE网络线路上在通常的以太网数据包通讯之外，实现准双向数据通讯的方法。

一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路, 包括：主端和从端，主端为POE以太网供电设备端，主端主要由主端单片机、POE电源控制执行单元、主端线路偏置单元、主端线路电压检测单元及主端其它电路单元构成，从端为POE以太网受电设备端，主要由线路等效容抗电荷吸收单元、从端线路电压控制单元、从端隔离二极管、从端线路脉冲电压/电流检测单元、从端单片机、储能电容及从端其它电路单元构成，主端通过双绞线与从端连接；在通常以太网数据包通信之外，利用主端单片机对POE供电的通断实施编码控制再由从端接收解码，实现主端到从端的带外通讯，在主端需要接收从端数据时，主端首先通知从端准备发数据，然后主端控制POE电源处于关闭状态，此时从端单片机通过从端线路电压控制单元编码控制线路电压，主端单片机通过主端线路电压检测单元接收并解码，实现主端查询接收从端数据的带外通信，同时结构简单，方便实施。

所述主端包括：

主端单片机：编码控制POE电源通断状态，查询接收并解码从端数据；

POE电源控制执行单元：将主端单片机输出的串行脉冲转换为线路供电的通断状态；

主端线路偏置单元：在POE电源关闭的状态给线路提供一定的工作电流；

主端线路电压检测单元：给主端单片机提供线路电压信号；

其它电路单元：POE供电及带外通信以外的电路；

所述从端包括：

线路等效容抗电荷吸收单元：在主端控制POE电源关闭状态，吸收主端线路偏置单元的提供的电流并迅速将线路等效容抗储存的电荷放电，使得线路直流电压变低；

从端线路电压控制单元：在POE电源关闭的状态下，从端单片机通过该单元控制线路电压；

从端隔离二极管：在主端控制POE电源关闭状态，防止从端的储能电容向线路供电；

从端线路脉冲电压/电流检测单元：将POE电源开关产生的脉冲电压/电流信号转换为从端单片机能接识别的信号；

从端单片机：解码接收主端传递来的数据，接受主端单片机查询，回传数据；

储能电容：在主端POE电源关闭的状态下，保持从端单片机的供电。

其它电路单元：POE受电及带外通信以外的电路。

进一步地，所述主端为POE以太网供电设备端，从端为POE以太网受电设备端。

进一步地，所述POE电源编码控制执行单元由一个P型晶体管和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管）组成。

进一步地，所述主端线路偏置单元由一个恒流二极管构成。

进一步地，所述主端线路偏置单元或由一个电阻构成。

进一步地，所述主端线路偏置单元或由一个N型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

进一步地，所述主端线路偏置单元或由一个 P型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

进一步地，所述主端线路电压检测单元由一个电压比较器构成。

进一步地，所述主端线路电压检测单元或由一个电阻分压电路构成。

进一步地，所述线路等效容抗电荷吸收单元由一个恒流二极管构成。

进一步地，所述线路等效容抗电荷吸收单元或由一个电阻构成。

进一步地，所述线路等效容抗电荷吸收单元或由一个N型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

进一步地，所述线路等效容抗电荷吸收单元或由一个P型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

进一步地，所述从端线路电压控制单元由一个稳压二极管和一个N型晶体管构成。

进一步地，所述从端线路电压控制单元或由一个电阻和一个N型晶体管构成。

进一步地，所述从端隔离二极管由一个二极管构成。

进一步地，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元由一个P型晶体管和一个N型晶体管组成。

进一步地，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元或由一个电压比较器构成。

进一步地，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元或由一个电阻分压电路构成。

进一步地，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元或由一个P型晶体管及电阻分压电路构成。

进一步地，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元或由一个P型晶体管及一个电压比较器构成。

进一步地，所述单片为各种4位、8位、16位、32位单片机,或由ASIC、 FPGA、CPLD逻辑电路等效代替。

本实用新型的有益效果是：建立了基于POE以太网络线路上的带外通信，我们可以通过这个通信能力在网络工作前（不限于网络工作前）设置参数满足一些设备实时自动配置的需求，例1：每个网卡都有唯一的MAC地址，网卡故障更换后MAC地址会变化，那么和网卡MAC地址绑定的IP地址、某些软件（很多软件通过和网卡MAC地址的绑定完成使用授权）、路由器设置等就需要手工重新设定，本实用新型可以在网络启动以前，把特定的MAC地址传给从端的单片机，再用某种方法让从端的以太网卡启动后使用该MAC地址工作，则实现了网卡MAC地址的远程实时自动设置，从而实现了更换网卡无需手工配置，提高工作效率；

例2：POE网络从端受电设备可以是一台带POE网络的个人计算机（PC），PC有实时时钟，为了维持这个实时时钟的运行，PC主板上都配置了电池；可以在从端PC运行以前，利用本实用新型把当前时间传给从端的单片机，再用某种方法让从端PC按这个时间值运行，则从端PC内部时钟可以由单片机在PC启动前实时指定，那么为了维持PC内部实时时钟连续运行的电池可以被取消，PC的主板、CPU、内存等关键部件都是半永久性寿命，但电池的寿命往往只有3~5年，我们取消了电池可以提高设备的无故障运行时间和可靠性。

例3：POE网络从端受电设备可以是一台带POE网络的个人计算机（PC）,PC有BIOS的开机密码，在某些公用机房，管理者可能在某些应用场合希望有开机密码，某些应用场合又希望没有开机密码，如果靠人工设置效率很低；利用本实用新型把一个将密码（包括空密码）在PC启动前传给从端的单片机，再用某种方法让BIOS按这个密码运行，则实现了开机密码的远程实时自动控制。

例4：从端受电设备可以是一台带POE网络的个人计算机（PC），PC往往有多种***启动方式（比如网络启动、本地硬盘启动），在某些公用机房，管理者可能在某些应用场合需要网络启动，某些应用场合需要本地硬盘启动，如果靠人工设置效率很低；利用本实用新型把***启动项在PC启动前传给从端的单片机，再用某种方法让PC按这个***启动项运行，则实现了PC开机启动项的远程实时自动控制。

附图说明

图1为POE网络线路上的准双向带外通信电路的具体示意图；

图2为POE网络线路上的准双向带外通信电路的等效电路图；

图3是POE电源控制执行单元示意图；

图4是四种主端线路偏置单元示意图；

图5是两种主端线路电压检测单元示意图；

图6是四种线路等效容抗电荷吸收单元示意图；

图7是两种从端线路电压控制单元示意图；图8是五种从端线路脉冲电压/电流检测单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

具体实施例如图1所示，主端的ZA和从端的CA,主端的ZB和从端的CB通过以太网络双绞线连接在一起，根据以太网络双绞线长度的不同，连接的等效阻抗（Rxl）约数欧姆到数十欧姆,等效容抗（Cxl，包含晶体管结电容和线路电容）约数千PF，等效感抗忽略不计，等效图如图2所示。

主端单片机：编码控制POE电源通断状态，可以是4位、8位、16位、32位单片机，也可以由ASIC、FPGA、CPLD等逻辑电路等效实现。

POE电源控制执行单元：单片机输出的串行脉冲经过该单元转换为线路供电的通断，如图3所示。

主端线路偏置单元：在主端POE电源关闭的状态给线路提供一个偏置电流，如图 4所示。

主端线路电压检测单元：将线路电压转换为主端单片机可以识别的信号，在如图5所示。

主端其它电路单元：POE供电及带外通信以外的电路，可以是网络芯片、逻辑电路、CPU等电路。

线路等效容抗电荷吸收单元：在POE电源由开启状态转换为关闭状态时，主端线路偏置单元提供的偏置电流和线路等效容抗Cxl的电荷将维持线路直流电压（Uc_a-Uc_b）为高，线路等效容抗电荷吸收单元吸收主端线路偏置单元提供的偏置电流并快速将Cxl的电荷放电，使得线路直流电压迅速变低，如图6所示。

从端线路电压控制单元：在主端POE电源关闭的状态，从端单片机通过它可以控制线路的电压，图7所示。

从端隔离二极管：在主端POE电源关闭时，防止从端的储能电容向线路供电。

从端线路脉冲电压/电流检测单元：在POE主端电源开关时，通过线路电压高低或电流方向得到主端串行信号信息并转换为从端单片机能识别的信号，送从端单片机处理，如图8所示。

从端单片机：解码接收主端传递来的数据，可以是4位、8位、16位、32位单片机，也可以由ASIC、FPGA、CPLD等逻辑电路等效实现。

储能电容：在主端POE电源关闭状态，从端单片机依靠此电容储能供电保持工作。

从端其它电路单元：POE供电及带外通信以外的电路，可以是网络芯片、逻辑电路、CPU等电路。

图3示例了POE电源开关控制执行单元的组成模式，一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管）组成，开关POE电源的正极。

图4示例了主端线路偏置单元的四个组成模式，模式一为一个恒流二极管放置于ZC、ZA点；模式二为一个电阻放置于ZC、ZA点；模式三为一个稳压二极管和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管）组成恒流电路放置于ZC、ZA点；模式四为一个稳压二极管和一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）组成恒流电路放置于ZC、ZA点。

图5示例了主端线路电压检测单元的两种组成模式，模式一为一个电压比较器输入端接于ZA、ZB点，电压比较器的输出端接于ZF,将线路电压转换为主端单片机能识别的信号;模式二为由R1，R2电阻构成的分压电路的两端接于ZA、ZB点，分压电路的中点接于ZF送AD采样，主端单片机根据AD采样值分析判断线路信号。

图6示例了线路等效容抗电荷吸收单元的四种组成模式，模式一为CC到CD之间接一恒流二极管，模式二为CC到CD之间接一电阻；模式三为一个稳压二极管和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管）组成恒流电路放置于CC、CD点；模式四为一个稳压二极管和一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）组成恒流电路放置于CC、CD点。

图7示例了从端线路电压控制单元的两种模式，模式一为CD和CF之间连接一个稳压二极管和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管），在N型晶体管受从端单片机控制导通时，此电路压降接近为0，在N型晶体管受从端单片机控制关闭时，此电路压降为稳压二极管稳压值；模式二为CD和CF之间连接一个电阻和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管），在N型晶体管受从端单片机控制导通时，此电路压降接近为0，在N型晶体管受从端单片机控制关闭时，此电路压降为电阻R1的压降。

图8示例了从端线路脉冲电压/电流检测单元的五种模式，模式一为一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）和一个N型晶体管(包括NMOS管和NPN三极管）组成，通过CE到CG间的电流方向检测得到脉冲；模式二为模块内部CG悬空，通过电压比较器U1的输入端采集CF点电压，电压比较器通过线路电压和阈值电压比较得到主端串行脉冲信号，输出端接于CH点；模式三为模块内部CG悬空，分压电阻R1，R2电阻的两端接于CE、CF点，中点接CH点送AD采样，从端单片机根据AD采样值分析判断线路信号；模式四为一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）和电阻R2、R3构成的分压电路组成，通过CE到CG间的电流方向检测得到脉冲电压送从端单片机处理；模式五为一个P型晶体管(包括PMOS管和PNP三极管）和一个电压比较器组成，通过CE到CG间的电流方向检测得到脉冲电压再通过电压比较器整形后送从端单片机处理。

S1主端发送串行数据到从端，包括如下步骤：

S11：主端单片机ZU1的OUT脚由高电平转换为低电平，POE电源由开启转换为关闭状态，“3、线路等效容抗电荷吸收单元”迅速对线路等效容抗Cxl的电荷进行放电，从端线路电压值（Uc_a-Uc_b）迅速转为低，从端单片机CU1通过“4、从端线路脉冲电压/电流检测单元”识别到这个变化。

S12：等待一个我们规定的通信速率一个bit的时间，再通过主端单片机ZU1的OUT脚发送高电平，POE电源由关闭转换为开启状态，从端线路电压值（Uc_a-Uc_b）迅速变高，从端单片机CU1通过“4、从端线路脉冲电压/电流检测单元”识别到这个变化。

S13：利用异步串行通信编解码原理，重复以上S1或S2的操作，主端单片机ZU1可以把数据送到从端单片机CU1，实现主端数据传输到从端。

S2主端查询接收从端数据，包括如下步骤：

S21：主端单片机通过S1过程向从端单片机发送查询命令，通知从端单片机准备发送数据。

S22: 主端单片机控制线路供电关闭。

S23: 根据约定的时序，从端单片机通过从端线路电压控制单元控制线路电压高低变化，此时从端单片机依靠储能电容的能量保持工作。

S24: 主端单片机通过主端线路电压检测单元识别从端单片机发出的信号，利用异步串行通信编解码原理实现接收从端单片机数据。

综合S1,S2过程，实现了主端和从端的准双向通信。

以上显示和描述了本实用实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的实用新型的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于,包括：主端和从端，主端为POE以太网供电设备端，主端通过双绞线与从端连接；在以太网络设备启动之前或启动之后，主端对POE供电的通断实施编码控制再由从端接收解码，实现主端到从端的带外通信，在主端需要接收从端数据时，主端首先通知从端准备发数据，然后主端控制POE电源处于关闭状态，此时从端单片机通过从端线路电压控制单元编码控制线路电压，主端单片机通过主端线路电压检测单元接收并解码，实现主端查询接收从端数据的带外通信；

所述主端包括：

主端单片机：编码控制POE电源通断状态，查询接收并解码从端数据；

POE电源控制执行单元：将主端单片机输出的串行脉冲转换为线路供电的通断状态；

主端线路偏置单元：在POE电源关闭的状态给线路提供一定的工作电流；

主端线路电压检测单元：给主端单片机提供线路电压信号；

主端其它电路单元：POE供电及带外通信以外的电路；

所述从端包括：

线路等效容抗电荷吸收单元：在主端控制POE电源关闭状态，吸收主端线路偏置单元的提供的电流并迅速将线路等效容抗储存的电荷放电，使得线路直流电压变低；

从端线路电压控制单元：在POE电源关闭的状态下，从端单片机通过该单元控制线路电压；

从端隔离二极管：在主端控制POE电源关闭状态，防止从端的储能电容向线路供电；

从端线路脉冲电压/电流检测单元：将POE电源开关产生的脉冲电压/电流信号转换为从端单片机能接识别的信号；

从端单片机：解码接收主端传递来的数据，接受主端单片机的查询，回传数据；

储能电容：在主端POE电源关闭的状态下，保持从端单片机的供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述POE电源编码控制执行单元由一个P型晶体管和一个N型晶体管组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述主端线路偏置单元由一个恒流二极管构成，或由一个电阻构成，或由一个N型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成，或由一个P型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

4.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述主端线路电压检测单元由一个电压比较器构成，或由一个电阻分压电路构成。

5.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述线路等效容抗电荷吸收单元由一个恒流二极管构成，或由一个电阻构成，或由一个N型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成，或由一个P型晶体管及稳压二极管组成恒流电路构成。

6.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述从端线路电压控制单元由一个稳压二极管和一个N型晶体管构成，或由一个电阻和一个N型晶体管构成。

7.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述从端隔离二极管由一个二极管构成。

8.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述从端线路脉冲电压/电流检测单元由一个P型晶体管和一个N型晶体管组成，或由一个电压比较器构成，或由一个电阻分压电路构成，或由一个P型晶体管及电阻分压电路构成，或由一个P型晶体及一个电压比较器构成。

9.根据权利要求1所述的一种基于POE网络线路上的准双向带外通信电路，其特征在于，所述单片机为4位、8位、16位、32位单片机，或由ASIC、 FPGA、CPLD逻辑电路等效代替。

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