CN102882744B - 总线通讯系统及该系统实现故障检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种总线通讯系统及该系统实现故障检测的方法，总线通讯系统包括总线通讯协议，总线通讯协议包括用于故障检测和系统同步的同步序列，所述同步序列为脉冲序列。本发明使检测信号与通讯信号融为一体，彻底解决了检测信号与系统原有的通讯信号之间相互干扰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种总线技术，具体的说涉及一种总线通讯系统及该系统实现故障检测的方法。
背景技术
总线技术（例如RS-485总线、CAN总线等）广泛应用于工业、交通、航天、医疗、商业等领域。通常一个总线通讯系统可以有数十到上百个通讯节点。为了布线方便和经济性，绝大多数总线在电气结构上采用线形并行结构，即所有节点都并连接在一条或两条共享信号线上（除了地线外）进行数据发送和接收。
线形并行总线结构也存在其固有弱点，即当总线上一个节点发生短路故障，若不能得到及时有效的处理，往往会导致整个总线系统无法正常工作，而短路点的快速（实时）准确定位目前还是一个技术难题。
现有技术中出现了一系列实时在线检测技术，其主要做法是在原有通讯系统中注入检测信号，如果系统出现故障，这些注入的检测信号会被故障点反射，根据这些反射信号可以判断故障点的位置和性质（短路、断路等等）。在给定条件下，这些检测技术可以达到实时在线故障检测的目的。
但是这些在线检测技术还存在的主要问题为：一、注入的检测信号与原有系统的通讯信号之间相互干扰的问题，既影响了通讯效果，也降低了故障检测的效果；二、针对不同的系统，需要对检测信号兼容性设计，使干扰降到最低，没有通用性，且同样存在干扰性问题。三、针对不同的系统可以对检测信号进行单独设计，但此种方式设计成本较高。
中国专利号“97193980.2”公开了一种总线修补器，公开日为1999年6月23日，包括一个与总线一起使用的协议观测器，一个用来检测总线上已知故障标志的状态机，和一个适用于在总线上干扰以防止具有这些标志的故障出现的干扰器。使用这样一个装置的系统包括一个总线，一个连接到该总线上的第一代理模块，一个连接到该总线上，用于按照一个总线协议向第一代理模块通信的第二代理模块，和连接到总线上的总线修补器，用来监测从第二代理模块到第一代理模块的通信以识别将会引起该装置中一个错误的一个事件，并用来通知该通信该事件已被避免。协议观测器，状态机和／或干扰器中的任一个都可以是可编程的。此专利技术只适用于电脑内部的总线结构，且该装置中的故障是指系统中的逻辑错误所引起的故障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的总线故障检测存在的上述问题，提供一种总线通讯系统及该系统实现故障检测的方法，本发明使检测信号与通讯信号融为一体，彻底解决了检测信号与系统原有的通讯信号之间相互干扰的问题，且故障检测的方法具有普适性，适用于目前常见的总线通讯系统及通讯协议。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种总线通讯系统，包括总线通讯协议，其特征在于：所述总线通讯协议包括用于故障检测和系统同步的同步序列，所述同步序列为脉冲序列。
所述同步序列为通讯协议中的物理层和链路层预先约定的一个脉冲序列，且所述同步序列为不全部为0或者不全部为1的序列。
本发明还包括用于发出同步序列的第一附加处理器和在总线通讯系统中选取的控制节点；所述第一附加处理器的一端与选取的控制节点连接并检测同步序列的故障回波，另一端连接到总线。
本发明还包括第二附加处理器，所述第二附加处理器用于检测同步序列并实现系统同步，一端与总线中除控制节点外的其他节点连接，另一端与总线连接。
所述第一附加处理器包括将同步序列信号注入总线系统的发射器和检测由故障引起的同步序列回波的接收器。
所述第二附加处理器包括检测由第一附加处理器发出的同步序列并达到帧同步的接收器。
一种总线通讯系统实现实时在线故障检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、选定一个节点作为控制节点，将第一附加处理器连接到选定的控制节点；
b、在每一个数据包的帧起始位置，由所述控制节点控制第一附加处理器发出一个同步序列；
c、在有故障发生时，所述第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况；
d、在没有故障发生时，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。
所述a步骤中，控制节点选定为总线通讯系统中的任一节点，优选为位于总线最外端的节点。
本发明的方法还包括在b步骤和c步骤之间，将总线上除控制节点外的各节点进行同步的步骤，具体过程为：第二附加处理器接收第一附加处理器发出的同步序列，各节点根据第二附加处理器接收到的同步序列进行同步。
所述b步骤中，由所述控制节点控制第一附加处理器的发射器发出一个同步序列；所述c步骤中，所述第一附加处理器的接收器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点。
采用本发明的优点在于：
一、本发明总线通讯系统，包括总线通讯协议，总线通讯协议包括用于故障检测和系统同步的同步序列，所述同步序列为脉冲序列，使检测信号与通讯信号融为一体，彻底解决了检测信号与系统原有的通讯信号之间相互干扰的问题。
二、本发明中的检测系统包括用于发出同步序列的第一附加处理器和在总线通讯系统中选取的控制节点；所述第一附加处理器的一端与选取的控制节点连接并检测同步序列的故障回波，另一端连接到总线，当系统发生故障，所述同步序列立即起到故障检测及定位的作用，因此完全解决了系统中检测信号与通讯信号之间相互兼容的问题，进一步说，由同步序列完成同步，与原有系统相比，提高了系统在低信噪比环境下可靠工作的能力。
三、本发明中的检测系统，所述第一附加处理器包括将同步序列信号注入总线系统的发射器和检测由故障引起的同步序列回波的接收器，同步和检测均由第一附加处理器发出的同步序列来完成，便于设计，无相互干扰问题，不需要另外设计系统就可以使系统具备在线故障检测功能。
四、本发明中的检测系统还包括第二附加处理器，所述第二附加处理器用于检测同步序列并实现系统同步，一端与总线中除控制节点外的其他节点连接，另一端与总线连接，同步序列在系统正常工作时起到同步的功能，所述第二附加处理器包括检测由第一附加处理器发出的同步序列并达到帧同步的接收器，使每个节点的同步性能更好。
五、与现有注入式在线检测方法相比，本发明对现有的总线系统不需要单独设计检测信号，通用性更高，适用范围更广。
六、本发明中的第一附加处理器和第二附加处理器，可以根据实际需要进行配置，既增加了系统安装和配置的灵活性，也可以进一步降低成本。
七、本发明中，所述同步序列为通讯协议中的物理层和链路层预先约定的一个脉冲序列，且所述同步序列为不全部为0或者不全部为1的序列，使第二附加处理器更容易捕捉同步信号，抗干扰能力更强。
附图说明
图1为现有的DMX512协议帧结构图
图2为现有的CAN总线协议帧结构图
图3为本发明实施例3、实施例4及实施例5中的数据包帧结构示意图
图4为本发明实施例2、实施例4中DMX512数据包帧结构示意图
图5为本发明实施例2、实施例4中CAN数据包帧结构示意图
图6为本发明实施例3结构示意图
图7为本发明实施例4结构示意图
图8为本发明实施例5结构示意图
具体实施方式
实施例1
一种总线通讯系统，包括总线通讯协议，总线通讯协议包括用于故障检测和系统同步的同步序列，所述同步序列为脉冲序列。
本发明中，所述同步序列为通讯协议中的物理层和链路层预先约定的一个脉冲序列。
实施例2
一种总线通讯系统，包括总线通讯协议，所述总线通讯协议包括同步序列，所述同步序列替换原协议帧结构的帧起始信号。如图4所示的DMX512数据包中，同步序列替换了原有帧结构中的帧起始标志。如图5所示的CAN数据包中，同步序列替换了原有帧结构中的帧起始码。
本实施例中，DMX512协议和CAN协议只是用来举例以方便说明，本发明并不局限于这两种协议的应用。
实施例3
一种总线通讯系统，包括用于发出同步序列的第一附加处理器和在总线通讯系统的节点中选取的控制节点；所述第一附加处理器的一端与选取的控制节点连接并检测同步序列的故障回波，另一端连接到总线。所述同步序列为通讯协议中的物理层和链路层预先约定的一个脉冲序列。
本发明的优选实施方式为，所述同步序列不可以全部为0或者全部为1的序列。进一步优选为，所述同步序列不可以为01或10的单调重复序列。
本发明的又一优选实施方式为，所述第一附加处理器包括将同步序列信号注入总线系统的发射器和检测由故障引起的同步序列回波的接收器。
一种总线通讯系统实现故障检测的方法，包括如下步骤：
a、选定一个节点作为控制节点，将第一附加处理器连接到选定的控制节点；
b、在每一个数据包的帧起始位置，由所述控制节点控制第一附加处理器发出一个同步序列；此方式中，第一附加处理器发出的同步序列如图3所示，所述同步序列设置在原有协议帧结构之前。
c、在有故障发生时，所述第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况，主要根据故障回波的波形及时延来判断，故障情况包括故障的性质（短路或开路）及故障的位置；
d、在没有故障发生时，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。
所述a步骤中，控制节点选定为总线通讯系统中的任一节点，优选为位于总线最外端的节点。
本发明的优选实施方式为，所述b步骤中，由所述控制节点控制第一附加处理器的发射器发出一个同步序列。
本发明的又一优选实施方式为，所述c步骤中，所述第一附加处理器的接收器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点。
如图6所示，在没有故障发生时，第一附加处理器发出的同步序列在总线终端均被终端匹配电阻吸收，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。在故障发生时，发出的同步序列在故障位置产生故障回波，第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况。
实施例4
一种总线通讯系统，包括用于发出同步序列的第一附加处理器和在总线通讯系统中选取的控制节点；所述第一附加处理器的一端与选取的控制节点连接并检测同步序列的故障回波，另一端连接到总线。
本发明还包括第二附加处理器，所述第二附加处理器用于检测同步序列并实现系统同步，一端与总线中除控制节点外的其他节点连接，另一端与总线连接。
本发明的优选实施方式为，所述同步序列不可以全部为0或者全部为1的序列。进一步优选为，所述同步序列不可以为01或10的单调重复序列。
本发明的又一优选实施方式为，所述第一附加处理器包括将同步序列信号注入总线系统的发射器和检测由故障引起的同步序列回波的接收器。
本发明的又一优选实施方式为，所述第二附加处理器包括检测由第一附加处理器发出的同步序列并达到帧同步的接收器。
本实施方式中，第一附加处理器和第二附加处理器进一步地优选为，采用节点与附加处理器集成的方式。
一种总线通讯系统实现故障检测的方法，包括如下步骤：
a、选定一个节点作为控制节点，将第一附加处理器连接到选定的控制节点；
b、在每一个数据包的帧起始位置，由所述控制节点控制第一附加处理器发出一个同步序列；此方式中，第一附加处理器发出的同步序列可以如图3所示，既所述同步序列设置在原有协议帧结构之前；或者，第一附加处理器发出的同步序列替换原有协议帧结构的帧起始信号，例如，在图4中替换DMX512协议中的帧起始标志，在图5的CAN协议中替换原有帧结构中的帧起始码。
c、在有故障发生时，所述第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况，主要根据故障回波的波形及时延来判断，故障情况包括故障的性质（短路或开路）及故障的位置；
d、在没有故障发生时，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。
所述a步骤中，控制节点选定为总线通讯系统中的任一节点，优选为位于总线最外端的节点。
本发明还包括在b步骤和c步骤之间，将总线上除控制节点外的各节点进行同步的步骤，具体过程为：第二附加处理器接收第一附加处理器发出的同步序列，各节点根据第二附加处理器接收到的同步序列进行同步。
本发明的优选实施方式为，所述b步骤中，由所述控制节点控制第一附加处理器的发射器发出一个同步序列。
本发明的又一优选实施方式为，所述c步骤中，所述第一附加处理器的接收器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点。
如图7所示，在除选定的控制节点外的其它节点上，都设置有第二附加处理器。在没有故障发生时，各节点根据第二附加处理器接收到的同步序列进行同步，发出的同步序列在总线终端均被终端匹配电阻吸收，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。在故障发生时，发出的同步序列在故障位置产生故障回波，第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况。
本实施例中，DMX512协议和CAN协议只是用来举例以方便说明，本发明并不局限于这两种协议的应用。
实施例5
本实施例与上述实施例基本相同，主要区别在于：节点选择性设置第二附加处理器。如图8所示，除控制节点外的各节点，可以选择性地设置第二附加处理器，没有设置第二附加处理器的节点，同步性由原有协议中的帧同步信号来完成。此种方式主要是针对现有的系统进行改进。此方式中，第一附加处理器发出的同步序列如图3所示，所述同步序列设置在原有协议帧结构之前。
Claims (9)
1.一种总线通讯系统，包括总线通讯协议，其特征在于：所述总线通讯协议包括用于故障检测和系统同步的同步序列，所述同步序列替换现有的总线通讯协议帧结构的帧起始信号，且所述同步序列为脉冲序列；所述总线通讯系统还包括用于发出同步序列的第一附加处理器和在总线通讯系统中选取的控制节点；所述第一附加处理器的一端与选取的控制节点连接并检测同步序列的故障回波，另一端连接到总线。
2.根据权利要求1所述的总线通讯系统，其特征在于：所述同步序列为通讯协议中的物理层和链路层预先约定的一个脉冲序列，且所述同步序列为不全部为0且不全部为1的序列。
3.根据权利要求2所述的总线通讯系统，其特征在于：还包括第二附加处理器，所述第二附加处理器用于检测同步序列并实现系统同步，一端与总线通讯系统中除控制节点外的其他节点连接，另一端与总线连接。
4.根据权利要求3所述的总线通讯系统，其特征在于：所述第一附加处理器包括将同步序列信号注入总线通讯系统的发射器和检测由故障引起的同步序列回波的接收器。
5.根据权利要求3或4所述的总线通讯系统，其特征在于：所述第二附加处理器包括检测由第一附加处理器发出的同步序列并达到帧同步的接收器。
6.一种总线通讯系统实现实时在线故障检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、选定一个节点作为控制节点，将第一附加处理器连接到选定的控制节点；
b、在每一个数据包的帧起始位置，由所述控制节点控制第一附加处理器发出一个同步序列；
c、在有故障发生时，所述第一附加处理器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点，控制节点根据故障回波的信息判断故障情况；
d、在没有故障发生时，第一附加处理器未接收到同步序列的故障回波，控制节点判断为没有故障发生。
7.根据权利要求6所述的总线通讯系统实现实时在线故障检测的方法，其特征在于：还包括在b步骤和c步骤之间，将总线通讯系统中除控制节点外的各节点进行同步的步骤，具体过程为：第二附加处理器接收第一附加处理器发出的同步序列，各节点根据第二附加处理器接收到的同步序列进行同步。
8.根据权利要求6或7所述的总线通讯系统实现实时在线故障检测的方法，其特征在于：所述a步骤中，控制节点选定为总线通讯系统中的任一节点。
9.根据权利要求6或7所述的总线通讯系统实现实时在线故障检测的方法，其特征在于：所述b步骤中，由所述控制节点控制第一附加处理器的发射器发出一个同步序列；所述c步骤中，所述第一附加处理器的接收器接收同步序列的故障回波并将接收到故障回波的信息发送到控制节点。
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