MDV-Link通信技術特點及應用分析

梁銳

（上海美控智慧建筑有限公司）

1 引言

20 世紀70年代開始發展的樓宇自控系統已逐漸發展成為一個全球性產業。據樓宇服務咨詢公司BSRIA估計，2017年，僅樓宇自控系統硬件和軟件的銷售額就超過了70億美元，而附加服務可能會使這一數字翻番。中國樓控市場經歷了30年的發展，到了2021年，加上樓宇自控系統的附加服務（通信設備、盤柜、線纜）以及調試、維保服務，才71億元左右（見圖1）——除了受限于中國建筑建設和運營模式，缺少合適的通信技術也是影響整個樓宇自控市場發展的重要瓶頸[1]。

圖1 2021中國樓宇自控行業市場規模及構成

2 MDV-link通信技術介紹

現有的樓宇自控行業里的總線通信技術里，既有起源于工業現場應用的Mobus 技術，還有起源于采暖、通風、空調行業的BACnet技術，甚至包括專為樓宇設計的Lonworks 技術，汽車行業CAN 技術等等，都受限于起源時期的時代背景和行業技術局限，各自的通信系統網絡都采用各自封閉的形式，不同廠家的DCS 系統之間以及DCS 與樓宇自控系統之間難以實現網絡互聯和信息互聯，更是滿足不了施工應用現場對于布線，抗干擾的諸多要求，比如強弱電分離、手拉手總線連接、必須用屏蔽線或者雙絞線、增加匹配電阻等等諸多要求[2]。不僅僅是現場施工難度大，對施工人員技能要求高，對于施工成本和周期也是造成很大的增加；MDV-link通信技術是我國基于樓宇自控行業應用特點開發的，采用TDMA通信機制，充分考慮現場環境的復雜性，在實現供電同時進行通信，從硬件及底層算法進行創新，通過對應的主站芯片、從站芯片的主從機制；在簡化安裝、降低出錯率，通信總線抗干擾，帶載供電以及近零的待機功耗等參數上都有明顯的優勢，是目前樓宇自控行業通信技術的最優選擇之一。基于MDV-link通信芯片的設計（見圖2）主要包括三個部分：①通過整流橋、接收模塊和發送模塊實現芯片的通信功能；②由輔助功能電路和恒流穩壓源主要構成芯片的電源部分，確保芯片電路正常的供電電源；③由供電切換電路和LDO 穩壓源組成，實現對從電路的電路供電。

圖2 MDV-link通信芯片收發電路[3]

3 MDV-link通信技術特點分析

3.1 任意拓撲、自由連接

MDV-link 基于主從通信結構、供電、任意拓撲、抗干擾等樓宇自控行業設計和施工的五大痛點，采用電壓電流混合通信方案，通過從對主回傳數據設計高頻脈沖電流，融合寬幅電壓混合通信技術基于通信線帶載的需求和主從結構，主機下發數據采用寬幅電壓(0-24V)基帶傳輸，方向圍繞供電效率和減小反射帶來的影響，避開任意拓撲帶來的多點終端反射問題的同時大幅提升了抗干擾能力。

通過主對從下發數據設計寬幅電壓調制（見圖3），保證供電能力的同時大幅提高了信噪比，減弱反射、噪聲等帶來的影響，同時結合電平配脈寬識別算法、總線電荷泄放技術、總線短路檢測識別算法、短路恒流恢復檢測技術、MOSFET無極通信技術，實現了通信線兩芯無極、任意拓撲、自由連接，樓宇自控系統里面各系統設備之間的任意快速連接，省時省錢省成本。

圖3 單一幅值調制為幅值配脈寬 ＜Vmin 10∽45us

3.2 強抗干擾性，不需屏蔽線

通過創數據模型波形比對還原重構技術，基于類圖像識別，面積比對的理念，實現了波形衰減和畸變后最大限度的正確識別。根據樓宇現場設備靈活安裝的特點，長距離、多節點，復雜的工業現場環境的不確定性，安裝、線材參數的不確定性、長時間參數的衰退和老化，導致接收端信號波形也具有不確定的衰減和畸變，加上當前濾波效果和MCU端口固定閾值高低電平單點采樣識別判斷的局限性，給機器各類工程現場長時間通信穩定性帶來了挑戰。基于傳統的濾波只能解決短時間峰值平滑，部分特定頻率有效，對于整個信號波形長時間大幅值的畸變，難以起作用。通過大數據分析，創新性的采用IIR數字濾波技術、通信電壓平臺實時校準技術、基于上升沿的基準波形構建技術、數據模型比對算法等關鍵技術，通過基準波和實際波形的多點比對（見圖4），從圖像識別及概率的方向上實現了傳統濾波所不能達到的效果，最大程度將波形還原回來，技術上保證了機器的市場環境適應能力和長期運行的穩定性和可靠性。

圖4 數據模型比對算法還原

通過數據模型比對算法還原重構技術，信號識別由傳統的單點固定閾值識別轉變為面積比對的思想，在有干擾的情況下，從數學和統計學的角度，實現對受干擾波形的理論最大概率正確識別。

3.3 分時控制、安全可靠

通過三狀態的總線精準分時傳輸控制技術，采用三電平五時段配合的總線時序，實現了電源和信號的精準分時傳輸，無須傳統載波技術每個通信節點需要的信號加載和耦合的電容，信號阻斷的大電感，以最低成本和體積實現通信線供電，完美解決了樓宇系統里面占據50%以上空調份額的多聯機40年同冷媒系統所有室內機必須統一供電的要求，實現靈活分開供電。首創了總線分時傳輸控制技術，創新性的設計了總線三種控制時序狀態（見圖5），結合節點時鐘一致校準技術、通信供電時間變比技術、通信0和1波形最優組合技術，實現同一個介質既傳輸電源，又傳輸信號，同時電源和信號無須額外分離，相比傳統載波技術，每個通信設備節點，無須信號加載和耦合的電容，無須阻斷信號的大電感，沒有電感電容參數計算選擇不合適導致的通信質量問題，使得小體積和大規模應用成為可能；通信線雖然帶載，但是完全符合IEC/EN 60335 SELV 安全低電壓設計，100%保證安裝維修使用過程中的人身安全。

圖5 精準分時傳輸控制技術

4 應用前景分析

MDV-link 通信技術是圍繞樓宇自控布線的痛點量身設計的新型通信技術，不僅僅解決了布線中材的成本問題，同時也大大地降低了現場施工的難度和周期；比如中央空調行業里，通信布線占據整個施工10%～15%的安裝量，MDV-link 通信技術由于具備任意拓撲，自由連接以及不須使用屏蔽線等功能，可以減少1/3 左右通信線材，普通線材比屏蔽線成本減少1/3 以上，安裝工人的工作量也減少1/3 以上，這三個1/3無論是社會效益和經濟效益都是巨大的。如果把MDV-link 通信技術擴展至樓宇內部消防、安防、照明、電梯等行業，例如消防各類探頭、應急疏散、電氣火災監控、防火門監控等等均需用到既通信又供電的通信總線，通信的節點數、距離都遠多于中央空調，對任意拓撲、自由連接、無須屏蔽線的要求更強烈。

那這個社會效益將是更為巨大的。

MDV-link 通信技術對于通信總線精準分時傳輸控制技術，比如在系統待機期間，通過通信線給子設備供電，在有需求信息的時候喚醒總線，實現對電網接近為0 的功率消耗實現進一步的可能性；如在太陽能系統里，輸出就是直流，只需直接抬高MDVlink通信專用通信芯片的供電電壓，無須增加逆變并網電路，就能實現整套系統極低功耗待機，為低碳實現進一步的可能。

5 結語

MDV-link 通信技術很好地解決了目前通信應用上的痛點，比如對于布線路線和線材要求高，待機功耗偏大等等，如果能夠推廣普及到整個樓宇自控行業，將對整個行業帶來革命性影響。