CN103246627A - 能够自动分配地址的多级从属串行通信系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种包含主通信方和多个从属通信方的通信系统及方法。主方经内部串行端口与从方串行通信，二者通过从方中包含的地址自动设置装置串联连接，地址自动设置装置包括三条支路和一控制部件，第一支路与左侧最近主方串行端口或与左侧最近从方连接，第二支路与右侧最近从方连接，控制部件串联在第一支路和第二支路间，第三支路一端连接至控制部件，另一端连接至从方串行端口。该方法包括：对主方及从方控制部件初始化进入地址设置操作；主方通过地址自动设置装置向从方发送包含与分配地址有关的信息；从方根据该信息来设置自身地址，对该信息进行处理后，转发给下一从方，控制部件退出地址设置；从方地址设置完后，向主方返回信息报告从方地址设置完成。
Description
技术领域
本发明涉及多级从属串行通信方法和系统。具体地涉及一种能够自动分配地址的多级从属串行通信系统和方法。
背景技术
在传统的多级从属串行通信中，需要向每一级强制分配一唯一地址。
图1是传统的总线拓扑结构的多级从属串行通信系统示意图，其中示出了传统的多级从属通信方串行通信的连接方式。
如图1所示，在传统的总线拓扑结构的串行通信系统中，包含主通信方1000与多个从属通信方#1-#N，从属通信方#1-#N分别经由其内部的串行端口依次直接连接在主通信方1000的串行通信总线上。主通信方1000例如是一台个人计算机(PC)，多个从属通信方例如可以是多个可编程控制器PLC。
在图1所示的串行通信系统中进行多级从属串行通信时，主通信方1000经由其内部的串行端口与从属通信方#1-#N之一进行串行通信，在这样的总线拓扑结构中，需要向每一级的从属通信方强制分配一唯一的物理的地址。
图2是传统的总线拓扑结构的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图。
如图2所示，主通信方1000向所有的从属通信方#1-#N广播包括目标从属通信方地址的请求消息，例如包括地址为1的请求消息或包括地址为3的请求消息。所有的从属通信方#1-#N都能够接收这样的请求消息，并通过将请求消息中包含的目标从属通信方地址与自身预分配的地址进行比较来检查该请求消息是否针对其自身。比较的结果是：所有的从属通信方#1-#N中仅有唯一的一个从属通信方的自身预分配的地址与请求消息中包含的目标从属通信方地址相同，则该唯一的从属通信方就是目标从属通信方，并对该请求消息进行响应，例如如果请求消息包含的地址为1，则从属通信方#1进行应答；如果请求消息包含的地址为3，则从属通信方#3进行应答。
现有技术的问题在于各个从属通信方的地址必需预先设置和预先分配。通常，各个从属通信方的地址是通过从属通信方上的开关分配的，或者地址包含在从属通信方上的应用程序中。一个极端的情况是所有的从属通信方具有功能完全一样的应用程序，仅仅地址不同而使得应用程序的具体体现不同，这将产生修改从属通信方的应用程序和维护多个应用程序的负担。
发明内容
针对上述的缺点和不足，提出了本发明的多级从属串行通信方法和系统，其中在各个从属通信方分别包含一自动设置从属通信方地址的装置。当多级从属串行通信系统首次开始通信或者更换从属通信方时，无需为从属通信方手动设置和分配地址。这样，即使在所有的从属通信方具有功能完全一样的应用程序的极端情况下，通过该自动设置从属通信方地址的装置可自动设置从属通信方地址，而无需操作人员考虑地址问题而手动地修改相应的从属通信方中的应用程序，大大减轻了修改从属通信方中的应用程序和维护应用程序的负担。
根据本发明，提供一种包含主通信方和多个从属通信方的串行通信系统中的串行通信方法，其中主通信方经由其内部的串行端口与从属通信方之一进行串行通信，其中，
主通信方与多个从属通信方之间通过各个从属通信方中包含的地址自动设置装置串联连接，地址自动设置装置由三条支路和一个控制部件组成，地址自动设置装置的第一支路与左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方连接，地址自动设置装置的第二支路与右侧最接近的从属通信方连接，控制部件串联在第一支路和第二支路之间，第三支路一端连接至控制部件上，另一端连接至从属通信方的串行端口，
所述串行通信方法包括步骤：
对主通信方以及各从属通信方的控制部件进行初始化进入地址设置操作；
主通信方通过各个地址自动设置装置向各个从属通信方发送包含与分配的地址有关的信息；
各个从属通信方通过地址自动设置装置根据与分配的地址有关的信息来设置自身的地址，并对包含与分配的地址有关的信息进行处理后，转发给下一从属通信方，同时对控制部件进行控制以退出地址设置操作；
在各个从属通信方的地址均设置完成后，向主通信方返回信息以报告各个从属通信方的地址设置完成。
如上所述的串行通信方法，其中地址自动设置装置的控制部件是可控开关或微控制器。
如上所述的串行通信方法，其中与分配的地址有关的信息包括将分配给目标从属通信方的地址，对包含与分配的地址有关的信息进行处理的步骤包括：将与分配的地址有关的信息中包含的地址增加A后，转发给下一从属通信方，A为整数。
根据本发明，还提供一种包含主通信方和多个从属通信方的串行通信系统，其中主通信方经由其内部的串行端口与从属通信方之一进行串行通信，其中，
多个从属通信方分别包含地址自动设置装置，每个地址自动设置装置均由三条支路和一个控制部件组成，
主通信方与多个从属通信方之间通过各个从属通信方中包含的地址自动设置装置串联连接，每个地址自动设置装置的第一支路与左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方连接，每个地址自动设置装置的第二支路与右侧最接近的从属通信方连接，每个地址自动设置装置的控制部件串联在第一支路和第二支路之间，第三支路一端连接至控制部件上，另一端连接至从属通信方的串行端口，
其中主通信方以及各从属通信方的控制部件初始化后进入地址设置操作，在地址设置过程中：
主通信方通过各个地址自动设置装置向各个从属通信方发送包含与分配的地址有关的信息；
各个从属通信方通过地址自动设置装置根据与分配的地址有关的信息来设置自身的地址，并对包含与分配的地址有关的信息进行处理后，转发给下一从属通信方，同时对控制部件进行控制以退出地址设置操作；
在各个从属通信方的地址均设置完成后，向主通信方返回信息以报告各个从属通信方的地址设置完成。
如上所述的串行通信系统，其中地址自动设置装置的控制部件是可控开关或微控制器。
如上所述的串行通信系统，其中与分配的地址有关的信息包括将分配给目标从属通信方的地址，对包含与分配的地址有关的信息进行处理的步骤包括：将与分配的地址有关的信息中包含的地址增加A后，转发给下一从属通信方，A为整数。
附图说明
通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本发明。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本发明不限于此。本发明的精神和范围由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中：
图1是传统的总线拓扑结构的串行通信系统示意图，其中示出了传统的多级从属通信方串行通信的连接方式；
图2是传统的总线拓扑结构的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图；
图3是根据本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信系统示意图，其中示出了本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信的连接方式；
图4是本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图；
图5是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信系统示意图，其中示出了本发明的多级从属通信方串行通信的连接方式；
图6是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图；
图7是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法的另一种优化的通信过程示意图。
具体实施方式
现在参照附图来详细介绍根据本发明的多级从属通信方串行通信方法和系统，其中在各个从属通信方分别包含一自动设置从属通信方地址的装置。
通过上述自动设置从属通信方地址的装置，本发明无需为从属通信方手动设置和分配地址。即便在从属通信方需要被更换的情况，亦如此。
图3是根据本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信系统示意图，其中示出了本发明的多级从属通信方串行通信的连接方式。
如图3所示，在本发明第一实施例的总线拓扑结构的串行通信系统中，包含主通信方1000与多个从属通信方#1-#N，本发明的主通信方1000与多个从属通信方#1-#N依次通过各个从属通信方中的地址自动设置装置1010相互连接。主通信方1000经由其内部的串行端口与从属通信方#1-#N之一进行串行通信。
如图3所示，任意一个从属通信方的地址自动设置装置1010由三条支路1011、1012、1013和一个例如可控开关SW的控制部件组成，左侧的支路1011与左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方的右侧支路连接，右侧的支路1012与右侧最接近的从属通信方的左侧支路连接。可控开关SW串联在左侧支路1011和右侧支路1012之间，中间的支路1013一端连接至可控开关SW与左侧支路1011的连接节点上，另一端连接至从属通信方的串行端口。
在本发明第一实施例中，为了进行地址的自动分配，需要增加两组请求/响应消息。该两组请求/响应消息参见下表：
在从属通信方的地址自动设置装置1010中，通过左侧的支路1011接收来自左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方的右侧支路的请求消息RQ1、RQ2，并且通过右侧的支路1012向右侧最接近的从属通信方的左侧支路传递请求消息RQ1、RQ2。
在从属通信方的地址自动设置装置1010中，通过右侧的支路1012接收来自右侧最接近的从属通信方的左侧支路的响应消息RP2，并且通过左侧的支路1011向左侧最接近的主通信方的串行端口或左侧最接近的从属通信方的右侧支路传递响应消息RP2。
在从属通信方的地址自动设置装置1010中，通过中间的支路1013来将接收到的请求消息RQ2中包含的地址传递到其自身内部，进行地址设置。
图4是本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图。
本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法的设置地址操作包含以下的6个步骤。
步骤1：在主通信方与各从属通信方通信的初始化状态中，各从属通信方中的可控开关SW处于接通状态。因为各从属通信方的地址还没有设置，所以主通信方1000不能与任意一个从属通信方进行通信。
步骤2：当进入地址分配状态时，主通信方1000首先向所有从属通信方#1-#N广播第一请求消息RQ1。当接收到第一请求消息RQ1后，所有从属通信方#1-#N进入地址分配模式，并使得其中自动设置装置1010的可控开关SW关断。所有从属通信方#1-#N不需要对第一请求消息RQ1做出响应。
步骤3：主通信方1000接着通过发送包含地址#1的第二请求消息RQ2来向从属通信方#1分配地址#1，此时由于各个从属通信方#1-#N的自动设置装置1010的可控开关SW均处于关断，所以只有从属通信方#1能够接收到此包含地址#1的第二请求消息RQ2，从属通信方#1从第二请求消息RQ2中提取地址#1，将其自身的地址设置为#1，并向主通信方1000发送确认响应消息RP2。然后，从属通信方#1接通其上的可控开关SW，退出地址分配模式，这意味着从属通信方#1将忽略随后步骤中的所有的第二请求消息RQ2。
步骤4：在接收到从属通信方#1的确认响应消息RP2之后，主通信方1000接着通过发送包含地址#2的第二请求消息RQ2来向从属通信方#2分配地址#2，此时由于从属通信方#1的自动设置装置1010的可控开关SW均处于接通，所以从属通信方#2能够接收到此包含地址#2的第二请求消息RQ2，从属通信方#2从第二请求消息RQ2中提取地址#2，将其自身的地址设置为#2，并向主通信方1000发送响应消息RP2。然后，从属通信方#2接通其上的可控开关SW，退出地址分配模式，这意味着从属通信方#2将忽略随后步骤中的所有的第二请求消息RQ2。
步骤5：重复步骤4，主通信方1000接着通过发送包含将分配的地址的第二请求消息RQ2来向余下的从属通信方分配地址。
步骤6：在最后的从属通信方#N被分配地址#N之后，所有的可控开关均为接通状态。主通信方1000接着通过发送包含地址#N+1的第二请求消息RQ2。由于所有的从属通信方#1-#N均退出地址分配模式，所以所有的从属通信方#1-#N都将忽略此包含地址#N+1的第二请求消息RQ2，因此将不会响应消息RP2。在重发预定次数之后都收不到响应消息时，主通信方1000可以确认对所有的从属通信方#1-#N均设置了地址，此时主通信方1000也退出地址分配模式。
在本发明第一实施例中，主通信方1000基于从主通信方的角度来看的从属通信方在串行通信连接路径中的位置号#1-#N来设置各个从属通信方的地址，当然也可以根据具体需要对从属通信方#1-#N设置不同于地址#1-#N的地址，例如#2、#4......#2N，或者每次地址递增整数A等等，只要各个从属通信方#1-#N具有唯一的各不相同的地址即可。
根据本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统，通过在从属通信方上的地址自动设置装置1010以及上述两组请求/响应消息，并通过在主通信方上根据上述方法设计的地址分配应用程序，可自动地为各个从属通信方设置地址。在本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统运行时，可以例如在系统上电时，触发主通信方的地址分配应用程序来开始自动的地址分配。
根据本发明第一实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统既不用操作员手动地在从属通信方自身上的应用程序中设置地址也不用操作员手动地通过从属通信方自身上的开关分配地址。当更换从属通信方时，也无需操作员手动地为其设置和分配地址。这样，即使在所有的从属通信方具有功能完全一样的应用程序的极端情况下，通过该从属通信方上的地址自动设置装置1010可自动设置从属通信方地址，而无需操作人员考虑地址问题而手动地修改相应的从属通信方中的应用程序，大大减轻了修改从属通信方中的应用程序和维护应用程序的负担。
下面结合图5描述本发明的第二实施例。图5是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信系统示意图，其中示出了本发明的多级从属通信方串行通信的连接方式。
如图5所示，在本发明第二实施例的总线拓扑结构的串行通信系统中，包含作为主通信方的PC 2000与作为多个从属通信方的PLC#1-#N，本实施例中的PC 2000与多个PLC#1-#N依次通过各个PLC中的地址自动设置装置TAP1-TAPn相互连接。主通信方PC 2000经由其内部的串行端口与多个PLC#1-#N之一进行串行通信。
如图5所示，任意一个PLC的地址自动设置装置TAP由三条支路A、B、C和一个包含例如微控制器MCU的控制部件组成，左侧的支路A与左侧最接近的PC 2000的串行端口或与左侧最接近的PLC的右侧支路串联连接，右侧的支路C与右侧最接近的PLC的左侧支路串联连接。中间的支路B可在控制部件的控制下连接至PLC的串行端口。
在本发明第二实施例中，为了进行地址的自动分配，地址自动设置装置TAP需要具备如下的功能：从支路A接收包含地址信息的命令；可控地将对应的PLC的串行端口连接至支路B；将命令中的地址增加1，通过支路C转发该命令到下一个TAP。
本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法的设置地址操作包含以下的9个步骤。
步骤1：PC 2000向TAP1发送特定命令，该命令包含地址信息，例如包含地址m。
步骤2：TAP1通过TAP1的支路A接收该命令，并通过TAP1的支路B将该命令转发到PLC1；
步骤3：PLC1从TAP1的支路B接收该命令，将其地址设置为例如m，并通过TAP1的支路B向TAP1发送响应消息OK；
步骤4：如果设置的PLC1地址成功，则TAP1将命令中包含的地址m增加1，通过TAP1的支路C转发该命令到TAP2的支路A；
步骤5：TAP2通过TAP2的支路A接收该命令，重复步骤2到4；
步骤6：直到TAPn设置完其地址。由于TAPn是最后一个TAP，所以TAPn通过TAPn的支路C的通信将失败。基于此判断地址分配已经完成，TAPn通过TAPn的支路A向TAPn-1返回包含最后地址m+n-1的“地址分配完成”命令；
步骤7：该命令经过TAPn-1、TAPn-2......逐级转发至最后的TAP1，然后TAP1将该命令转发至PC 2000；
步骤8：PC 2000检查命令中的地址m+n-1，确认整个地址分配成功结束；
步骤9：各个TAP中的MCU将其中的各个支路A、B、C短路，整个通信网络可进入正常的通信模式。
图6是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法的通信过程示意图。如图6所示，主通讯方2000发送包含地址信息的地址配置请求命令(RQ#1)给从属通讯方1的地址自动设置装置TAP#1的支路A，TAP#1的支路A收到后经由其支路B转发给从属通讯方1，从属通讯方1配置好地址后经由TAP#1的支路B回复配置完成(RP OK)。TAP#1经由其支路B收到配置完成RP OK后把地址配置请求命令中的地址加1，然后经由其支路C将地址配置请求命令发送给TAP#2的支路A。TAP#2经由其支路A收到来自TAP#1的地址配置请求命令后会重复TAP#1的流程。最后一个TAP#N配置完成后把地址加1向后发，因为后面已经没有从从属通讯方设备了，所以通讯没有响应，这标志着整个配置完成，TAP#N回复配置完成(RP OK)命令给TAP#N-1，依次类推，最后发回给主通讯方2000，主通讯方2000收到后得知所有地址配置完成，并且得知有N个从属通讯方设备配置成功。至此，整个地址配置过程完成。
图7是根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法的另一种优化的通信过程示意图。如图7所示，该种方法中，主通讯方2000发送包含地址信息的地址配置请求命令(RQ#1)给从属通讯方1的地址自动设置装置TAP#1的支路A，TAP#1的支路A收到后经由其支路B转发给从属通讯方1，从属通讯方1配置好地址后经由TAP#1的支路B回复配置完成(RP#1OK)。TAP#1经由其支路B收到配置完成RP OK后把地址配置请求命令中的地址加1，然后经由其支路C将地址配置请求命令发送给TAP#2的支路A。TAP#2经由其支路A收到来自TAP#1的地址配置请求命令后会重复TAP#1的流程。最后一个TAP#N配置完成后把地址加1向后发，因为后面已经没有从从属通讯方设备了，所以通讯没有响应，这标志着整个配置完成，此时各个TAP内部的电子开关将其中的各个支路A、B、C短路，这样TAP#N可以直接回复配置完成(RP#N OK)命令给主通讯方2000，主通讯方收到后得知所有地址配置完成，并且得知有N个设备配置成功。至此，整个地址配置过程完成。
在本发明第二实施例中，操作员只需要设置通信系统中的PLC的数目；PC 2000发送包含要分配的第一地址的命令后，并等待特定的包含最后地址的“地址分配完成”命令。如果最后地址与第一地址的差加1等于操作员设置的PLC的数目，则认为整个地址分配成功结束。在本发明第二实施例中，是通过将命令中的地址增加1来实现，显然的是，也可以将命令中的地址递增整数A来实现。
根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统，通过在PLC上的地址自动设置装置TAP，并通过在PC上根据上述方法设计的地址分配应用程序，可自动地为各个PLC设置地址。在本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统运行时，可以例如在系统上电时，触发PC的地址分配应用程序来开始自动的地址分配。
根据本发明第二实施例的多级从属通信方串行通信方法和系统既不用操作员手动地在PLC自身上的应用程序中设置地址也不用操作员手动地通过PLC自身上的开关分配地址。当更换PLC时，也无需操作员手动地为其设置和分配地址。这样，即使在所有的PLC具有功能完全一样的应用程序的极端情况下，通过该PLC上的TAP可自动设置PLC地址，而无需操作人员考虑地址问题而手动地修改相应的PLC中的应用程序，大大减轻了修改PLC中的应用程序和维护应用程序的负担。
虽然已经图示和描述了所考虑的本发明的示例实施例，但是本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本发明的真实范围。
Claims (6)
1.一种包含主通信方和多个从属通信方的串行通信系统中的串行通信方法，其中主通信方经由其内部的串行端口与从属通信方之一进行串行通信，其特征在于：
主通信方与多个从属通信方之间通过各个从属通信方中包含的地址自动设置装置串联连接，地址自动设置装置由三条支路和一个控制部件组成，地址自动设置装置的第一支路与左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方连接，地址自动设置装置的第二支路与右侧最接近的从属通信方连接，控制部件串联在第一支路和第二支路之间，第三支路一端连接至控制部件上，另一端连接至从属通信方的串行端口，
所述串行通信方法包括步骤：
对主通信方以及各从属通信方的控制部件进行初始化进入地址设置操作；
主通信方通过各个地址自动设置装置向各个从属通信方发送包含与分配的地址有关的信息；
各个从属通信方通过地址自动设置装置根据与分配的地址有关的信息来设置自身的地址，并对包含与分配的地址有关的信息进行处理后，转发给下一从属通信方，同时对控制部件进行控制以退出地址设置操作；
在各个从属通信方的地址均设置完成后，向主通信方返回信息以报告各个从属通信方的地址设置完成。
2.如权利要求1所述的串行通信方法，其中地址自动设置装置的控制部件是可控开关或微控制器。
3.如权利要求1所述的串行通信方法，其中与分配的地址有关的信息包括将分配给目标从属通信方的地址，对包含与分配的地址有关的信息进行处理的步骤包括：将与分配的地址有关的信息中包含的地址增加A后，转发给下一从属通信方，A为整数。
4.一种包含主通信方和多个从属通信方的串行通信系统，其中主通信方经由其内部的串行端口与从属通信方之一进行串行通信，其特征在于：
多个从属通信方分别包含地址自动设置装置，每个地址自动设置装置均由三条支路和一个控制部件组成，
主通信方与多个从属通信方之间通过各个从属通信方中包含的地址自动设置装置串联连接，每个地址自动设置装置的第一支路与左侧最接近的主通信方的串行端口或与左侧最接近的从属通信方连接，每个地址自动设置装置的第二支路与右侧最接近的从属通信方连接，每个地址自动设置装置的控制部件串联在第一支路和第二支路之间，第三支路一端连接至控制部件上，另一端连接至从属通信方的串行端口，
其中主通信方以及各从属通信方的控制部件初始化后进入地址设置操作，在地址设置过程中：
主通信方通过各个地址自动设置装置向各个从属通信方发送包含与分配的地址有关的信息；
各个从属通信方通过地址自动设置装置根据与分配的地址有关的信息来设置自身的地址，并对包含与分配的地址有关的信息进行处理后，转发给下一从属通信方，同时对控制部件进行控制以退出地址设置操作；
在各个从属通信方的地址均设置完成后，向主通信方返回信息以报告各个从属通信方的地址设置完成。
5.如权利要求4所述的串行通信系统，其中地址自动设置装置的控制部件是可控开关或微控制器。
6.如权利要求4所述的串行通信系统，其中与分配的地址有关的信息包括将分配给目标从属通信方的地址，对包含与分配的地址有关的信息进行处理的步骤包括：将与分配的地址有关的信息中包含的地址增加A后，转发给下一从属通信方，A为整数。
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