CN102752022A - 电力线通信方法及其帧响应方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力线通信的帧响应方法及装置，用于处理从电力线接收到的帧，该方法包括获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；帧寻址；以及根据帧的第一类别属性对帧进行相应的处理；所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。该装置包括第一至第三三个模块，第一模块用于获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；第二模块用于帧寻址；第三模块用于根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理；所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。本发明还涉及采用该帧响应方法的电力线通信方法。本发明方法和装置能够使多个兼容电力线通信的设备连接在同一电力线组成网络进行通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电力线的通信方法及装置，特别涉及电力线通信的帧响应方法及装置，以及采用这种帧响应方法的电力线通信方法。
背景技术
电力线通信技术是一种利用现有的电力网络进行数据通信的技术。近年来，随着物联网技术的发展，电力线通信技术由于具有节省二次布线成本、网络覆盖面广等特点，在智能家居、家庭安防、智能电网等领域的应用越来越广。
但是，现有的电力线通信技术都是点对点的通信，在同一条电力线上，有一个发送设备通过电力载波设备将调制后的信号发送到电力线上，另一端有一个接收设备通过电力载波设备将信号解调出来。这就使电力线通信技术的应用范围受到了限制，不能实现多个设备联网通信。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电力线通信的帧响应方法及装置，使多个使用电力线通信的设备可以组成网络进行通信。
本发明电力线通信的帧响应方法，用于处理从电力线接收到的帧，它包括：获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；帧寻址；以及根据帧的第一类别属性对帧进行相应的处理；所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。
优选地，所述根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理包括：当帧的第一类别属性为数据帧时，对该帧进行数据帧处理；以及当帧的第一类别属性为回应帧时，对该帧进行回应帧处理；其中，
所述数据帧处理包括：获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别；从数据帧中提取并记录承载的数据；检验该数据帧的完整性；以及根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线；所述数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧。所述回应帧处理包括：从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作。
优选地，所述帧寻址包括：从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址；以及从回应帧中提取所述发送设备地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，实现回应帧寻址。
优选地，所述帧寻址包括：从数据帧中提取接收设备地址，实现数据帧寻址。
优选地，电力线通信的帧响应方法还包括从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值比较，排除错误帧。
本发明还提供了一种基于电力线的通信方法，包括：至少一个设备构造数据帧，并向电力线发送数据帧；以及至少一个设备从电力线接收数据帧，并采用上述任意一项所述的帧响应方法响应数据帧；所述数据帧包括帧的长度值、协议ID、发送该帧的设备的地址，帧的类型以及帧的校验信息。
本发明电力线通信的帧响应装置，用于处理从电力线接收到的帧，它包括第一至第三三个模块，第一模块用于获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；第二模块用于帧寻址；第三模块用于根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理；所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。
优选地，所述第三模块包括数据帧处理模块和回应帧处理模块；其中，所述数据帧处理模块包括：用于获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别的子模块；用于从数据帧中提取并记录承载的数据的子模块；用于检验该数据帧的完整性的子模块；以及用于根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线的子模块；所述数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧。所述回应帧处理模块包括：用于从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作的子模块。
优选地，所述第二模块包括：用于从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址的子模块；以及用于从回应帧中提取所述发送设备地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，实现回应帧寻址的子模块。
优选地，所述第二模块包括：用于从数据帧中提取接收设备地址，实现数据帧寻址的子模块。
优选地，电力线通信的帧响应装置还包括：用于从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值比较，排除错误帧的模块。
本发明方法和装置能够使多个使用电力线通信的设备连接在同一电力线组成网络进行通信。
附图说明
图1为本发明一些实施例基于电力线的通信网络的示意图；
图2为本发明一些实施例电力线通信的帧响应的流程图；
图3为本发明一些实施例数据帧处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1示出了一些实施例基于电力线的通信网络。如图1所示，该基于电力线的通信网络包括电力线通信设备1、电力线通信设备2、……、电力线通信设备n，共n个电力线通信设备，n个电力线通信设备连接于同一电力线上，每个电力线通信设备包括电力线通信模块和主控模块，电力线通信模块和主控模块通过UART接口相连接，理论上n可以是任意的自然数。
在一些实施例中，电力线通信设备的主控模块采用ST公司的STM32嵌入式处理器，电力线通信模块采用四川科强电子有限公司的KQ-130F电力载波模块，KQ-130F电力载波模块通过UART接口与STM32嵌入式处理器的UART接口相连接，二者之间的通信采用TTL电平。每个电力线通信设备都支持两种工作状态：发送和接收。作为发送端时，STM32内部的数据，通过UART接口发送到KQ-130F电力载波模块，再经由KQ-130F电力载波模块发送到电力线上；作为接收端时，从电力线上传输来的数据，通过KQ-130F电力载波模块，由UART接口发送到STM32上。
数据以帧为单位进行传输。设置了两种帧，一种帧是数据帧，用于承载信息以及控制命令；另一种帧是回应帧，用于接收设备在接收到数据帧以后，回应发送设备，对数据帧确认或者错误报警。数据帧和回应帧采用不同的帧格式，数据帧内的信息包括：协议（指本电力线通信的通信协议）ID、帧的长度、帧的类型、帧的内容（即帧承载的信息和命令）、帧校验信息等。回应帧包含：协议（指本电力线通信的通信协议）ID、帧的长度以及帧接收状态信息等。在上面两种帧中，每部分信息用一个或者多个字节表示。
表 
表1示出了一些实施例中的数据帧的结构，如表1所示，该数据帧由六部分组成，共八个字节。第一个部分是帧长度，占一个字节，作为数据帧它的值应该取7。第二部分是协议ID，占一个字节，规定取0xFF以标识本协议。第三部分是数据发送设备的地址，占一个字节，记录发送设备的地址，以在回应该数据帧的时候唤醒该设备。第四部分是帧的类型，占一个字节，表明本帧是一个命令控制帧或者是一个承载信息的信息帧，如果是信息帧时该部分还包含信息的类型，如电流、电压、温度等。第五部分是帧的内容，如果第四部分表明本帧是命令帧，则第五部分就是具体的命令，占三个字节，共有224=16777216种命令；如果第四部分表明本帧是信息帧，则第五部分就是具体的信息，可能是具体的电压值、电流值或者温度值等。第六部分是帧校验信息，占一个字节，通过将前面五个部分的字节相加，对256取余，得到一个小于256的值，存储在第六部分，在接收数据的时候，用于校验帧的完整性。可以理解地，帧内容也可以用四个字节或更多的字节或更少的字节来承载，并且六个部分的顺序并不限于表1中的顺序，可以是任意一种固定的顺序。
表 2
| 第一个字节 | 第二个字节 | 第三个字节 | 第四个字节 |
| 帧长度 | 协议ID | 发送设备地址 | 帧状态 |
表2示出了一些实施例中的回应帧的结构，如表2所示，该回应帧由四部分组成，共四个字节。第一个部分是帧长度，占一个字节，作为回应帧它的值应该取3。第二部分是协议ID，占一个字节，规定取0xFF以标识本协议。第三部分是数据发送设备的地址，占一个字节，记录发送设备的地址。第四部分为数据帧的接收状态信息，占一个字节。
表 3
| 取值 | 0 | 1 | 2 | 3 | 5 |
| 含义 | 数据正确 | 校验错误 | 无法识别的命令 | 无法识别的数据 | 错误的帧类型 |
表3示出了一些实施例中数据帧的接收状态信息，共包括6种，分别用不同的数值表示。
图2示出了一些实施例中电力线通信的帧响应方法。下面结合图2进行说明。
在步骤S100中，开始该处理流程。
在步骤S101中，获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性。第一类别属性包括数据帧和回应帧。第一设定值和第二设定值分别是在定义帧格式时，规定的数据帧和回应帧的长度。
例如，在一些实施例中，可以通过检测帧的第一字节的值，获取帧的长度值，当帧的长度值为7时，确定该帧的第一类别属性为数据帧，当帧的长度值为3时，确定该帧的第一类别属性为回应帧。
在步骤S102中，进行帧寻址。针对不同的应用环境，设计了不同的帧寻址方式。
在一些实施例中，可能只有一个接收设备，而其余的都是发送设备，例如在远程抄表应用中。在这些实施例中，可以利用发送设备的地址进行帧寻址。具体地，帧寻址包括：从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址；从回应帧中提取发送设备（仍然是指数据帧的发送设备）地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，如果相同则该回应帧是发给自己的，否则丢弃该帧，从而实现了回应帧寻址。
在一些控制应用中，可能有多个接收设备，例如用连接在电力线的一个设备控制连接在该电力线的其它设备。在这些实施例中，可以利用接收设备的地址进行帧寻址。具体地，在数据帧中包括接收设备地址，多个设备接收到该数据帧后，从数据帧中提取接收设备地址，判断该数据帧是否是发给自己的，从而实现数据帧寻址。而由于只有一个发送设备，接收设备发给发送设备的回应帧的寻址，也可通过收设备地址实现，即在回应帧中包括接收设备（仍然指数据帧的接收设备）地址，多个设备接收到该回应帧后，从回应帧中提取接收设备地址，与对应数据帧中的接收设备地址比较，相同则该回应帧是发给自己的；不相同则该回应帧不是发给自己的，做丢弃处理。
在一些实施例中，包括多个设备，每个设备都有可能是数据发送设备，也都有可能是数据接收设备。在这些实施例中，数据帧采用接收设备地址寻址，而回应帧采用发送设备地址寻址。
在一些实施例中，利用现有的嵌入式处理器的UART多处理器通信机制，将嵌入式处理器的UART寄存器的地址值作为接收设备的地址，以便在发送的时候寻址。
在步骤S103中，根据帧的第一类别属性对帧进行相应的处理。
在一些实施例中，根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理包括：当帧的第一类别属性为数据帧时，对该帧进行数据帧处理；当帧的第一类别属性为回应帧时，对该帧进行回应帧处理。
在步骤S104中，结束本次响应处理。
图3示出了一些实施例中，数据帧处理的方法。下面结合图3说明。
在步骤S200中，开始该处理流程。
在步骤S201中，获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别；数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧。
在一些实施例中，规定数据帧的第四字节存储帧的第二类别属性，则在这些实施例中，通过检测数据帧的第四字节，获取数据帧的第二类别属性。
在步骤S202中，从数据帧中提取并记录承载的数据，可能是信息，也可能是命令（计算机可执行的控制指令）。
在一些实施例中，规定数据帧的第五字节到第七字节承载数据，则在这些实施例中，通过检测第五字节到第七字节的值，获得该数据帧承载的数据。对于信息帧，获得的数据是信息，对于不同的应用，承载的信息不同，例如，该承载的信息可以是电流值、电压值、温度值等。对于命令帧，获得是的数据是命令。
在步骤S203中，检验该数据帧的完整性。
在一些实施例中，规定数据帧的第八个字节存储帧校验信息，则在这些实施例中，通过提取第八个字节中的帧校验信息，并核算，来检验接收的数据帧的完整性。核算的方法是，首先采用与发送设备计算数据帧校验信息相同的方法计算校验信息，再与从数据帧中提取到的校验信息比较，相同则说明数据帧是完整的。一些实施例中，将接收到的数据帧的前七个字节的值相加，对256取余，来计算校验信息，即。
在步骤S204中，根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线。
在步骤S205中，结束数据帧处理，返回。
一些实施例中，回应帧处理包括：从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作。
例如，回应帧中数据帧的接收状态为正确时，判断所有数据是否发送完，如发送完则结束通信，否则发送下一个数据帧；回应帧中数据帧的接收状态为校验错误时，可设置为重新发送该数据帧；回应帧中数据帧的接收状态为类型错误或无法识别的命令或数据时，可报警并记录日志，或者设置为重发该数据帧，在重发一定次数均失败后报警并记录日志。
此外，一些实施例中，还设定了回应帧的最长等待时间，例如2s，如果发送设备发送完数据帧以后，2s内没有接收到回应帧，则视为发送失败，重新发送该数据帧。失败次数达到设定值，停止发送，并记录日志、报警。
为了进一步保证通信的可靠性，在一些实施例中，电力线通信的帧响应方法还包括从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值（即规定的协议ID，一些实施例中为0xFF）比较，排除错误帧的步骤。
在一些实施例中，通过有限状态机对从电力线接收到数据帧和回应帧进行处理。
根据本发明，可以用一些电力线通信的帧响应装置处理从电力线接收到的帧。一些实施例中，电力线通信的帧响应装置包括：第一至第三三个模块，第一模块用于获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；第二模块用于帧寻址；第三模块用于根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理；所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。
在一些实施例中，第三模块包括数据帧处理模块和回应帧处理模块。其中，数据帧处理模块包括：用于获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别的子模块；用于从数据帧中提取并记录承载的数据的子模块；用于检验该数据帧的完整性的子模块；以及用于根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线的子模块；所述数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧。回应帧处理模块包括：用于从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作的子模块。
在一些实施例中，第二模块包括：用于从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址的子模块；以及用于从回应帧中提取所述发送设备地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，实现回应帧寻址的子模块。
在一些实施例中，第二模块包括：用于从数据帧中提取接收设备地址，实现数据帧寻址的子模块。
在一些实施例中，电力线通信的帧响应装置还包括：用于从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值（即规定的协议ID）比较，排除错误帧的模块。
本领域技术人员可以理解，在模块的具体实现上，尤其是通过软件实现各个模块功能时，可以存在多种可选方案。例如，可以将某两个或多个模块合并成一个模块，也可以将某个模块分割成两个或多个模块。
本发明至少一些实施例具有以下有益效果：提出了一种基于STM32芯片的UART多处理器通信机制和窄带电力线通信的协议，该协议规定了数据的发送与接收的帧格式、寻址方式、帧响应机制以及帧解析方式，通过本方法可以使多个兼容电力线通信的设备连接在同一条电力线上组成网络，并可以相互进行通信。可以在保留现有的智能终端设备的基础上，方便地控制支持WirelessHART协议以及电力线通信的用电设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1. 一种电力线通信的帧响应方法，用于处理从电力线接收到的帧，其特征在于，包括：
获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；
帧寻址；以及
根据帧的第一类别属性对帧进行相应的处理；
所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。
2.根据权利要求1所述的帧响应方法，其特征在于，所述根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理包括：
当帧的第一类别属性为数据帧时，对该帧进行数据帧处理；以及
当帧的第一类别属性为回应帧时，对该帧进行回应帧处理；
所述数据帧处理包括：
获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别；
从数据帧中提取并记录承载的数据；
检验该数据帧的完整性；以及
根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线；
所述数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧；
所述回应帧处理包括：从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作。
3.根据权利要求2所述的帧响应方法，其特征在于，所述帧寻址包括：
从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址；以及
从回应帧中提取所述发送设备地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，实现回应帧寻址。
4.根据权利要求2所述的帧响应方法，其特征在于，所述帧寻址包括：从数据帧中提取接收设备地址，实现数据帧寻址。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的帧响应方法，其特征在于：还包括从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值比较，排除错误帧。
6.一种电力线通信方法，其特征在于，包括：
至少一个设备构造数据帧，并向电力线发送数据帧；以及
至少一个设备从电力线接收数据帧，并采用权利要求1-5任意一项所述的帧响应方法响应数据帧；
所述数据帧包括帧的长度值、协议ID、发送该帧的设备的地址，帧的类型以及帧的校验信息。
7.一种电力线通信的帧响应装置，用于处理从电力线接收到的帧，其特征在于，包括：
第一模块，用于获取帧的长度值，与第一设定值和第二设定值比较，确定该帧的第一类别属性；
第二模块，用于帧寻址；以及
第三模块，用于根据帧的第一类别属性对该帧进行相应的处理；
所述第一类别属性包括数据帧和回应帧。
8.根据权利要求7所述的帧响应装置，其特征在于：所述第三模块包括数据帧处理模块和回应帧处理模块；
所述数据帧处理模块包括：
用于获取数据帧的第二类别属性，确定该数据帧承载的数据的类别的子模块；
用于从数据帧中提取并记录承载的数据的子模块；
用于检验该数据帧的完整性的子模块；以及
用于根据数据帧的接收状态执行相应操作并构造回应帧发送到电力线的子模块；
所述数据帧的第二类别属性包括信息帧和命令帧；
所述回应帧处理模块包括：用于从回应帧中获取数据帧的接收状态，并根据数据帧的接收状态执行相应操作的子模块。
9.根据权利要求8所述的帧响应装置，其特征在于，所述第二模块包括：
用于从数据帧中提取并记录发送设备地址，根据发送设备地址判断自己是否是该数据帧的接收设备，实现数据帧寻址的子模块；以及
用于从回应帧中提取所述发送设备地址，与对应数据帧中的发送设备地址比较，实现回应帧寻址的子模块。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的帧响应装置，其特征在于：还包括用于从帧中获取帧的协议ID，与第三设定值比较，排除错误帧的模块。
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