CN105046911B - 一种多通道开关量传输方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道开关量传输方法及装置，涉及数据通信技术领域。本发明方法包括：各通道按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络。本发明还公开了一种多通道开关量传输装置。本申请技术方案可灵活兼容有源开关量信号和无源开关量信号的采集，且支持点对点及点对多点的开关量采集及远程控制应用。

Description

一种多通道开关量传输方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，特别涉及一种多通道开关量传输方法及装置。

背景技术

在现代工业中，开关量的作用已经越来越重要，它常用于工业设备的检测，为工业设备提供控制信号。随着科学技术的不断发展，自动化程度的不断提高，工业应用中对开关量信号的采集及传输的要求也越来越高。开关量输入接口通常包括两种接口形式，一种是干接点形式，另一种是湿接点形式。其中干接点接口指的是一种无源开关，接口本身不提供电源，可以用来采集有源开关量；湿接点接口指的是有源开关，接口本身可提供电源，2个接点之间有极性，可以用来采集无源开关量。在现有技术中，对于开关量信号的采集，信号接入设备的接口形式固定，也就是设备接口只能适配一种形式的开关量输入接口形式，如果该接入设备的使用环境发生变化或者相应的开关量输入接口方式发生变化，通常需要更换匹配接口的接入设备，才能实现信号采集目的，由此可见，现有技术中接入设备对于开关量输入接口的通用性亟待提高。

在另一方面，目前接入层设备多数情况下都是作为数据通信网络中的节点设备，需要把采集到的数据以可靠且高效地方式进行点到点或者点到多点的传输。

综上所述，如何提供一种开关量输入接口，能兼容有源开关量信号和无源开关量信号的可靠采集，并能实现开关量信号可靠传输是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多通道开关量传输方法及装置，以兼容有源开关量和无源开关量信号可靠采集及传输。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种多通道开关量传输方法，包括：

各通道按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；

在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，按照该数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

在网络系统中不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

其中，所述传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式。

可选地，上述方法中，本通道的开关量采集模式按照开关量信号的当前接口接入方式确定。

可选地，上述方法中，各通道按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号包括：

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集有源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号；或者

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集无源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号。

可选地，上述方法中，通过继电器的不同触点连通来形成所述有源开关量信号采集电路通路或者所述无源开关量信号采集电路通路。

可选地，上述方法还包括：

当网络中开关量信号接收端接收到数据帧，若判断接收到的数据帧包括开关量信息时，从所述数据帧中获取传输模式；

按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。

可选地，上述方法中，所述根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧的过程包括：当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，判断网络系统中存在用于多通道开关量信息传输的数据帧。

可选地，上述方法中，用于开始传输开关量信息的指示为：在数据帧第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位插入的预定复帧定位码。

可选地，上述方法中，所述传输模式指示为：系统设计时在所述数据帧第一个子帧的第一个时隙内所确定的在固定比特位中所插入的传输模式指示码，其中，独立时隙模式对应的传输模式指示码和共占时隙模式对应的传输模式指示码在固定比特位中所插入的固定值不同。

可选地，上述方法中，按照传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络的过程包括：

当传输模式指示为独立时隙模式时，以4个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在第2、3、4子帧时隙中的固定比特位中写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

可选地，上述方法中，按照传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络的过程包括：

当传输模式指示为共占时隙模式时，以8个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在所属子帧第一时隙的固定比特位写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

本发明还公开了一种多通道开关量传输装置，该装置包括：

多通道开关量采集单元，按设置的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；

多通道开关量传输单元，在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，按照该数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络，以及当网络系统中不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

其中，所述传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式。

可选地，上述装置中，所述本通道的开关量采集模式按照开关量信号的当前接口接入方式确定。

可选地，上述装置中，所述多通道开关量采集单元包括采集模块，该采集模块包含有源开关量信号采集电路和无源开关量信号采集电路，按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号指：

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集有源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号；或者

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集无源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号。

可选地，上述装置中，所述多通道开关量采集单元中至少包括继电器，所述多通道开关量采集单元控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路指：

通过对所述继电器的控制形成有源开关量信号采集电路的电流通路；

所述多通道开关量采集单元控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路指：

通过对所述继电器的控制形成无源开关量信号采集电路的电流通路。

可选地，上述装置中，所述多通道开关量采集单元中还包括控制电路，所述控制单元控制所述继电器的不同触点连通状态。可选地，上述装置中，所述继电器(SW)的线圈设置在所述控制电路输出端之间的继电器(SW)，所述继电器(SW)的公共端触点和第一自由端触点、第二自由端触点分别形成无源开关量信号采集电路通路或者形成有源开关量信号采集电路通路。

可选地，上述装置中，所述控制电路包括：第一分压电阻(R3)、第二分压电阻(R4)以及NPN型三极管(Q1)，其中：

串联连接的所述第一分压电阻(R3)和第二分压电阻(R4)设置在所述判断电路的输出端之间，且所述第一分压电阻(R3)和第二分压电阻(R4)的串联点与所述三极管(Q1)的基极连接，所述三极管(Q1)的发射极还与信号地连接；

所述继电器(SW)的线圈一端与信号电源(VCC)连接，另一端与所述三极管(Q1)的发射极连接，且其第一自由端触点与接口电源(VCC_PORT)连接。

可选地，上述装置中，在信号电源(VCC)与所述三极管(Q1)的集电极之间设置续流二极管(D2)。

可选地，上述装置中，所述继电器(SW)的线圈另一端通过稳压二极管(D3)与所述三极管(Q1)的发射极连接。

可选地，上述装置中，所述采集模块包括：第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)光耦(U1)、上拉电阻(R5)；其中：

所述第一限流电阻(R1)的一端与第一电压采集输入端连接，另一端与所述继电器(SW)的第二自由端触点连接，第二限流电阻(R2)一端与所述第二电压采集输入端连接，另一端与所述光耦(U1)的输入侧负极连接，所述继电器(SW)的第一自由端触点与接口电源(VCC_PORT)连接；

所述光耦(U1)的输入侧正极与所述继电器(SW)的公共端触点连接，所述光耦(U1)的输出端正极通过上拉电阻(R5)与外置电源(VDD)连接，并且为所述开关量信号采集电路的输出端。

可选地，上述装置中，所述第二限流电阻(R2)一端与所述光耦(U1)的输入端负极之间设置截止二极管(D1)。

可选地，上述装置还包括：

接收判断单元，接收数据帧，并判断接收到的数据帧是否为开关量信息，以及在判断接收到的数据帧为开关量信息时，从所述数据帧中获取传输模式，其中，所获取的传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式；

开关量信息获取单元，按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。

可选地，上述装置中，所述根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧指：

当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，判断网络系统中存在用于多通道开关量信息传输的数据帧。

可选地，上述装置中，用于开始传输开关量信息的指示为：在数据帧第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位插入的预定复帧定位码。

可选地，上述装置中，所述传输模式指示为：系统设计时在所述数据帧第一个子帧的第一个时隙内所确定的在固定比特位中所插入的传输模式指示码，其中，独立时隙模式对应的传输模式指示码，和共占时隙模式对应的传输模式指示码，在固定比特位中所插入的固定值不同。

可选地，上述装置中，所述多通道开关量传输单元按照传输模式的指示的传输模式以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络指：

当传输模式指示为独立时隙模式时，以4个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在第2、3、4子帧时隙中的固定比特位中写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

可选地，上述装置中，所述多通道开关量传输单元按照传输模式的指示的传输模式以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络指：

当传输模式指示为共占时隙模式时，以8个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在所属子帧第一时隙的固定比特位写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

本申请技术方案提出的多通道开关输入接口可灵活兼容有源开关量信号和无源开关量信号的采集；并且，本申请技术方案提出的多通道开关量的采集方案则支持点对点及点对多点的开关量采集及远程控制应用。

附图说明

图1为本发明实施例中独立时隙传输模式示意图；

图2(a)为本发明实施例中输入端采用独立时隙传输模式的数据帧结构示意图；

图2(b)为本发明实施例中输出端采用独立时隙传输模式的数据帧结构示意图；

图3为本发明实施例中共占时隙传输模式示意图；

图4(a)为本发明实施例中输入端采用共占时隙传输模式的数据帧结构示意图；·

图4(b)为本发明实施例中输出端采用共占时隙传输模式的数据帧结构示意图；

图5为本发明实施例中多通道开关量传输方法流程图；

图6为本发明实施例中点对点控制方式示意图；

图7为本发明实施例中点对多点控制方式示意图；

图8为本发明实施例中多通道开关量传输装置的结构示意图；

图9为本发明实施例中多通道开关量采集单元的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文将结合附图对本发明技术方案作进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

本实施例提供一种多通道开关量传输方法，在介绍该方法之前，首先详细介绍本发明进行开关量信号传输可采用的两种传输方式，即独立时隙模式的传输方式和共占时隙模式的传输方式，以及这两种传输方式对应的时隙/比特配置：

(一)独立时隙模式

独立时隙模式，指每个开关量信号均分别占用一个独立的时隙进行传输。

如图1所示，在独立时隙模式下，每一路开关量信息的传输均独立占用一个时隙，该模式采用复帧结构设计，以4子帧为一个复帧，其中第1子帧的每1个时隙的bit0～bit6均用来独立传送复帧定位码“0000000”(即用于指示该数据帧用于开始传输开关量信号)，bit7固定传送传输模式指示码(‘0’表示共占时隙模式，‘1’表示独立时隙模式)，第2、3、4子帧的每一个时隙的前4个比特(bit0～bit3)共计12个比特分别用来传输代表各路开关量信息的序列码，该序列编码可以预先自主设定，但必须需确保不出现与复帧定位码一致的信息结构，如：使用“110110110110”表示‘1’，使用“101010101010”表示‘0’，而由于其它空闲位的填充值没有特别识别作用，在其它空闲位可以固定填充‘1’或者‘0’,也可以是其它固定组合或者随机组合。这样，在对端接收侧就可以根据复帧定位码区分复帧及其子帧，并根据传输模式指示码明确所采用的传输模式，进而可解析出所传送的开关量信息。在本设计中，序列码指示每个通道的开关量信息，其由复帧中不同子帧相同时隙中的固定比特位共同组成，明显抗干扰性，误码率能有效降低，其长度可以根据需要设计，但12位且分布在不同子帧的相同时隙，为优选的，足以保证稳定可靠。当然，序列码的长度设置是为了保证信息传输的可靠性而增设的，其长度可以根据需要设定，实际上在一些应用场景中，也可以直接将序列码简单地设为1位，以开关量“0”或者“1”进行信息传输，即，第2、3、4子帧的每一个时隙中只占用一位“0”，或者“1”表明开关状态。

此处还需要说明的是，在采用独立时隙模式进行开关量信息传输时，也可以基于上述的复帧设计原则，设定在第2、3、4子帧的任意时隙中的某一(或者某些)bit位来传输开关量信息，而不必每个子帧都存在开关量信息，但此时明显可传输开关量的通道数减少，但是通过其特定的排列也可以使得安全性提高。

更直观的说明参见图2所示，独立时隙模式下，8路开关量需要8个时隙，第1～8路开关量信号依次占用TS0～TS7时隙，其中图2(a)描述的是开关量信号传输的上行方向，即将从开关量输入接口采集到的开关量状态信号送入传输网络；图2(b)描述的是开关量信号传输的下行方向，即从传输网络中解析出来的开关量控制信号，用于控制开关量信号输出接口。

(二)共占时隙模式

共占时隙模式，指多个开关量信号共同占用同一个时隙(TS0)进行传输，并且通过复帧的形式，多路开关量信号传输时可以进行比特位复用，为保证传输信号的正确性，还可以加入了CRC-16校验码；

如图3所示，共占时隙模式下，仅需使用一个时隙(TS0)，而对于包括32个时隙(TS0-TS31)的数据帧而言，除TS0之外的其它时隙仍然可以用于传输其它信息。传输开关量信号时使用复帧结构，以8个子帧为一个复帧，第一子帧的TS0的bit0—bit6固定传送复帧定位码(“0000000”)，bit7为传输模式指示码(其中‘0’表示为共占时隙模式，‘1’表示独立时隙模式)，第2、3、4子帧的TS0时隙用于传输开关量信息，每帧可以传输7个通道的开关量信息，为防止出现“0000000”即复帧定位码的出现，每帧的bit6固定插入数据确认码‘1’，第5、6、7、8子帧用于传输开关量信息及CRC-16校验码，同样bit6固定插入数据确认码‘1’；图中的A～H表示8路开关量信息，“X”为预留的开关量信息传输位，并且优选地为了实现本发明的两种传输模式在主控站点接入设备对接入被控站点的兼容性，而在图3中第2子帧的TS0时隙的bit7设为空闲，固定插入例如‘1’，由此使得系统可兼容性地支持32路开关量信息的传输(图中标识阴影的位置可传输开关量信号：共计6(第2子帧)+7*2(第3、4子帧)+3*4(第5、6、7、8子帧)＝32)。当然，在共占时隙传输模式下，也可以通过改变校验码所占时隙的位数以及不设定空闲位来增加开关量的传输数量，空闲位也可以设置在非第1子帧中的其它子帧时隙。

此处也需要特别说明的是，在采用共占时隙模式进行开关量信息传输时，也可以基于上述的复帧设计原则，开关量传输时可以选用预定可用于传输的其它子帧或者其它bit，只要符合之前的对于共占时隙模式传输开关量的相关设定即可，此处的设定只是为了方便说明。

更直观的说明参见图4所示，共占时隙模式下，8路开关量仅需要一个时隙，前4路开关量信息的传输占用复帧第2子帧的bit0～bit3，后4路开关量信息的传输占用复帧第3子帧的bit0～bit3进行传输。其中图4(a)描述的是开关量信号传输的上行方向，即将从开关量输入接口采集到的开关量状态信号送入传输网络；图4(b)描述的是开关量信号传输的下行方向，即从传输网络中解析出来的开关量控制信号，用于控制开关量信号输出接口。

对于上述两种模式进行开关量信息传输的时隙进行配置需要补充说明的是，虽然以上都是利用1个时隙中的bit0～bit6来设置复帧定位码，bit7来设置传输模式指示码，但是实际上，这并不是唯一的，而是因为对于开关量信息传输而言，只有两种传输模式，因此，只需要借助1个bit就可以进行区分，而利用更多的bit来设置复帧定位码可以在保证可识别性的前提下减少误码概率，从而提高数据传输可靠性。在其它一些场合，也可以以更少的bit来设置复帧定位码，也可以以更多的bit来设置传输模式指示码，此处均不作限定，只需要复帧定位码和传输模式指示码两种识别码所占位数之和不多于8bit即可。

基于以上对于开关量信息传输过程中的传输时隙设置，下面详细说明本实施例提供的多通道开关量传输方法，该方法的实施过程如图5所示，主要包括如下操作：

步骤501，各通道按设置的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；

由于目前的开关量分为有源开关量信号和无源开关量信号，有源开关量信号指的是“开”和“关”的状态是带电源的信号，对于这种开关量信号的采集，开关量输入接口是不需要提供电源的，通常以干接点输入接口的形式出现；无源开关量信号指的是“开”和“关”的状态是不带电源的信号，对于这种开关量信号的采集开关量输入接口是需要提供电源的，通常以湿接点输入接口的形式出现。因此对不同的开关量采集方式需要采用不同的接口接点输入形式，以实现对有源开关量信号和无源开关量信号采集的灵活转换。具体地，各通道的开关量采集模式可以按照开关量信号的当前接口接入方式来确定。其中，通过开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集有源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号即可。对应的，通过开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集无源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号。典型地，可以利用继电器的不同触点连通来形成所述有源开关量信号采集电路通路或者所述无源开关量信号采集电路通路。

步骤502，判断当前网络系统中是否存在用于多通道开关量信息传输的数据帧，如果是，执行步骤503，否则执行步骤504；

在此步骤中，说明一点，网络系统中是否存在用于多通道开关量信息传输的数据帧可以通过判断接收到的数据帧中是否存在用于开始传输开关量信息的指示(例如，复帧定位码)来确定，当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，表明网络中已有用于多通道开关量信息传输的数据帧，并且将该时隙作为所述数据帧的第一个子帧的第一个时隙。

步骤503，按照已存在的数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

其中，数据帧所采用的传输模式即为上述的独立时隙模式或者共占时隙模式，在此不再赘述。

步骤504，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络。

还要说明的是，本实施例中，共占时隙及独立时隙模式下，都可以传输多通道开关量信息，典型地为32路。由于共占时隙模式下，8路开关量信号占用同一个时隙，占用资源少，而独立时隙模式下，由于每路开关量信号单独占用1个独立时隙，时隙调配更灵活，因此，两种开关量传输方式可以在不同的组网应用场合灵活选用，但是对于整个网络系统而言，采用本发明实施例中所提出的设计至少可以做到同一硬件系统对于两种传输方式的选用兼容以及自动识别。另外，本申请中，开关量传输系统的兼容性体现在主控站点对于被控站点采集开关量个数的兼容，对于主控点接入设备而言，其对于两种被控节点可以实现等数量的接入，由此，在传输系统设置完成，两端进行配置更改，尤其是传输方式更改时无需对于主控站点接入设备进行更改。由此可见，利用本申请技术方案能够使得整个开关量传输系统在实现数据可靠传输的基础上兼容性进一步增强。

具体地，在点对点应用模式下，如图6所示，检控站点A将检测到的开关量输入信号，通过E1传输网络传送至B端设备，同时将来自B站点的开关量控制信号解析出来，用于控制本端被控设备或作为告警信息通过显示屏显示；按照同样的方式，检控站点B将检测到的开关量状态信号，也通过E1传输网络传输至A端设备，同时将来自A站点的开关量控制信号解析出来，用于控制本端被控设备或作为告警信息通过显示屏显示。此应用方式下开关量的传输方式可以使用共占时隙模式，也可以使用独立时隙模式。

在点对多点应用模式下，如图7所示，环形网络中有一个控制站点Cotrol Site及3个被控站点Site A、Site B和Site C，在独立时隙模式下，则可以实现单独实现对A、B、C 3个被控站点的分别控制。Control Site接入两路开关量控制信号(虚线)，通过时隙调配占用2个TS时隙送入传输网络，将控制信号传送至Site A，Site A可以获取该信息并可以根据需要在其显示屏上将信息进行显示或者用于控制Site A相关设备的开启与关闭。同样，Control Site也可以通过时隙的调配实现对环形网中的其它站点如Site B、Site C的开关控制，从而实现开关量的点对多点控制。在该方案中，在确定传输开关量信息及其他相关信息的时隙确定后，如果调配时隙进行信息插入可以选用本领域中实现信息插入时隙的任何技术方案，此处不做限定。

另外，在上述方法的基础上，当网络中开关量信号接收端接收到数据帧，若判断接收到的数据帧包括开关量信息时，从所述数据帧中获取传输模式；按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。要说明的是，在上述内容中已详细介绍了发送端的具体操作及开关量信息的传输过程，因此接收端执行与发送端相对应的操作即可从数据帧中获取开关量信息，本实施例在此不现赘述。

下面再介绍一种可实施上述方法的多通道开关量传输装置，该装置主要包括多通道开关量采集单元和多通道开关量传输单元。

多通道开关量采集单元，按设置的开关量采集模式采集本通道的开关量信号。

其中，多通道开关量采集单元，可兼容有源开关量信号和无源开关量信号的采集，其至少包括采集电路、判断电路、控制电路，以及切换电路，此时，整个多通道开关量传输装置的结构如图8所示；其中：

采集电路，可以以采集有源开关量或者采集无源开关量的接口接入方式之一采集接口开关量信号，其至少包括三个输入端：第一电压采集输入端、第二电压采集输入端及接口地。

判断电路，用于根据采集电路的当前输入端接入方式判断当前开关量的采集方式；

具体地：当采集电路的输入端接入方式为第一电压采集输入端和第二电压采集输入端，则判断电路判断当前采集方式为采集有源开关量；当采集电路的接口接入方式为第二电压采集输入端和接口地，则判断当前采集方式为采集无源开关量。

控制电路，与判断电路输出端连接、并根据判断电路判断出的当前开关量的采集方式输出对应的指示给切换电路。

切换电路，与控制电路、采集电路均连接，切换电路根据控制电路输出的指示使得采集电路中以采集有源开关量或者无源开关量的接入方式之一形成电流通路。

多通道开关量传输单元，在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，按照该数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络，以及当网络系统中不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络。

其中，根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧指，当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，判断网络系统中存在用于多通道开关量信息传输的数据帧。本实施例中，用于开始传输开关量信息的指示为：在数据帧第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位插入的预定复帧定位码。

多通道开关量传输单元在待发送的数据帧中，插入传输模式的指示可以是：系统设计时在在待发送的数据帧的第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位分别插入传输模式指示码。

而上述传输模式指示码可以是系统设计时所确定的在固定比特位中所插入的固定值。要注意的是，独立时隙模式对应的传输模式指示码，和共占时隙模式对应的传输模式指示码，在固定比特位中所插入的固定值不同。

下面再举例说明不同传输模式时，多通道开关量传输单元的具体操作。

例如，传输模式的指示为独立时隙模式时，可以以4个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在第2、3、4子帧时隙中的固定比特位中写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络即可。

传输模式的指示为共占时隙模式时，可以以8个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在所属子帧第一时隙的固定比特位写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络即可。

下面以图9为例，说明上述装置中多通道开关量采集单元的具体实现方案，其中为了使图示更加简洁，省略了判断电路部分：

切换电路包括：线圈设置在控制电路输出端之间的继电器SW；

控制电路包括：第一分压电阻R3、第二分压电阻R4以及NPN型三极管Q1，其中：串联连接的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4设置在所述判断电路的输出端之间，且第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的串联点与所述三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极还与信号地连接；继电器SW的线圈一端与信号电源VCC连接，继电器SW的线圈另一端与三极管Q1的集电极连接，且其第一自由端触点与接口电源VCC_PORT连接。

采集电路包括：第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、光耦U1、上拉电阻R5；其中：第一限流电阻R1的一端与第一电压采集输入端连接，另一端与继电器SW的第二自由端触点连接，第二限流电阻R2一端与第二电压采集输入端连接，另一端与光耦U1的输入侧负极连接，继电器SW的第一自由端触点与接口电源VCC_PORT连接，继电器SW的线圈设置在判断电路输出端之间；光耦U1的输入侧正极与继电器SW的公共端触点连接，光耦U1的输出端正极通过上拉电阻R5与外置电源VDD连接，并且光耦U1的输出端为开关量信号采集装置的输出端。

上述开关量采集装置为了兼容采集有源开关量和无源开关量，可以利用具有至少3个外接引脚的接线端子，其中，3个引脚分别接入第一电压采集输入端、第二电压采集输入端以及接口地，当使用第一电压采集输入、第二电压采集输入端作为开关量信号采集输入端，则判断电路(图9中未显示)可判断接口为采集有源开关量，并且由于采集的是有源开关量，此时将第一电压采集输入端与开关量连接接口的正极相连，第二电压采集输入端与开关量连接接口的负极相连；而当使用第二电压采集输入端、接口地作为开关信号采集输入端时，则判断电路判断接口为采集无源开关量，并且由于采集的是无源开关量，所以开关信号采集输入端的引脚不用区分与开关量连接接口的连接极性；对于同一采集接口而言，采集无源开关量信号还是采集有源开关量信号在某一时刻是择一存在的。基于上述外接引脚的配置，上述装置的工作过程如下：

当判断使用第二电压采集输入端、接口地作为开关信号采集输入端时，即接口当前为采集无源开关量信号，与判断电路的输出端连接的控制电路的输出根据确定电路通路选择控制方式信号(图9中以模式控制信号以高电平状态的MODE_CTL示出，典型地，可以为3.3V)，然后通过第一分压电阻R3和第二分压电阻R4进行分压，并将分压点电压输出至三极管Q1基极，致使三极管Q1饱和导通，由此，“信号电源VCC—继电器SW的线圈—Q1集电极—Q1发射极—信号地”之间形成电流通路，继电器SW的线圈有电流流过，致使继电器SW的公共端触点与第一自由端触点(常开触点)连接，由此，形成“接口电源VCC_PORT—SW的第一自由端触点—SW的公共端触点—光耦U1输入侧—第二电压采集输入端—GND_PORT”的电流通路，光耦U1内部的发光二极管正向导通发光，此时其内部的光敏三极管也将导通，由此，光耦U1内部的发光二级管导通，由此，光耦U1输出端输出一个低电平供外部电路用作采集信号ALM_IN；而外部接口所连的无源开关量断开时，致使光耦U1内部的发光二极管导通的电流通路不再存在，由此，光耦U1输出端通过上拉电阻R5和外设电源VDD的作用输出一个高电平信号AIM_IN，供外部电路用作采集信号；

当判断使用第一电压采集输入端、第二电压采集输入端作为开关信号采集输入端时，即接口当前为采集有源开关量信号，与判断电路的输出端连接的控制电路的输出根据确定电路通路选择控制方式信号(图9中以模式控制信号低电平状态的MODE_CTL示出，典型地，可以为0V)，由此，三极管Q1不会导通，继电器SW的线圈也不会得到足够的电流，因此，继电器SW的公共端触点与第二自由端触点(常闭触点)连接，此时，形成“第一电压采集输入端—第一限流电阻R1—SW的第二自由端触点—SW的公共端触点—光耦U1输入侧—第二电压采集输入端”的电流通路，光耦U1内部的发光二极管正向导通发光，此时其内部的光敏三极管也将导通，由此，光耦U1内部的发光二级管导通，由此，光耦输出端输出一个低电平信号AIM_IN，供外部电路用作采集信号，而当有源开关量断开时，致使光耦U1内部的发光二极管导通的电流通路不再存在，由此，光耦输出端通过上拉电阻R5和外设电源VDD的作用输出一个高电平信号AIM_IN，供外部电路用作采集信号。

在上述实施例中，需要说明的一点是：对于图9未显示出的判断电路，可以利用现有技术中的任何典型电路来实现，其只要能够判断出对应的开关量信号采集电路中的三个输入端当前有效的为哪两个即可，可以通过物理方式探测，也可以通过对于各引脚电平的检测等不同方式来实现，在此不再赘述。

通过上述的工作过程可见，利用一套硬件通过可控配置可以实现有源开关量信号采集和无源开关量信号采集的选择和切换，通过光耦对采集信号的检测以及从开关量信号向逻辑高低电平的转换，简化了采集过程，同时提高了多通道设备开关量采集过程中的兼容性，有效满足不同场景应用的需求。

为了使上述实施例中所提出的开关量采集装置具有更高的可靠性，较佳的，在所述开关模式控制电路中，在信号电源VCC与三极管Q1的集电极之间可以设置续流二极管D2，该续流二极管D2的阴极与信号电源VCC连接；这是由于当外设模式控制信号MODE_CTL输出电平由高转为低后，三极管Q1由饱和变为截止，这时继电器SW的线圈由于惯性作用而使其中电流突然失去了流通通路，若无续流二极管D2，将在该线圈两端产生较大的反向电动势，电压值可达数十伏，这个电压加上VCC电压作用在三极管Q1的集电极上足以损坏三极管，因此，续流二极管D2的作用是为反向电动势提供放电回路。

还可以较佳地，继电器SW的线圈另一端通过一个稳压二极管D3与三极管Q1的发射极连接，用以限制当三极管Q1饱和导通及关断截止时三极管发射极与集电极之间的电压大小，保证三极管Q1不易损坏。

另外，在开关量采集电路中，优选地，第二限流电阻R2一端与光耦U1的输入侧负极(发光二级管阴极)侧之间可以设置截止二极管D1，该截止二极管D1的阴极与第二限流电阻R2一端连接，截止二极管D1可用于防止因外部接口电源反接而导致的光耦损坏。

最后还要说明的是，上述装置除了作为发送端进行开关量信息传输外，也可以作为接收端接收上述开关量信息，此时，该装置需要增加接收判断单元和开关量信息获取单元。

接收判断单元，接收数据帧，并判断接收到的数据帧是否为开关量信息，以及在判断接收到的数据帧为开关量信息时，从数据帧中获取传输模式，其中，所获取的传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式；

具体地，上述接收判断单元可以通过判断数据帧中是否包括复帧定位码来确定接收到的数据帧是否为开关量信息，即数据帧中包括有复帧定位码即可确定此数据帧为开关量信息。另外，上述接收判断单元可以通过数据帧中的传输模式指示码获取传输模式。

开关量信息获取单元，按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。

由于开关量信息的整个传输过程中，发送端与接收端之间传输的数据帧格式是确定地，因此上述装置作为接收端接收开关量信息数据帧时，与发送端进行对应的操作即可，故此处不再对上述接收判断单元和开关量信息获取单元的具体操作进行详细说明。

本申请技术方案中开关量传输可适用于基于TDM通信网络，占用带宽少。通过对时隙的调配可以灵活组网应用，不仅可以实现点对点的开关量检测、传输与控制，还可以满足开关量信号点对多点的检测、传输与控制需求，电路设计简单，应用灵活方便。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种多通道开关量传输方法，其特征在于，包括：

各通道按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；

在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，按照该数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

在网络系统中不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

其中，所述传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，本通道的开关量采集模式按照开关量信号的当前接口接入方式确定。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，各通道按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号包括：

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集有源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号；或者

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集无源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

通过继电器的不同触点连通来形成所述有源开关量信号采集电路通路或者所述无源开关量信号采集电路通路。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

当网络中开关量信号接收端接收到数据帧，若判断接收到的数据帧包括开关量信息时，从所述数据帧中获取传输模式；

按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧的过程包括：当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，判断网络系统中存在用于多通道开关量信息传输的数据帧。

7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，用于开始传输开关量信息的指示为：在数据帧第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位插入的预定复帧定位码。

8.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，

所述传输模式指示为：系统设计时在所述数据帧第一个子帧的第一个时隙内所确定的在固定比特位中所插入的传输模式指示码，其中，独立时隙模式对应的传输模式指示码和共占时隙模式对应的传输模式指示码在固定比特位中所插入的固定值不同。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，按照传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络的过程包括：

当传输模式指示为独立时隙模式时，以4个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在第2、3、4子帧时隙中的固定比特位中写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，按照传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络的过程包括：

当传输模式指示为共占时隙模式时，以8个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在所属子帧第一时隙的固定比特位写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

11.一种多通道开关量传输装置，其特征在于，该装置包括：

多通道开关量采集单元，按设置的开关量采集模式采集本通道的开关量信号；

多通道开关量传输单元，在网络系统中根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，按照该数据帧采用的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络，以及当网络系统中不存在用于多通道开关量信息传输的数据帧时，在待发送的数据帧中，插入本数据帧用于开始传输开关量信息的指示以及传输模式的指示，按照插入的传输模式的指示以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络；

其中，所述传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述本通道的开关量采集模式按照开关量信号的当前接口接入方式确定。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多通道开关量采集单元包括采集模块，该采集模块包含有源开关量信号采集电路和无源开关量信号采集电路，按设置的本通道的开关量采集模式采集本通道的开关量信号指：

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集有源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的有源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号；或者

当开关量信号的当前接口接入方式确定本通道采集无源开关量信号时，控制接入端口至采集输出端口的无源开关量信号采集电路通路，采集本通道的开关量信号。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述多通道开关量采集单元中至少包括继电器，通过所述继电器的不同触点连通来形成所述有源开关量信号采集电路通路或者所述无源开关量信号采集电路通路。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述多通道开关量采集单元中还包括控制电路，所述控制电路控制所述继电器的不同触点连通状态。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述继电器(SW)的线圈设置在所述控制电路输出端之间，所述继电器(SW)的公共端触点和第一自由端触点形成无源开关量信号采集电路通路或者所述继电器SW的公共端触点和第二自由端触点形成有源开关量信号采集电路通路。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括：第一分压电阻(R3)、第二分压电阻(R4)以及NPN型三极管(Q1)，其中：

串联连接的所述第一分压电阻(R3)和第二分压电阻(R4)设置在判断电路的输出端之间，且所述第一分压电阻(R3)和第二分压电阻(R4)的串联点与所述三极管(Q1)的基极连接，所述三极管(Q1)的发射极还与信号地连接，其中，所述判断电路，用于根据采集电路的当前输入端接入方式判断当前开关量的采集方式；

所述继电器(SW)的线圈一端与信号电源(VCC)连接，另一端与所述三极管(Q1)的发射极连接，且其第一自由端触点与接口电源(VCC_PORT)连接。

18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，在信号电源(VCC)与所述三极管(Q1)的集电极之间设置续流二极管(D2)。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述继电器(SW)的线圈另一端通过稳压二极管(D3)与所述三极管(Q1)的发射极连接。

20.如权利要求16至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述采集模块包括：第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)光耦(U1)、上拉电阻(R5)；其中：

所述第一限流电阻(R1)的一端与第一电压采集输入端连接，另一端与所述继电器(SW)的第二自由端触点连接，第二限流电阻(R2)一端与第二电压采集输入端连接，另一端与所述光耦(U1)的输入侧负极连接，所述继电器(SW)的第一自由端触点与接口电源(VCC_PORT)连接；

所述光耦(U1)的输入侧正极与所述继电器(SW)的公共端触点连接，所述光耦(U1)的输出端正极通过上拉电阻(R5)与外置电源(VDD)连接，并且为所述开关量信号采集电路的输出端。

21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第二限流电阻(R2)一端与所述光耦(U1)的输入端负极之间设置截止二极管(D1)。

22.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

接收判断单元，接收数据帧，并判断接收到的数据帧是否为开关量信息，以及在判断接收到的数据帧为开关量信息时，从所述数据帧中获取传输模式，其中，所获取的传输模式为独立时隙模式或者共占时隙模式；

开关量信息获取单元，按照所获取的传输模式，以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系获取开关量信息，根据开关量信息所在的具体位置确定开关量信息的传输通道并对应记录。

23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述根据用于开始传输开关量信息的指示判断存在用于多通道开关量信息传输的数据帧指：

当接收到的数据帧中的一个时隙包括用于开始传输开关量信息的指示时，判断网络系统中存在用于多通道开关量信息传输的数据帧。

24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，

用于开始传输开关量信息的指示为：在数据帧第一个子帧的第一个时隙内的固定比特位插入的预定复帧定位码。

25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，

所述传输模式指示为：系统设计时在所述数据帧第一个子帧的第一个时隙内所确定的在固定比特位中所插入的传输模式指示码，其中，独立时隙模式对应的传输模式指示码，和共占时隙模式对应的传输模式指示码，在固定比特位中所插入的固定值不同。

26.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述多通道开关量传输单元按照传输模式的指示的传输模式以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络指：

当传输模式指示为独立时隙模式时，以4个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在第2、3、4子帧时隙中的固定比特位中写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。

27.如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述多通道开关量传输单元按照传输模式的指示的传输模式以及预设的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，将包括本通道的开关量信息的数据帧通过时隙调配送入传输网络指：

当传输模式指示为共占时隙模式时，以8个子帧为一个复帧作为开关量信息传输单位，根据当前通道在网络系统设计时确定的该通道的开关量信息与承载其的时隙/比特位的对应关系，在所属子帧第一时隙的固定比特位写入指示该通道开关量信息的序列码，并发送到传输网络。