CN106339345A - 一主多从式通信装置及通信方法 - Google Patents

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Abstract

一主多从式通信装置，包括一个主机通信模块、多个从机通信模块，所述主机通信模块和从机通信模块均包括信息发送模块、信息接收模块、信息转换模块、光电隔离模块和开关控制模块；一主多从式通信装置的通信方法，包括主机呼叫从机编号地址、从机回复主机并发送从机编号地址、主机发送从机编号地址补数进行从机编号确认、从机回复主机确认从机编号地址、主机以半字节通信方式命令从机、从机以半字节通信方式回复主机命令、主机发送呼叫状态结束码步骤；该装置实现了主从机通信的快速响应、成本低；该方法采用半字节通信方式，克服了全字节通信时，数字信号高位字节容易丢失的不足，通信更加稳定，避免因BMS出现故障而引发安全事故。

Description

一主多从式通信装置及通信方法
技术领域
一主多从式通信装置及通信方法，属于电动汽车电池管理系统通信技术领域。
背景技术
电池管理系统BMS是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测及通信、电池状态估计、在线诊断与预警、充、放电与预充控制、均衡管理和热管理等。其中，BMS通信技术一直是本领域争论的焦点，也关乎BMS系统的工作稳定性，是目前各类电动汽车动力电池发生自燃或是爆炸等的主因。目前电动汽车均采用基于CAN通信或是RS485通信的通信装置及相关通信协议进行BMS与电动汽车其它各组件及外部设备的数据交换。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下不足：
1、微型电动汽车很少采用BMS系统，给行车安全带来巨大隐患；
2、使用CAN通信模式的BMS系统的电动汽车整车成本过高；
3、采用RS485使用全字节方式通信，高位字节丢失现象严重，导致通信数据失真；
经分析发现出现上述问题的主要原因是：
1、微型电动汽车厂商追求低成本，而现有技术下的BMS成本居高不下，导致BMS系统无法在微型电动汽车领域普及；
2、RS485通信电路采用超光电耦合器进行光电隔离时，由于光耦器件自身特性导致其初始工作时存在耦合延迟现象，从而使得数字信号高位字节容易丢失；而当BMS系统的主机和多个从机进行信息交互时，这种丢失字节的现象极易导致BMS系统故障，从而引发安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种成本低、通信响应速度快、通信准确和稳定的一主多从式通信装置及通信方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一主多从式通信装置，包括一个主机通信模块、多个从机通信模块，所述主机通信模块包括主机信息发送模块、主机信息接收模块、主机信息转换模块、主机光电隔离模块和主机开关控制模块，所述主机信息发送模块、主机信息接收模块和主机开关控制模块均通过主机光电隔离模块与主机信息转换模块相连；所述从机通信模块包括从机信息发送模块、从机信息接收模块、从机信息转换模块、从机光电隔离模块和从机开关控制模块，所述从机信息发送模块、从机信息接收模块和从机开关控制模块均通过从机光电隔离模块与从机信息转换模块相连；主机信息转换模块与多个从机信息转换模块通过RS485总线方式相连。
优选的，所述主机光电隔离模块为光电耦合器U1，所述从机光电隔离模块为光电耦合器U3，光电耦合器U1和U3均为PS2801-4、PS2801-2或PS2801-1中的任一种。
优选的，所述主机信息发送模块包括电阻R1、R4、R7和R8，三极管Q1和Q2，网络标号H_CPUGND、HOST_TX、H_485GND、H_485VCC+、H_485TXX和H_5V+；网络标号HOST_TX连接主机CPU的任一I/O端口，三极管Q1的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q1的集电极与电阻R4通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，电阻R1连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q2的集电极与电阻R8相连，三极管Q2的基极和网络标号H_485GND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q2的集电极与电阻R8之间还连接网络标号H_485TXX，三极管Q2的基极与网络标号H_485VCC+之间连接电阻R7，网络标号H_5V+通过电阻R4连接主机光电隔离模块U1的输入端；所述从机信息发送模块包括电阻R15、R18、R21和R22，三极管Q6和Q7，网络标号E_CPUGND、EXT_TX、E_485GND、E_485VCC+、E_485TXX和E_5V+；网络标号EXT_TX连接从机CPU的任一I/O端口，三极管Q6的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q6的集电极与电阻R18通过从机光电隔离模块U3的输入端相连接，电阻R15连接三极管Q6的基极，三极管Q7的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q7的集电极与电阻R22相连，三极管Q7的基极和网络标号E_485GND通过从机光电隔离模块U3的输出端相连接，三极管Q7的集电极与电阻R22之间还连接网络标号E_485TXX，三极管Q7的基极与网络标号E_485VCC+之间连接电阻R21，网络标号E_5V+通过电阻R18连接从机光电隔离模块U3的输入端。
优选的，所述主机信息接收模块包括电阻R3、R6、R10和R11，三极管Q4和Q5，网络标号H_CPUGND、HOST_RX、H_485GND、H_485VCC+、H_485RXX和H_5V+；网络标号HOST_RX连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q5的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q5的基极与网络标号H_CPUGND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q5的集电极通过电阻R11连接网络标号H_5V+，三极管Q5的基极与网络标号H_5V+通过电阻R10连接，三极管Q5的集电极与电阻R11之间还连接网络标号HOST_RX；三极管Q4的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q4的集电极与电阻R6通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q4的基极通过电阻R3连接网络标号H_485RXX，网络标号H_485VCC+通过电阻R6连接主机光电隔离模块U1的输入端；所述从机信息接收模块包括电阻R17、R20、R24和R25，三极管Q9和Q10，网络标号E_CPUGND、EXT_RX、E_485GND、E_485VCC+、E_485RXX和E_5V+，网络标号EXT_RX连接从机CPU任一I/O端口；三极管Q10的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q10的基极与网络标号E_CPUGND通过从机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q10的集电极通过电阻R25连接网络标号E_5V+，三极管Q10的基极与网络标号E_5V+通过电阻R24连接，三极管Q10的集电极与电阻R25之间还连接网络标号EXT_RX；三极管Q9的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q9的集电极与电阻R20通过从机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q9的基极通过电阻R17连接网络标号E_485RXX，网络标号E_485VCC+通过电阻R20连接从机光电隔离模块U1的输入端。
优选的，所述主机开关控制模块包括电阻R2、R5和R9，三极管Q3，网络标号H_CPUGND、HOST_CTL、H_485GND、H_485VCC+、H_5V+和H_485DR；三极管Q3的集电极通过主机光电隔离模块U1与电阻R5相连，三极管Q3的基极通过电阻R2连接网络标号HOST_CTL，网络标号HOST_CTL连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q3的发射极连接网络标号H_CPUGND，网络标号H_5V+通过电阻R5与主机光电隔离模块U1的输入端相连，网络标号H_485VCC+通过电阻R9与主机光电隔离模块U1的输出端相连，电阻R9通过主机光电隔离模块U1与网络标号H_485GND相连，电阻R9与主机光电隔离模块U1之间还连接网络标号H_485DR；所述从机开关控制模块包括电阻R16、R19和R23，三极管Q8，网络标号E_CPUGND、EXT_CTL、E_485GND、E_485VCC+、E_5V+和E_485DR；三极管Q8的集电极通过从机光电隔离模块U3与电阻R19相连，三极管Q8的基极通过电阻R16连接网络标号EXT_CTL，网络标号EXT_CTL连接从机CPU任一I/O端口，三极管Q8的发射极连接网络标号E_CPUGND，网络标号E_5V+通过电阻R19与从机光电隔离模块U3的输入端相连，网络标号E_485VCC+通过电阻R23与从机光电隔离模块U3的输出端相连，电阻R23通过从机光电隔离模块U3与网络标号E_485GND相连，电阻R23与从机光电隔离模块U3之间还连接网络标号E_485DR。
优选的，所述主机信息转换模块包括半双工通信芯片U2，电阻R12、R13和R14，磁珠L1和L2，瞬态抑制二极管D1，网络标号H_485GND、H_485VCC+、H_485DR、H_485RXX、H_485TXX、BB和AA；半双工通信芯片U2的1脚连接网络标号H_485RXX，半双工通信芯片U2的2脚和3脚连接网络标号H_485DR，半双工通信芯片U2的4脚连接网络标号H_485TXX，半双工通信芯片U2的5脚连接网络标号H_485GND，半双工通信芯片U2的6脚通过磁珠L2连接网络标号AA，半双工通信芯片U2的7脚通过磁珠L1连接网络标号BB，半双工通信芯片U2的8脚连接网络标号H_485VCC+，半双工通信芯片U2的7脚和8脚之间串联电阻R12，半双工通信芯片U2的6脚和7脚与半双工通信芯片U2的5脚之间并联瞬态抑制二极管D1，半双工通信芯片U2的6脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R14，半双工通信芯片U2的7脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R13；所述从机信息转换模块包括半双工通信芯片U4，电阻R26、R27和R28，磁珠L3和L4，瞬态抑制二极管D2，网络标号E_485GND、E_485VCC+、E_485DR、E_485RXX、E_485TXX、BB和AA；半双工通信芯片U4的1脚连接网络标号E_485RXX，半双工通信芯片U4的2脚和3脚连接网络标号E_485DR，半双工通信芯片U4的4脚连接网络标号E_485TXX，半双工通信芯片U4的5脚连接网络标号E_485GND，半双工通信芯片U4的6脚通过磁珠L4连接网络标号AA，半双工通信芯片U4的7脚通过磁珠L3连接网络标号BB，半双工通信芯片U4的8脚连接网络标号E_485VCC+，半双工通信芯片U4的7脚和8脚之间串联电阻R26，半双工通信芯片U4的6脚和7脚与半双工通信芯片U4的5脚之间并联瞬态抑制二极管D2，半双工通信芯片U4的6脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R28，半双工通信芯片U4的7脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R27；主机信息转换模块和从机信息转换模块采用的半双工通信芯片U2和U4均为SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483中的任一种。
一种一主多从式通信装置的通信方法，包括一个包括主机通信模块的主机，多个包括从机通信模块的从机，其特征在于：包括以下步骤：
S601，主机呼叫从机编号地址；
S602，从机回复主机并发送从机编号地址；
S603，主机发送从机编号地址补数进行从机编号确认；
S604，从机回复主机确认从机编号地址；
S605，主机以半字节通信方式命令从机；
S606，从机以半字节通信方式回复主机命令；
S607，主机发送呼叫状态结束码。
优选的，步骤S605中所述主机以半字节通信方式命令从机，具体步骤为：
S701，主机按照半字节通信方式将呼叫命令字节高低位拆分为呼叫命令字节高位和呼叫命令字节低位；
S702，主机按照半字节通信方式将校准命令字节高低位拆分为校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位；
S703，主机按照半字节通信方式将校验位字节高低位拆分为校验位字节高位和校验位字节低位；
S704，主机发送呼叫命令字节高位；
S705，主机发送呼叫命令字节低位；
S706，主机发送校准命令高字节高位；
S707，主机发送校准命令高字节低位；
S708，主机发送校准命令低字节高位；
S709，主机发送校准命令低字节低位；
S710，主机发送本机校验位低位；
S711，主机发送本机校验位高位。
优选的，步骤S606中所述从机以半字节通信方式回复主机命令的步骤为：
S801，从机确认回复命令参数为检测温度、本机继电器粘连状态、本机继电器工作状态、检测电压；
S802，从机按照半字节通信方式将检测温度字节的高低位拆分为检测温度高字节位、检测温度低字节高位、检测温度低字节低位；
S803，从机按照半字节通信方式将检测电压字节的高低位拆分为检测电压高字节高位、检测电压高字节低位、检测电压低字节高位和检测电压低字节低位；
S804，从机按照半字节通信方式将本机校验位字节高低位拆分为本机校验位字节高位和本机校验位字节低位；
S805，从机发送本机检测温度低字节低位；
S806，从机发送本机检测温度低字节高位；
S807，从机发送本机检测温度高字节位；
S808，从机发送本机继电器粘连状态；
S809，从机发送本机继电器工作状态；
S810，从机发送本机检测电压高字节低位；
S811，从机发送本机检测电压高字节高位；
S812，从机发送本机检测电压低字节低位；
S813，从机发送本机检测电压低字节高位；
S814，从机发送本机校验位低位；
S815，从机发送本机校验位高位；
S816，从机发送本机回复状态结束码。
优选的，步骤S605中所述主机以半字节通信方式命令从机时，主机发送的校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位均为十六进制码0X00。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的说明如下：
该一主多从式通信装置，采用一个主机通信模块、多个从机通信模块，所述主机和多个从机通信模块均包括信息发送模块、信息接收模块、信息转换模块、光电隔离模块和开关控制模块的电路架构，成本低、性能可靠，通信响应速度快，克服了现有BMS系统无法在微型电动汽车领域普及的不足；另一方面，主从机的光电隔离模块均采用PS2801-4、PS2801-2或PS2801-1高品质光耦，主机和从机信息转换模块均采用SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX1487、MAX3082或MAX1483的半双工通信芯片，最大限度避免BMS通信时由光耦器件自身特性导致的，其初始工作时存在耦合延迟现象的弊端，进一步增强BMS系统通信的实时性、准确性和安全性。
一种利用一主多从式通信装置的通信方法，主机通过所述步骤S601~S604对从机进行反复确认操作，确保主从机通信的一致性和准确性；主机通过所述步骤S605，以半字节通信方式将呼叫命令字节高低位拆分为呼叫命令字节高位和呼叫命令字节低位，以半字节通信方式将校准命令字节高低位拆分为校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位，以半字节通信方式将校验位字节高低位拆分为校验位字节高位和校验位字节低位，同时通过所述步骤S704~S711将上述信息按时序命令从机，确保主机呼叫从机命令的准确性；从机通过所述步骤S606，确认回复命令参数为检测温度、本机继电器粘连状态、本机继电器工作状态、检测电压；并以半字节通信方式将检测温度字节的高低位拆分为检测温度高字节位、检测温度低字节高位、检测温度低字节低位，以半字节通信方式将检测电压字节的高低位拆分为检测电压高字节高位、检测电压高字节低位、检测电压低字节高位和检测电压低字节低位，通过对上述字节的异或运算获得从机本机校验码，并以半字节通信方式将本机校验位字节高低位拆分为本机校验位字节高位和本机校验位字节低位，同时通过所述步骤S805~S816将上述信息按时序回复主机，确保从机回复主机命令的准确性；上述主机命令从机、从机回复主机的通信方法，克服了BMS全字节通信时，数字信号高位字节容易丢失的不足，通信更加准确、稳定。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、该一主多从式通信装置采用一个主机通信模块、多个从机通信模块，所述主机和多个从机通信模块均包括信息发送模块、信息接收模块、信息转换模块、光电隔离模块和开关控制模块的电路架构，装置成本低、性能可靠、通信响应速度快；
2、利用一主多从式通信装置的通信方法，采用半字节方式通信，克服了全字节通信时，数字信号高位字节容易丢失的不足，通信更加稳定，避免因BMS出现故障而引发的车辆安全事故。
附图说明
图1 一主多从式通信装置的结构框图。
图2 不包括主机信息转换模块的主机通信模块电路图。
图3 主机信息转换模块电路图。
图4 不包括从机信息转换模块的从机通信模块电路图。
图5 从机信息转换模块电路图。
图6 一主多从式通信装置的通信方法流程框图。
图7 主机以半字节通信方式命令从机的步骤流程框图。
图8 从机以半字节通信方式回复主机的步骤流程框图。
具体实施方式
下面结合附图1~8对本发明一主多从式通信装置及通信方法做进一步说明。
下述三极管均采用2SC系列三极管，电阻均为精度1%的金属氧化膜电阻。
图1为一主多从式通信装置的结构框图，包括一个主机通信模块、多个从机通信模块，主机通信模块包括主机信息发送模块、主机信息接收模块、主机信息转换模块、主机光电隔离模块和主机开关控制模块，主机信息发送模块、主机信息接收模块和主机开关控制模块均通过主机光电隔离模块与主机信息转换模块相连；从机通信模块包括从机信息发送模块、从机信息接收模块、从机信息转换模块、从机光电隔离模块和从机开关控制模块，从机信息发送模块、从机信息接收模块和从机开关控制模块均通过从机光电隔离模块与从机信息转换模块相连；主机信息转换模块与多个从机信息转换模块相连；多个从机信息转换模块与主机信息转换模块通过RS485总线方式连接。
图2为不包括主机信息转换模块的主机通信模块电路图，光电耦合器U1为PS2801-4、PS2801-2或PS2801-1中的任一种，网络标号H_CPUGND表示连接主机CPU的地，网络标号H_485GND表示连接主机信息转换模块的地，网络标号H_485VCC+表示连接主机信息转换模块的供电电源，网络标号H_485TXX表示连接主机信息转换模块的驱动器输入端，网络标号H_5V+表示连接主机直流5V供电电源；网络标号HOST_TX连接主机CPU的任一I/O端口，三极管Q1的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q1的集电极与电阻R4通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，电阻R1连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q2的集电极与电阻R8相连，三极管Q2的基极和网络标号H_485GND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q2的集电极与电阻R8之间还连接网络标号H_485TXX，三极管Q2的基极与网络标号H_485VCC+之间连接电阻R7，网络标号H_5V+通过电阻R4连接主机光电隔离模块U1的输入端；网络标号H_485RXX表示连接主机信息转换模块的接收器输入端，网络标号HOST_RX连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q5的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q5的基极与网络标号H_CPUGND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q5的集电极通过电阻R11连接网络标号H_5V+，三极管Q5的基极与网络标号H_5V+通过电阻R10连接，三极管Q5的集电极与电阻R11之间还连接网络标号HOST_RX；三极管Q4的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q4的集电极与电阻R6通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q4的基极通过电阻R3连接网络标号H_485RXX，网络标号H_485VCC+通过电阻R6连接主机光电隔离模块U1的输入端；网络标号HOST_CTL表示连接主机开关控制模块使能端，网络标号H_485DR表示连接主机信息转换模块的接收器和驱动器输出使能端，三极管Q3的集电极通过主机光电隔离模块U1与电阻R5相连，三极管Q3的基极通过电阻R2连接网络标号HOST_CTL，网络标号HOST_CTL连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q3的发射极连接网络标号H_CPUGND，网络标号H_5V+通过电阻R5与主机光电隔离模块U1的输入端相连，网络标号H_485VCC+通过电阻R9与主机光电隔离模块U1的输出端相连，电阻R9通过主机光电隔离模块U1与网络标号H_485GND相连，电阻R9与主机光电隔离模块U1之间还连接网络标号H_485DR；主机CPU选用STM32系列单片机。
图3为主机信息转换模块电路图，网络标号H_485RXX表示连接主机信息转换模块的接收器输入端，网络标号H_485TXX表示连接主机信息转换模块的驱动器输入端，网络标号BB表示反相接收器输入和反相驱动器输出，网络标号AA表示同相接收器输入和同相驱动器输出；半双工通信芯片U2的1脚连接网络标号H_485RXX，半双工通信芯片U2的2脚和3脚连接网络标号H_485DR，半双工通信芯片U2的4脚连接网络标号H_485TXX，半双工通信芯片U2的5脚连接网络标号H_485GND，半双工通信芯片U2的6脚通过磁珠L2连接网络标号AA，半双工通信芯片U2的7脚通过磁珠L1连接网络标号BB，半双工通信芯片U2的8脚连接网络标号H_485VCC+，半双工通信芯片U2的7脚和8脚之间串联电阻R12，半双工通信芯片U2的6脚和7脚与半双工通信芯片U2的5脚之间并联瞬态抑制二极管D1，半双工通信芯片U2的6脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R14，半双工通信芯片U2的7脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R13；U2采用SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX1487、MAX3082、MAX1483中的任一种；其中，半双工通信芯片的1脚为接收器输入端，2脚为接收器使能端，3脚为驱动器使能端，4脚为驱动器输出端，5脚为地，6脚和7脚分别为非反相端和反相端、为输入输出总线接口A、B，8脚接5V直流电源；瞬态抑制二极管D1选用SM712或同类型参数的齐纳二极管。
结合图2和图3，主机CPU的某一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚），发送高电平命令字节数据至网络标号HOST_CTL使能，此时主机通信模块处于发送信息状态，主机CPU的另一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚）发送信息交互命令字节至网络标号HOST_TX，该信息经光电耦合器U1、网络标号H_485TXX表示的主机信息转换模块的驱动器输入端，并通过半双工通信芯片U2变为差分信号从网络标号BB表示反相接收器输入和反相驱动器和网络标号AA表示同相接收器输入和同相驱动器同时输出；当主机CPU的某一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚），发送低电平命令字节数据至网络标号HOST_CTL，此时主机通信模块处于接收信息状态，接收的信息字节通过半双工通信芯片U2处理，经网络标号H_485RXX的一端，并通过光电耦合器U1、网络标号HOST_RX被主机CPU任一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚）接收。
图4为不包括从机信息转换模块的从机通信模块电路图，网络标号E_CPUGND表示连接从机CPU的地，网络标号E_485GND表示连接从机信息转换模块的地，网络标号E_485VCC+表示连接从机信息转换模块的供电电源，网络标号E_485TXX表示连接从机信息转换模块的驱动器输入端，网络标号E_5V+表示连接从机直流5V供电电源；网络标号EXT_TX连接从机CPU的任一I/O端口，三极管Q6的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q6的集电极与电阻R18通过从机光电隔离模块U3的输入端相连接，电阻R15连接三极管Q6的基极，三极管Q7的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q7的集电极与电阻R22相连，三极管Q7的基极和网络标号E_485GND通过从机光电隔离模块U3的输出端相连接，三极管Q7的集电极与电阻R22之间还连接网络标号E_485TXX，三极管Q7的基极与网络标号E_485VCC+之间连接电阻R21，网络标号E_5V+通过电阻R18连接从机光电隔离模块U3的输入端，网络标号E_485RXX表示连接从机信息转换模块的接收器输入端，网络标号EXT_RX连接从机CPU任一I/O端口，三极管Q10的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q10的基极与网络标号E_CPUGND通过从机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q10的集电极通过电阻R25连接网络标号E_5V+，三极管Q10的基极与网络标号E_5V+通过电阻R24连接，三极管Q10的集电极与电阻R25之间还连接网络标号EXT_RX；三极管Q9的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q9的集电极与电阻R20通过从机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q9的基极通过电阻R17连接网络标号E_485RXX，网络标号E_485VCC+通过电阻R20连接从机光电隔离模块U1的输入端，网络标号EXT_CTL表示连接从机开关控制模块使能端，网络标号E_485DR表示连接从机信息转换模块的接收器和驱动器输出使能端，三极管Q8的集电极通过从机光电隔离模块U3与电阻R19相连，三极管Q8的基极通过电阻R16连接网络标号EXT_CTL，网络标号EXT_CTL连接从机CPU任一I/O端口，三极管Q8的发射极连接网络标号E_CPUGND，网络标号E_5V+通过电阻R19与从机光电隔离模块U3的输入端相连，网络标号E_485VCC+通过电阻R23与从机光电隔离模块U3的输出端相连，电阻R23通过从机光电隔离模块U3与网络标号E_485GND相连，电阻R23与从机光电隔离模块U3之间还连接网络标号E_485DR。
图5为从机信息转换模块电路图，网络标号E_485RXX表示连接从机信息转换模块的接收器输入端，网络标号E_485TXX表示连接从机信息转换模块的驱动器输入端，半双工通信芯片U4的1脚连接网络标号E_485RXX，半双工通信芯片U4的2脚和3脚连接网络标号E_485DR，半双工通信芯片U4的4脚连接网络标号E_485TXX，半双工通信芯片U4的5脚连接网络标号E_485GND，半双工通信芯片U4的6脚通过磁珠L4连接网络标号AA，半双工通信芯片U4的7脚通过磁珠L3连接网络标号BB，半双工通信芯片U4的8脚连接网络标号E_485VCC+，半双工通信芯片U4的7脚和8脚之间串联电阻R26，半双工通信芯片U4的6脚和7脚与半双工通信芯片U4的5脚之间并联瞬态抑制二极管D2，半双工通信芯片U4的6脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R28，半双工通信芯片U4的7脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R27；U4为SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483中的任一种；其中，半双工通信芯片的1脚为接收器输入端，2脚为接收器使能端，3脚为驱动器使能端，4脚为驱动器输出端，5脚为地，6脚和7脚分别为非反相端和反相端、为输入输出总线接口A、B，8脚接5V直流电源。
参照图4和图5，从机CPU的某一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚），发送高电平命令字节数据至网络标号EXT_CTL使能，此时从机通信模块处于发送信息状态，从机CPU的另一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚）发送信息交互命令字节至网络标号EXT_TX，该信息经光电耦合器U3、网络标号E_485TXX表示的从机信息转换模块的驱动器输入端，并通过半双工通信芯片U4变为差分信号从网络标号BB表示反相接收器输入和反相驱动器和网络标号AA表示同相接收器输入和同相驱动器同时输出；当从机CPU的某一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚），发送低电平命令字节数据至网络标号EXT_CTL，此时从机通信模块处于接收信息状态，接收的信息字节通过半双工通信芯片U4处理，经网络标号E_485RXX的一端，并通过光电耦合器U3、网络标号EXT_RX被从机CPU任一I/O端口（STM32系列中LQFP100的33~46引脚的任一管脚）接收。
参照图1~图5，主机通信模块与从机通信模块通过网络标号BB和AA所表示的差分总线信号，实现主机命令从机和从机回复主机的信息交互过程，总线采用RS485的半双工总线通信方式。
图6为一主多从式通信装置的通信方法流程框图，该通信方法应用在包括一个主机通信模块的主机和包括从机通信模块的多个从机之间进行半双工模式下、半字节方式的总线通信，包括以下步骤：
步骤S601，主机呼叫从机编号地址0X81并发送本机地址0X8F（唯一主机地址，用于滤除乱码干扰）；实施例3采用一个主机，45个从机，45个从机分为15组，每组编号为0X81~0X8E，0X81代表呼叫第一组的三个从机，每组从机编号为0X01~0X03，主机每次同时呼叫三个从机进行回复；
步骤S602，一个从机回复主机并发送从机编号地址0X01；其它从机发送方式相同只是编号不同；
步骤S603，主机发送从机编号地址补数0XFE进行从机编号确认；发送时以半字节通信方式发送，即采用0X0F、0X0E的方式发送；
步骤S604，从机回复主机确认从机编号地址0X01并确认主机地址0X8F；
步骤S605，主机以半字节通信方式命令从机；命令0X55表示从机需要回复主机命令；要求回复从机0X01的检测温度、本机继电器粘连状态、本机继电器工作状态和检测电压；这些参数经过放大处理以便于主机或从机CPU检测及运算；
步骤S606，从机以半字节通信方式回复主机命令；
步骤S607，主机发送呼叫状态结束码0X0D。
图7为主机以半字节通信方式命令从机的步骤流程框图，主机以半字节通信方式命令从机，具体步骤为：
步骤S701，主机按照半字节通信方式将呼叫命令字节高低位拆分为呼叫命令字节高位和呼叫命令字节低位；当命令字节为0X33时，主机进入测试状态；测试状态下的校准命令字节为0X66时，主机进行本机参数运算乘积系数修正；即，命令字节发送时，0X55采用0X05、0X05的方式发送；0X33采用0X03、0X03的方式发送；0X66采用0X06、0X06的方式发送；当进行总电压数据0X1B58校准时，测试装置发出一帧总电压校准数据0X8F、0X01、0X05、0X0F、0X08、0X03、0X06、0X0B、0X01、0X08、0X05、0X03、0X04、0X0D；0X36表示瞬时电压校准，采用0X03、0X06的方式发送；其它校准命令0X35表示设定从机数量、0X37表示单体电压校准、0X38表示总体电压有效值校准、0X39表示单体电压有效值校准、0X3A表示设定系统终止放电电压值、0X3B表示设定均衡判定条件、0X3C表示设定单体放电终止电压值、0X3E表示设定最高温度保护；
步骤S702，主机按照半字节通信方式将校准命令字节高低位拆分为校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位；命令字节为0X33时，主机进入测试状态，并通过主机外部连接的测试装置进行主机CPU电压校准、本机参数运算乘积系数修正操作；此时校准命令字节0X1F8C与外部设备通信时的发送形式为0X01、0X0F、0X08、0X0C；
步骤S703，主机按照半字节通信方式将校验位字节高低位拆分为校验位字节高位和校验位字节低位；校验位依据0X81、0X01、0X55、0X00进行异或操作获得0XD4，即校验位字节0XD4，采用0X0D、0X04的形式发送；
步骤S704，主机发送呼叫命令字节高位0X03；
步骤S705，主机发送呼叫命令字节低位0X03；
步骤S706，主机发送校准命令高字节高位0X00；
步骤S707，主机发送校准命令高字节低位0X00；
步骤S708，主机发送校准命令低字节高位0X00；
步骤S709，主机发送校准命令低字节低位0X00；
主机以半字节通信方式命令从机时，即发送0X55命令字节时，主机发送的校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位均为十六进制码0X00；
步骤S710，主机发送本机校验位低位0X04；
步骤S711，主机发送本机校验位高位0X0D。
图8为从机以半字节通信方式回复主机的步骤流程框图，从机以半字节通信方式回复主机命令的步骤为：
步骤S801，从机确认回复命令参数为检测温度0X0154、本机继电器粘连状态为0X01表示未粘连、本机继电器工作状态为吸合状态0X01表示继电器正常工作、检测电压0X1234；
步骤S802，从机按照半字节通信方式将检测温度字节的高低位拆分为检测温度高字节位、检测温度低字节高位、检测温度低字节低位；即0X0154采用0X01、0X05、0X04的方式回复主机，当温度超范围时，从机回复检测温度的高字节位为0X00；
步骤S803，从机按照半字节通信方式将检测电压字节的高低位拆分为检测电压高字节高位、检测电压高字节低位、检测电压低字节高位和检测电压低字节低位；即0X1234采用0X01、0X02、0X03、0X04的方式回复主机；
步骤S804，从机按照半字节通信方式将本机校验位字节高低位拆分为本机校验位字节高位和本机校验位字节低位；校验位依据0X01、0X54、0X01、0X12、0X34依次异或操作获得0X72，并按0X07、0X02的半字节形式发送；
步骤S805，从机发送本机检测温度低字节低位0X04；
步骤S806，从机发送本机检测温度低字节高位0X05；
步骤S807，从机发送本机检测温度高字节位0X01；
步骤S808，从机发送本机继电器粘连状态0X01；
步骤S809，从机发送本机继电器工作状态0X01；
步骤S810，从机发送本机检测电压高字节低位0X02；
步骤S811，从机发送本机检测电压高字节高位0X01；
步骤S812，从机发送本机检测电压低字节低位0X04；
步骤S813，从机发送本机检测电压低字节高位0X03；
步骤S814，从机发送本机校验位低位0X02；
步骤S815，从机发送本机校验位高位0X07；
步骤S816，从机发送本机回复状态结束码0X0D。
从机回复主机的字节数≤14个，主机总计发送≥13个字节，从机回复主机时，主机将对从机发送的校验码进行再次验证，确保通信的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一主多从式通信装置，包括一个主机通信模块、多个从机通信模块，其特征在于：所述主机通信模块包括主机信息发送模块、主机信息接收模块、主机信息转换模块、主机光电隔离模块和主机开关控制模块，所述主机信息发送模块、主机信息接收模块和主机开关控制模块均通过主机光电隔离模块与主机信息转换模块相连；所述从机通信模块包括从机信息发送模块、从机信息接收模块、从机信息转换模块、从机光电隔离模块和从机开关控制模块，所述从机信息发送模块、从机信息接收模块和从机开关控制模块均通过从机光电隔离模块与从机信息转换模块相连；主机信息转换模块与多个从机信息转换模块通过RS485总线方式相连。
2.根据权利要求1所述的一主多从式通信装置，其特征在于：所述主机光电隔离模块为光电耦合器U1，所述从机光电隔离模块为光电耦合器U3，光电耦合器U1和U3均为PS2801-4、PS2801-2或PS2801-1中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一主多从式通信装置，其特征在于：所述主机信息发送模块包括电阻R1、R4、R7和R8，三极管Q1和Q2，网络标号H_CPUGND、HOST_TX、H_485GND、H_485VCC+、H_485TXX和H_5V+；网络标号HOST_TX连接主机CPU的任一I/O端口，三极管Q1的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q1的集电极与电阻R4通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，电阻R1连接三极管Q1的基极，三极管Q2的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q2的集电极与电阻R8相连，三极管Q2的基极和网络标号H_485GND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q2的集电极与电阻R8之间还连接网络标号H_485TXX，三极管Q2的基极与网络标号H_485VCC+之间连接电阻R7，网络标号H_5V+通过电阻R4连接主机光电隔离模块U1的输入端；
所述从机信息发送模块包括电阻R15、R18、R21和R22，三极管Q6和Q7，网络标号E_CPUGND、EXT_TX、E_485GND、E_485VCC+、E_485TXX和E_5V+；网络标号EXT_TX连接从机CPU的任一I/O端口，三极管Q6的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q6的集电极与电阻R18通过从机光电隔离模块U3的输入端相连接，电阻R15连接三极管Q6的基极，三极管Q7的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q7的集电极与电阻R22相连，三极管Q7的基极和网络标号E_485GND通过从机光电隔离模块U3的输出端相连接，三极管Q7的集电极与电阻R22之间还连接网络标号E_485TXX，三极管Q7的基极与网络标号E_485VCC+之间连接电阻R21，网络标号E_5V+通过电阻R18连接从机光电隔离模块U3的输入端。
4.根据权利要求1所述的一主多从式通信装置，其特征在于：所述主机信息接收模块包括电阻R3、R6、R10和R11，三极管Q4和Q5，网络标号H_CPUGND、HOST_RX、H_485GND、H_485VCC+、H_485RXX和H_5V+；网络标号HOST_RX连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q5的发射极连接网络标号H_CPUGND，三极管Q5的基极与网络标号H_CPUGND通过主机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q5的集电极通过电阻R11连接网络标号H_5V+，三极管Q5的基极与网络标号H_5V+通过电阻R10连接，三极管Q5的集电极与电阻R11之间还连接网络标号HOST_RX；三极管Q4的发射极连接网络标号H_485GND，三极管Q4的集电极与电阻R6通过主机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q4的基极通过电阻R3连接网络标号H_485RXX，网络标号H_485VCC+通过电阻R6连接主机光电隔离模块U1的输入端；
所述从机信息接收模块包括电阻R17、R20、R24和R25，三极管Q9和Q10，网络标号E_CPUGND、EXT_RX、E_485GND、E_485VCC+、E_485RXX和E_5V+，网络标号EXT_RX连接从机CPU任一I/O端口；三极管Q10的发射极连接网络标号E_CPUGND，三极管Q10的基极与网络标号E_CPUGND通过从机光电隔离模块U1的输出端相连接，三极管Q10的集电极通过电阻R25连接网络标号E_5V+，三极管Q10的基极与网络标号E_5V+通过电阻R24连接，三极管Q10的集电极与电阻R25之间还连接网络标号EXT_RX；三极管Q9的发射极连接网络标号E_485GND，三极管Q9的集电极与电阻R20通过从机光电隔离模块U1的输入端相连接，三极管Q9的基极通过电阻R17连接网络标号E_485RXX，网络标号E_485VCC+通过电阻R20连接从机光电隔离模块U1的输入端。
5.根据权利要求1所述的一主多从式通信装置，其特征在于：所述主机开关控制模块包括电阻R2、R5和R9，三极管Q3，网络标号H_CPUGND、HOST_CTL、H_485GND、H_485VCC+、H_5V+和H_485DR；三极管Q3的集电极通过主机光电隔离模块U1与电阻R5相连，三极管Q3的基极通过电阻R2连接网络标号HOST_CTL，网络标号HOST_CTL连接主机CPU任一I/O端口，三极管Q3的发射极连接网络标号H_CPUGND，网络标号H_5V+通过电阻R5与主机光电隔离模块U1的输入端相连，网络标号H_485VCC+通过电阻R9与主机光电隔离模块U1的输出端相连，电阻R9通过主机光电隔离模块U1与网络标号H_485GND相连，电阻R9与主机光电隔离模块U1之间还连接网络标号H_485DR；
所述从机开关控制模块包括电阻R16、R19和R23，三极管Q8，网络标号E_CPUGND、EXT_CTL、E_485GND、E_485VCC+、E_5V+和E_485DR；三极管Q8的集电极通过从机光电隔离模块U3与电阻R19相连，三极管Q8的基极通过电阻R16连接网络标号EXT_CTL，网络标号EXT_CTL连接从机CPU任一I/O端口，三极管Q8的发射极连接网络标号E_CPUGND，网络标号E_5V+通过电阻R19与从机光电隔离模块U3的输入端相连，网络标号E_485VCC+通过电阻R23与从机光电隔离模块U3的输出端相连，电阻R23通过从机光电隔离模块U3与网络标号E_485GND相连，电阻R23与从机光电隔离模块U3之间还连接网络标号E_485DR。
6.根据权利要求1所述的一主多从式通信装置，其特征在于：所述主机信息转换模块包括半双工通信芯片U2，电阻R12、R13和R14，磁珠L1和L2，瞬态抑制二极管D1，网络标号H_485GND、H_485VCC+、H_485DR、H_485RXX、H_485TXX、BB和AA；半双工通信芯片U2的1脚连接网络标号H_485RXX，半双工通信芯片U2的2脚和3脚连接网络标号H_485DR，半双工通信芯片U2的4脚连接网络标号H_485TXX，半双工通信芯片U2的5脚连接网络标号H_485GND，半双工通信芯片U2的6脚通过磁珠L2连接网络标号AA，半双工通信芯片U2的7脚通过磁珠L1连接网络标号BB，半双工通信芯片U2的8脚连接网络标号H_485VCC+，半双工通信芯片U2的7脚和8脚之间串联电阻R12，半双工通信芯片U2的6脚和7脚与半双工通信芯片U2的5脚之间并联瞬态抑制二极管D1，半双工通信芯片U2的6脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R14，半双工通信芯片U2的7脚还与半双工通信芯片U2的5脚之间并联电阻R13；
所述从机信息转换模块包括半双工通信芯片U4，电阻R26、R27和R28，磁珠L3和L4，瞬态抑制二极管D2，网络标号E_485GND、E_485VCC+、E_485DR、E_485RXX、E_485TXX、BB和AA；半双工通信芯片U4的1脚连接网络标号E_485RXX，半双工通信芯片U4的2脚和3脚连接网络标号E_485DR，半双工通信芯片U4的4脚连接网络标号E_485TXX，半双工通信芯片U4的5脚连接网络标号E_485GND，半双工通信芯片U4的6脚通过磁珠L4连接网络标号AA，半双工通信芯片U4的7脚通过磁珠L3连接网络标号BB，半双工通信芯片U4的8脚连接网络标号E_485VCC+，半双工通信芯片U4的7脚和8脚之间串联电阻R26，半双工通信芯片U4的6脚和7脚与半双工通信芯片U4的5脚之间并联瞬态抑制二极管D2，半双工通信芯片U4的6脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R28，半双工通信芯片U4的7脚还与半双工通信芯片U4的5脚之间并联电阻R27；主机信息转换模块和从机信息转换模块采用的半双工通信芯片U2和U4均为SN75176、SN75276、SN75LBC184、MAX485、MAX 1487、MAX3082、MAX1483中的任一种。
7.利用权利要求1~6任一项所述一主多从式通信装置的通信方法，包括一个包括主机通信模块的主机，多个包括从机通信模块的从机，其特征在于：包括以下步骤：
S601，主机呼叫从机编号地址；
S602，从机回复主机并发送从机编号地址；
S603，主机发送从机编号地址补数进行从机编号确认；
S604，从机回复主机确认从机编号地址；
S605，主机以半字节通信方式命令从机；
S606，从机以半字节通信方式回复主机命令；
S607，主机发送呼叫状态结束码。
8.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于：步骤S605中所述主机以半字节通信方式命令从机，具体步骤为：
S701，主机按照半字节通信方式将呼叫命令字节高低位拆分为呼叫命令字节高位和呼叫命令字节低位；
S702，主机按照半字节通信方式将校准命令字节高低位拆分为校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位；
S703，主机按照半字节通信方式将校验位字节高低位拆分为校验位字节高位和校验位字节低位；
S704，主机发送呼叫命令字节高位；
S705，主机发送呼叫命令字节低位；
S706，主机发送校准命令高字节高位；
S707，主机发送校准命令高字节低位；
S708，主机发送校准命令低字节高位；
S709，主机发送校准命令低字节低位；
S710，主机发送本机校验位低位；
S711，主机发送本机校验位高位。
9.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于：步骤S606中所述从机以半字节通信方式回复主机命令的步骤为：
S801，从机确认回复命令参数为检测温度、本机继电器粘连状态、本机继电器工作状态、检测电压；
S802，从机按照半字节通信方式将检测温度字节的高低位拆分为检测温度高字节位、检测温度低字节高位、检测温度低字节低位；
S803，从机按照半字节通信方式将检测电压字节的高低位拆分为检测电压高字节高位、检测电压高字节低位、检测电压低字节高位和检测电压低字节低位；
S804，从机按照半字节通信方式将本机校验位字节高低位拆分为本机校验位字节高位和本机校验位字节低位；
S805，从机发送本机检测温度低字节低位；
S806，从机发送本机检测温度低字节高位；
S807，从机发送本机检测温度高字节位；
S808，从机发送本机继电器粘连状态；
S809，从机发送本机继电器工作状态；
S810，从机发送本机检测电压高字节低位；
S811，从机发送本机检测电压高字节高位；
S812，从机发送本机检测电压低字节低位；
S813，从机发送本机检测电压低字节高位；
S814，从机发送本机校验位低位；
S815，从机发送本机校验位高位；
S816，从机发送本机回复状态结束码。
10.根据权利要求7所述的通信方法，其特征在于：步骤S605中所述主机以半字节通信方式命令从机时，主机发送的校准命令高字节高位、校准命令高字节低位、校准命令低字节高位和校准命令低字节低位均为十六进制码0X00。
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