维修格力中央空调多联机线控器XK103，带你了解串行通信编码 实践HBS的信号

jf201006

前面的小故事
老爷子家中的中央空调是格力的，房间的线控器不知什么时候坏了，显示“C0”。查过是通信故障，也过保了，就没有去管它。今年春节前，老爷子突然说要用这个房间，当时是联系了格力售后，售后人员速度也是上门快，我还没有到家就检测完了：说是线控板坏了。当我到家后看到，售后人员已经将另外一个小房间的线控板换到这个房间了，可以正常使用。坏的线控板一时没有，要回到公司订购。老太太说那个小房间的也不用，就现在这样吧。上门检测费用360大洋，线控板要120大洋。加WX付了￥360，要了线控器的使用说明，送走售后人员。
同一个房间更换一个线控器就能正常工作，应该是线控器本身有问题。春节几天把坏线控板拿来，没几个元件。既然在通信故障，是不是通信协议的转换芯片坏了呢？

主要分三部分：
一、拆线控器并抄主要电路
二、常见原件损坏确花整个正月进行维修
三、了解串行通信中常见编码及AMI码实践


一、拆画电路

线控板的故障是：显示“C0”，摸开关键滴滴报警，不能正常工作。
系统重新上电，自检过后能短暂触摸控线控板，几十秒后，显示“C0”。


线控板通过H1与H2接线端子接两根线，与主机通信。


线控板主板正面，板号：GRZ6L-B4


主板反面


主要元件


下面是屏和触摸板



屏的信息


触摸板及触摸主控


断断续续花几天时间画出了主要部分电路





二、维修

线控器主板的主要功能


由于上电时，线控器能显示、能进行操作，所以MCU（PIC18F87K90T）是没有问题的。“C0”也是提示通信故障，应该是线控器不能与主机通信。电路中有78L05，板上的主供电是5V。
通信部分使用了一颗MITSUMI的MM1192，符合日本电子工业协会（EIAJ）制定的家庭总线系统（HBS）规范（瑞盟MS1192可以代换）。在发送接收单元中采用AMI编码方式，可使用双绞线进行互联，信号传输采用差分方式。采用单电源5V供电，并且内部集成了输出三极管，减少了外围电路所需的元件数量。


MM1192的管脚功能


内部功能框图


主要输入/输出波形及延时


采用内部三极管时的典型应用电路



线控器与主机的通信过程是：MCU的6脚是串行数据发送引脚，发送的数据在U2的6脚接收，经内部转换为差分信号（AMI码），收9脚和10脚输出，通过C22和C24隔离直流，送入总线。
总线的数据信号通过C20和C21隔离直流，由U2的16脚和15脚进行接收，经过内部转换为TTL信号，由1脚输出，送入MCU的5脚进行地数据接收。


先测量一下供电电压：


在H1与H2不分正负接入8V直流电，7805输出为4.4V，应该是整流桥D3的压降大。调整电压到8V时，7805输出4.92V；调整到12V时。7805输出为4.93V。这时，ZD1两（7805输入）端为9.8V，差模电压L3两脚分别为0.25V和0.22V。稳压工作正常。
在电路板上找到相应通信的焊盘点，准备上逻辑分析仪，看看收发数据的情况，是不是MM1192坏了。



（一）测试MM1192是否故障



挂上逻辑分析仪


5V供电，上电后，前20秒的发送和接收数据。
由于没有与主机通信，MCU发的数据到总线上后又返回接到收到



设定好波特率，进行串行解码


发出的数据与接收的数据相同


前4 秒有密集的数据


4秒后，每隔0.6秒都有基本相同的几桢数据


这是格力的协议，不多说。检查一下MM1192的延时

MM1192应该没有坏。




（二）测试差分通信

拆掉C20、C21，使其不能从总线接收数据，用逻辑分析仪验证，没有接收数据


既然是差分通信，那么两根通信线应该没有区分
于是更调换了从总线来的两根输入线


用逻辑分析仪验证，接收到了发送出的数据


所以差分通信的两根线是不区分的。
线控板的供电也是通过这两根线供给的，是有正负区分的，由于两根通信线不区分，所以在供电部分有桥式整流。



（三）实地测试

有次看望老爷子时带着笔记本和用逻辑分析仪，将坏线控大在挂在系统上进行测试。
发现MCU的6脚发出数据，经MM1192环回后就变了


另一个好的线控板的环回数据就是正常的，
与这个坏的生产时间不一样，也有一些小不同


屏线也不同


为什么离线测试都正常，在线工作时不正常？
陷入困境



（四）原来是个简单故障

回来后想了下，除了测量地点不一样，就是线控器的馈电方式不同。
在家测试时，是用5V直接给板子供电，现场时是通信线通过通信口（H1H2）供电的。
于是，用12V直流电从通信口供电，测量5V正常。
用上逻辑分析，果然与出了与现场一样的情况：MCU发出的数据，通过MM1192环回后就不同了。
难道是差模电感L3坏了？
跳过L3，在7805的输入端接12V供电，环回的数据一致了！
测量一下电感L3


虽然与标称24mH有出入，但两组数据基本一致，组间也没有短路，应该没有坏。
剩下主是两下滤波电容了，拆测



果然露出了原形，左边是7805的输入滤波电容，只剩22uF了。
这个电容是是6.3x5.4的小体积电容，手头没有小体积的电容，只能用SMD贴片铝电解电容替换原来的电容，下单，等。
先用一个普通的470uF代换。
（其实已经好了，下面的画蛇添足！！）
满怀信心的从通信口供电测量，环回的数据还是不一致！

什么情况呢？想一下，MM1192输出的信号送到总线上，总线同时馈电，电源输出一般都有滤波电容，AMI码的信号会当成杂波被滤除了。
这就是电路中有差模电感L3存在的原因，自己做一个


线有点粗，与L3相比，感抗和阻值不够，接在通信口上试试


环回的数据还是有错误，又在通信口上各串入一个22欧姆的电阻，这回环回的数据对了，但偶尔会不一两个字节的误码。
买回的贴片电容到了，体积大小正好。


换上，并在7805的输入多并联了一个电容



隔天进行实地测试
这个好线控的面板换到要用的房间了，其主板上是有两个镂空的，所以座上两下突起，


经测试，可以控制，功能正常


以上就是一个简单的故障，用了一个月才修好。


由于图片较多，后面的理论部分和HBS中的信号实践就另起一层楼了


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jf201006

三、串行通信中常见编码

老鸟请自行飘过

（一）不归零码

不归零编码(Non-Return-to-Zero line code，NRZ)在每个比特位中间变化时刻都不用回归零位。比如用“1”表示有波形，中间时刻不用回归零位；用“0”表示没有波形。

1.1 单极性不归零(NRZ)码



在表示一个信息码元时，二进制符号“1”和“0”分别对应基带信号的正电平和零电平，在整个码元持续时间，电平保持不变。单极性NRZ码具有如下特点：
1.2 双极性不归零(NRZ)码


在此编码中，“1”和“0”分别对应正、负电平。


（二）归零码

归零码(Return-to-Zero line code，RZ)是指它的有电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电平，即还没有到一个码元终止时刻就回到零值的码型。

2.1 单极性归零(RZ)码



如上图，在传送“l”码时发送1个宽度小于码元持续时间的归零脉冲；在传送“0”码时不发送脉冲。
脉冲宽度与码元宽度之比叫占空比。


2.2 双极性归零(RZ)码



双极性归零码构成原理与单极性归零码相同，如上图。“1”和“0”在传输线路上分别用正和负脉冲表示，且相邻脉冲间必有零电平区域存在。
对于双极性归零码，在接收端根据接收波形归于零电平便可知道1比特信息已接收完毕，以便准备下一比特信息的接收。所以，在发送端不必按一定的周期发送信息。可以认为正负脉冲前沿起了启动信号的作用，后沿起了终止信号的作用。因此，可以经常保持正确的比特同步。即收发之间无需特别定时，且各符号独立地构成起止方式，此方式也叫自同步方式。

以上四种编码
单极性码：依赖的低电平及高电平分别与二进制符号的“0”与“1”对应；
双极性码：二进制“0”、“1”分别与正负电位相对应；
归零码：脉冲比码元宽度窄，每个脉冲后都回到零电平。
从编码波形中可以直接反映出码元的“1”与“0”，属于绝对码。


（三）信道传送中常用的相对码

相对码与上面的绝对码不同，是利用码元的“1”与“0”的变化（相位）进行编码的。

3.1 差分码



在差分码中，不是用码元本身的电平表示消息代码，“1”、“0”分别表示相邻码元用电平跳变或不变来。若用电平跳变来表示“1”，称为传号差分码记作NRZ(M)。


若用电平跳变来表示 “0”，称为空号差分，记作NRZ(S)。
由图可见，这种码型在形式上与单极性或双极性码型相同，但它代表的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元的电位变化有关。
差分码的特点是，即使接收端收到的码元极性与发送端完全相反，也能正确地进行判决。

3.2 AMI（Alternate Mark Inversion）码


AMI码的全称是传号交替反转码。此方式是单极性方式的变形，即把单极性方式中的“0”码仍与零电平对应，而“1”码对应发送极性交替的正、负电平。这种码型实际上把二进制脉冲序列变为三电平的符号序列（故叫伪三元序列）。

3.3 Manchester 码



Manchester（曼彻斯特）码又称为数字双相码或分相码。它的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲来表示。如“l”码用正、负脉冲表示，“0”码用负、正脉冲表示。

3.4 CMI码



CMI码是传号反转码的简称，其编码规则为：“1”码交替用“00”和“11”表示；“0”码用“01”表示。

3.5 反向不归零（NRZI）码



反向不归零编码（Non Return Zero Inverted Code），即信号电平翻转表示“0”，信号电平不变表示“1”。

3.6 密勒码



密勒码(Mi11er)又叫延迟调制码。码元“1”中间出现跳变表示，用10或01表示；
“0”有两种情况：
单“0”出现在码元时，电平不变，而且在与相邻码元的边界处也不变；
出现连“0”时，在两个“0”的边界处出现电平跃变，即00与11交替。



四、MM1192的编码测量

（一）测量情况

测量现场


1.用1通道测量总线（H1与H2）


数据


放大


2.总线上的差分波形

H1与H2对板上的零电平（地）测量


放大


3.总线数据与1192DATAin波形

共地测量H1与1192的6脚


放大


4.MM1192的输入与输出

CH1测量1脚（data out），CH2测量6脚（data in）


放大


环回数据延时


与逻辑分析仪测出的1.5微秒差不多。



（二）HBS与AMI码

标准HBS（家庭总线）电缆将电源和数据从控制器传输到远程设备。HBS数据传输使用替代标记反转(AMI)和负逻辑编码，占空比为50%，其中双极脉冲表示逻辑“0”。负逻辑编码，相当于AMI的反相。
当收发器输出处于高阻抗或非活动状态时，逻辑“1”发生。对家庭总线通信的要求是总线上不能同时存在两个逻辑“0”条件。这是为了避免数据传输时线路上的饱和和功率问题。固件或通信软件主要负责确保满足这一要求。


AMI波形，适用于双绞线通信。
MM1192手册中给出的时序，是AMI的反相


1.差分的形成

看看差分测量时的电压


用通道2减去通道1所得到的就是总线上的差分波形


2.HBS总线上的数据

1.MM1192输入的数据与总线上的数据
共地测量，通道2测量1192的6脚（数据输入），通道1测量H1
根据HBS编码要求手工解几位码


根据串行通信要求，前面1位是起始位，中间是LSB（低位先传）的8位数据，最后1位是停止位。

2.总线上的波形表示的数据流





以上维修及学习，唠唠叨叨一帖。
谢谢观赏！

5460

高手啊，思路清晰，介绍得这么详细
话说售后的上门费真贵啊

xiaowei0304

厉害厉害，我家也是这个，收藏备用

kkdkj

好贴！牛又学到知识了。加分收藏加淘贴。

tongzijun

高手就是手高，复杂问题折腾的详细明白。

aping365

学到了不少，谢谢分享!

z01228

学到了不少，给我也许可以修好 但是不会分析的这么好

z01228

学到了不少，给我也许可以修好 但是不会分析的这么好

moontree

看似简单，维修起来需要多年经验积累。

南宁谢工

太厉害了，大佬会的真多，装备专业，如果是我，最多能修好，分析就不会了，我只能代换元件，用时间慢慢换结果，其它的我一点办法都没有。

12297282

学习一下核心科技

8139

老哥先庖丁解牛，然后目无全牛，实在是牛，就是那360块有点贵，要是不着急用，这360块也能省下来了

zjhchp

厉害厉害 专业！

androidjian

谢谢楼主分享

zsljm

太高端了，玩不转

dvd15

楼主是高手

风信子玉

教科书级的帖子，果然人与人的技能差距是一座大山

加旋

牛啊，又学到新知识了

2361656471

讨厌中央空调，还是分体空调舒服