HBS在多联中央空调中的应用

何惠湘

（南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010）

HBS在多联中央空调中的应用

何惠湘

（南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010）

HBS以其高可靠性、接线方便等优点被广泛应用在多联中央空调产品中。文章详细介绍了HBS驱动芯片MM1192及与之相连的通信电路的设计及工作过程分析，对多联中央空调产品控制器HBS协议的应用进行了探讨。

HBS；多联中央空调；通信电路；控制器

1　HBS总线概述

家庭总线系统（Home Bus System，HBS），是由日本电子工业联合会/无线工程电子协会HBS标准委员会制定，由1条同轴电缆和4对双绞线介质构成，前者用于传输图像信息，后者用于传输语音、数据和控制信号。各类家用设备均按一定方式与HBS相连，控制通道由物理层、数据链路层和应用层组成，其协议内容包含了如何通过传输介质将家庭设备、电话、音/视频装置连接达到控制，在现代家居系统中较为常见。

多联中央空调俗称“多联机”，越来越多的家庭、工厂、学校及公共场所安装了这种空调。HBS技术也被广泛应用到空调领域产品中，其中双绞线通信方式尤其被各大制冷设备企业青睐，特别是多联中央空调的室内外机组通讯总线、线控器与室内机组通信总线、室外机组间通信总线。目前，大金、日立、海信日立、海尔等品牌的多联中央空调产品使用了HBS通信。

2　HBS驱动芯片

目前HBS驱动芯片多采用日本Mitsumi（三美）公司的MM1192芯片，它是Mitsumi公司较新的HBS IC，控制相对简单,且符合HBS标准，具有DATA收发功能。信号收发信号波形采用AMI方式，用于与双绞线的连接。MM1192芯片主要特点：节省空间；高可靠性；脉冲变压器置换；可在5V单个电源下工作；低成本；设计简单；外接零件少。图1所示为MM1192芯片端子图。

MM1192芯片主要由接收电路（Reception Circuit）和发送电路（Transmission Circuit）组成，第二部分电路的工作原理如下。

（1）接收电路的工作原理。MM1192芯片通过pin15，pin16采集HBS总线上差分信号，之后与芯片内部的4.8V比较，再将比较结果转换为“1”“0”数字信号，最终在pin1脚输出。

（2）发送电路的工作原理。MM1192芯片通过pin6采集“1”“0”数字信号，之后经过触发器、与非门触发三极管导通，最终在pin15，pin16脚输出差分信号，实现数据在HBS总线上的AMI编码型差分信号传输。DATAINB（pin6）的信号经内部电路处理后，发送到OUTA（pin9），OUTB（pin10），波形变为对称互补的三进制信号电平。

图1　MM1192芯片端子图

图2为MM1192芯片信号传输时序图。由图所示，HBS总线信号是经过AMI编码方式处理的双极性信号，较二进制抗干扰性更好，基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量。

图2　MM1192芯片信号传输时序图

3　HBS总线在多联空调中的应用

3.1HBS总线通信电路设计

HBS总线通信，我们也称为H-LINK通信，图3为HBS总线通信电路设计图。MM1192芯片传输信号使用脉宽编码的方式，要求传输信号的频率最大在 10 kHz左右，一般选取为9.6 k，即9.6 kbps。

图3　HBS总线通信电路设计图

为了使用标准的UART串行通讯口实现数据的传输，采用如下的逻辑定义，逻辑“0”：52 μs低电平，52 μs高电平；逻辑“1”：104 μs高电平。其中图4所示为编码逻辑“0”“1”波形，图5所示为UART逻辑“0”“1”波形。

图4　编码逻辑“0”“1”波形　　图5 UART逻辑“0”“1”波形

通过硬件对波形进行处理，可以处理为标准的异步串行通信逻辑定义。

3.2HBS通信电路工作过程分析

（1）数据接收过程。在图3中，载波的差分信号从HBS总线传输过来，经过C22，C23、R47，R48的耦合到达MM1192芯片的15，16脚，经过芯片内部接收电路处理后，将有效的数字信号从1脚DATA OUT输出，此时的波形经过传输和处理会有失真的可能，通信电路中使用D23，D24，R45，C17进行一次整形处理，使编码信号的波形的上升沿和下降沿变得更为陡峭，以减少误码率，最后数据输入到上位机的MCU接收引脚。同时为了对接收信号进行及时处理，数据输入同时触发芯片的中断处理。

（2）数据发送过程。数据由MCU发出，配合时钟信号，经过二极管D21，D22，将两个信号“线或”，送到MM1192芯片的第6脚DATA IN，经发送电路的处理成为差分信号，由9，10脚OUT（A），OUT（B）输出。为了保证通信距离，避免MM1192芯片内置驱动能力不足，选用外置的Q6，Q7两个三极管增加驱动能力，信号经过C21，C22的耦合后到达输出端口。

只有当OUT（A），OUT（B）信号存在高低差值时，识别为“0”；没有电压差异，识别为“1”，与OUT（A），OUT （B）哪个的信号无关。因此两个信号不需要进行区分，就是通常说的“无极性”。图6所示为数据发送理想波形。

实际中的器件发送时间延迟Td1，Td2，Td3，Td4，分别为0.4 μs，0.5 μs，1.0 μs，1.2 μs，使用时需要考虑这些时间延迟。图7所示为数据发送实际波形。

图6　数据发送理想波形

图7　数据发送实际波形

3.3HBS协议的应用

在多联中央空调系统中，HBS总线通信方式一般都采取半双工（无极性2线制，但在发送数据时是全双工），异步传输方式，起始位长1 bit，数据位长8 bit，采用奇/偶校验，停止位1 bit，传送速度9.6 kbps。

有些多联中央空调系统比较庞大，室外机组多达4台并联，每组室外机组又连接着最多可达256台室内机组，每个室内机组有自己的线控器或遥控器。如此庞大的控制系统，必然存在很多的数据交换：室外机组间需要进行控制协调，室外机组与室内机组间存在各种命令发送、机组运行参数状态报告、故障信息等数据；室内机组与线控器间也是这样。

4　发送数据及接收数据的处理过程

4.1发送数据

空调机组控制器的通信状态始终处于接收信号状态下，只有满足下列条件开始发送信号：需要向外部（其他控制器）要求数据；有来自外部（其他控制器）的需求；收到数据（回复ACK）；定时通信；在机组电控检验、线路板自检、上位机有数据要求时。

当空调机组控制器有发送通信请求发生时，为避免通信线路上数据冲突，需要检出数据上的载波，确认线路上无任何信号后再发送信号。检测的方法是将信号输入端与MCU中断输入端口短接，如果中断没有在载波检出时间以外发生，则认为通信线路上没有载波信号。通信口接收到通信数据而引起外部中断，中断程序对数据进行接收处理，自身发送的数据也进行中断接收处理。

空调机组控制器数据发送以全双工的方式进行，单片机（MCU）对接收到的自身发出数据检出奇偶校验故障、帧故障、超限故障、自身发送数据与接收数据不一致时，则认为在通信线路上存在数据冲突，但识别码不进行冲突检出。如果接收检出奇偶校验故障、帧故障、超限故障，则中止接收，此前接收到的数据废弃，变为识别码等待状态。

通信数据收到后，空调机组控制器在下列场合需进行回信处理。

（1）控制器发送通信数据时发生数据冲突，需再次重复数据发送，通信数据重发时，不进行载波检出，对于ACK不回信。

（2）控制器自身数据发送后，一定时间内（可设6 ms）不能接收到来自外部的回信，就再次发送通信数据。但发送广播数据时，不进行无应答检查。在向没有物理连接的部分发送数据时（例如空调室内机组遥控器与室内机组之间为无物理连接），ACK和NAK在一定时间内（可设6 ms）返回，否则再次发送通信数据。对于自身向无物理连接部分发送数据的情况，应以得到反馈的信息为准。

（3）如果控制器已经连续进行了两次重发数据都没有收到回信，则需延长较长一段时间再启动重发（可设100 ms），如果发送对象为多个，则100 ms后就变更对象发送；如果在100 ms中止期间接收到了其他部分的通信数据（ACK/NAK除外），就终止100 ms等待期，不再待机，设定载波检出时间。

（4）空调机组控制器发送信息后，如果收到NAK后需进行数据重发。

（5）控制器连续进行了3次同一发送对象的尝试（即中间停顿了2次100 ms）或所有的发送对象地址均尝试完毕后，等待较长一段时间（可设10 s），重新开始，直到一定时间后（可设3分钟），认为出现通信故障：包括控制器自身故障和通信对象故障。

（6）控制器自身故障，每隔10 s时间重复上述过程；对于通信对象故障，不再重复。

4.2接收数据

如果空调机组控制器接收数据有效，对发送方（要求回送数据的除外）发送“ACK”，但是对于广播信息不发送“ACK”，发送方在接收到“ACK”数据一定时间（可设4 ms）内对其他部分（例如其他空调机组室内机组控制器）发送数据；空调机组控制器接收数据有效时，对来信部分要求回送数据的，应根据要求向发送方直接回应数据，回信应该在一定时间内（可设4 ms）；空调机组控制器接收到数据后，需进行校验，如果接收故障发生，或内容异常，则接收到的数据作废，需向发送方（要求会送数据的除外）发送“NAK”，发送方在接收到“NAK”数据一定时间（可设4 ms）内对其他部分（例如其他空调机组室内机组控制器）发送数据。

如果接收到的发送数据的地址与控制器自身地址不同，则接收到的数据作废。如地址相同，则将接收到的数据存放到控制器MCU设定的存储单元。

5　结语

HBS总线是双绞线无极性连接，特别适用于多联机空调等需要现场施工的设备；电路可靠，抗干扰能力很强；总线拓扑方式灵活，对节点限制小；成本低；通讯距离长；方便组成多主或对等网络；即插即用，地址自动竞争；可两条线同时实现供电和通讯（如空调线控器）。

通过MM1192总线控制芯片，利用单片机MCU可对多联中央空调系统进行包括开关机、制冷/热、通风、设定温度等常规控制，也可进行空调运行数据（如温度、压力等系统参数及电流、电压等）的采集和传递，通过一套HBS总线可将多达256台室内机组进行联网控制，也可通过上位机电脑软件界面对多组空调机组进行集中监控或计费。目前，这种方式在现实生活中得到了越来越广泛的应用。

[1]王志刚，徐秋生，俞炳丰.变频控制多联式空调系统[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]刘洋.基于HBS总线的商用空调系统的GSM远程控制器的设计与实现[D].济南：山东大学，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，湖南常宁，硕士，副教授；研究方向：控制工程。