CN107154675A - 一种应用于中高压svg的单总线通讯系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统及其方法，系统包括若干功能节点，各功能节点之间通过单总线串联；系统还包括与首个功能节点通过单总线连接的指令下发模块，与指令下发模块通过单总线连接的数据分析模块，与数据分析模块通过单总线连接的数据采集模块；数据采集模块还与最后一个功能节点通过单总线连接。本发明方法，数据帧从数据分析模块发出，数据帧依次经过指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块，指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块依次对数据帧进行读取处理并将自身状态和数据信息写到数据帧中相应的数据段，数据帧最终回到数据分析模块，完成一个通讯周期。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种应用于中高压SVG的单总线系统及方法。
背景技术
静止无功发生器 SVG（Static Var Generator）由于其良好的滤波效果和较短的响应时间等特性已经在电网中得到了广泛的应用，在当前这一阶段成为电网无功补偿设备里重要的一部分。现有技术中，中高压SVG一般由控制器、功率单元组、各类传感器和互感器、风机组以及相关柜体等组成，控制器通过各类传感器和互感器采集相关的电压、电流和开关状态等信息，根据所需要的补偿模式作出决策来控制功率单元组工作。
现有技术中，控制器与各部分之间通讯方式多样，例如并行总线、rs485总线、rs232总线、单向光纤、以太网和modbus通讯等，这样就使SVG的控制器需要集成多种接口并针对不同的规约设计程序，工作较为复杂，而且在中高压SVG设备在实际应用中，由于现场环境原因，各部分之间通讯线过长、信号线缆无屏蔽或者屏蔽不当，接收到的错误数据会使SVG设备做出错误的反应，影响运行。
另外，当前应用广泛的中高压SVG设备并联到电网上的主回路分为A、B、C三相，每一相由若干个功率单元组成，每个功率单元分别通过光纤接收SVG控制器的控制指令并上传电压及状态信号到SVG控制器，现有技术中，SVG每一相由若干个功率单元组成（根据SVG的电压等级和容量的不同，每一相个数为2~42个），控制器与功率单元的通讯有四光纤通讯和双光纤通讯两种，SVG的每一个功率单元都使用四光纤或双光纤进行通讯。功率模块从四光纤通讯到双光纤通讯的这种改变节省了大量的光纤和光纤收发器的使用，但是使用双光纤通讯的这种结构仍然存在光纤及光纤收发器使用量大、布线复杂和维护难度大的问题。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种应用于中高压SVG的单总线系统及方法，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述电网无功补偿设备中通讯方式多样及多路光纤传输复杂的缺陷，提供一种应用于中高压SVG的单总线系统及方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，包括若干功能节点，各功能节点之间通过单总线串联；
系统还包括与首个功能节点通过单总线连接的指令下发模块，与指令下发模块通过单总线连接的数据分析模块，与数据分析模块通过单总线连接的数据采集模块；数据采集模块还与最后一个功能节点通过单总线连接；
所述单总线为采用屏蔽线或光纤的单根数据传输线，单总线的数据传输方向为单方向。
进一步地，数据分析模块包括通信接口，可编程逻辑器件，单片机和DSP，通信接口包括发送接口和接收接口；
指令下发模块包括通信接口，通信接口包括发送接口和接收接口，发送接口为驱动总线的硬件接口，接收接口为接收数据分析模块数据的硬件电路；
功能节点包括传感器模块、场站对时装置、多套协调装置和功率单元驱动；
每个功能节点包括通信接口，通信接口包括发送接口和接收接口，功能节点通过发送接口和接收接口连接到单总线系统中；
数据采集模块包括故障处理单元和通信接口；通信接口包括发送接口和接收接口；数据采集模块的通信接口和各功能节点的通信接口相同，用于连接到总线中。
数据采集模块将总线上的信息分为数据信息和状态信息两种，数据采集模块的故障处理单元接收到功能节点错误的状态信息后可不通过数据分析模块直接控制指令下发模块下发相应的指令来停止系统运行，对装置进行保护，采集的数据信息发送到数据分析模块，由其进行进一步分析，并作出决策。
进一步地，数据分析模块与数据采集模块还通过PCB板上的并行总线连接。
进一步地，数据采集模块还与指令下发模块连接。
本发明给出以下技术方案：
一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，数据帧从数据分析模块发出，数据帧依次经过指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块，指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块依次对数据帧进行读取处理并将自身状态和数据信息写到数据帧中相应的数据段，数据帧最终回到数据分析模块，完成一个通讯周期；
所述数据帧包括校验段、节点状态段、节点数据段、指令段、序号段和节点绝对识别码；
通讯方法包括如下步骤：
步骤1.通讯系统硬件上电；
步骤2.进入系统自检模式；
步骤3.系统自检模式下,数据分析模块通过指令下发模块发出数据帧；
步骤4.数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
步骤5.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤6.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块产生禁止投入运行信号，数据采集模块将禁止投入运行信号和数据帧发送到数据分析模块，数据分析模块通过分析数据帧来定位错误功能节点，直至消除故障，自检周期回0，回到步骤3；
若数据采集模块接收到节点状态和数据信息都正常，则判断是否达到自检周期；
步骤7.若未达到自检周期，则自检周期加1，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，回到步骤3；
若达到自检周期，数据采集模块发出允许投入运行信号给数据分析模块，数据分析模块发出投入运行命令；
步骤8.进入系统运行模式；
步骤9.系统运行模式下,数据分析模块发出包括投入运行命令的数据帧；
步骤10. 数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
步骤11.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤12.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，数据分析模块对数据帧分析处理，回到步骤2；若数据采集模块未接收到错误的节点状态和数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，则回到步骤9。
进一步地，步骤4具体步骤如下：
步骤41.功能节点接收到数据帧，判断系统运行模式，若数据帧中没有投入运行命令，系统为自检模式，功能节点写自身状态和数据信息到数据帧相应的位置；
步骤42.继续往下发送新的数据帧；
若有下一个功能节点，则发送新的数据帧到下一个功能节点；回到步骤41；
若没有下一个功能节点，则发送新的数据帧数据采集模块；
步骤10具体步骤如下：
步骤101.功能节点接收到数据帧，判断系统运行模式，若数据帧中有投入运行命令，功能节点执行数据帧中对应的命令，同时写自身状态和数据信息到数据帧中相应位置；若没有功能节点对应的命令，则只写自身状态和数据信息到数据帧中相应位置；
步骤102.继续往下发送新的数据帧；
若有下一个功能节点，则发送新的数据帧到下一个功能节点；回到步骤101；
若没有下一个节点，则发送新的数据帧到数据采集模块。
进一步地，步骤41中，功能节点判断系统为自检模式后，功能节点判断数据帧中序号段是否与本功能节点寄存器中的序号相同；
若序号不同，则将本功能节点序号更改为数据帧中序号段的序号，再将数据帧中序号段的数据加1；
若序号相同，则将数据帧中序号段的数据加1；
步骤101中，功能节点执行数据帧中对应的命令，是根据数据帧中的节点绝对识别码来判断的，若节点绝对识别码与自身的序号相同，则判断为本功能节点的对应命令，功能节点执行命令；若节点绝对识别码与自身的序号不相同，则判断不是本功能节点的对应命令，功能节点不执行命令。
每个节点写到数据帧中的状态和数据有各自固定的位置，数据采集模块和数据分析模块通过读取数据帧中不同位置的状态和信息来判断各个功能节点的状态和数据。
进一步地，数据帧还包括节点识别码，节点识别码与序号段数据是否相同用来校验序号传输是否错误；
自检周期包括1个初始化周期和4个核对周期；系统自检模式下,对每个功能节点初始化序号后，若连续4次核对序号正确，同时节点状态正确，则可进入投入运行模式。
初始化周期对各个功能节点根据连接到总线上的位置依次编号,最靠近指令下发模块的编号为1,一直到离数据采集模块最近的编号为n，n>1。
进一步地，步骤12若数据采集模块接收到错误的节点状态信息，数据采集模块直接控制指令下发模块下发指令停止系统运行。
进一步地，在系统运行模式下，若功能节点检测到自身数据异常或者状态位错误，则向总线发出带有序号的报错数据帧并停止自身运行，接收到报错数据帧的功能节点停止自身运行并发出报错数据帧，数据分析模块接收到报错数据帧后停止整个系统运行。
本发明的有益效果在于：本发明各模块和各功能节点之间采用统一规格的屏蔽线或者抗干扰能力更好的光纤为介质进行通讯，减少了通讯接口的种类，降低了硬件和软件的设计难度，而且能够简化装置结构和降低维护难度。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的通讯系统连接示意图；
图2为本发明的通讯系统数据帧格式；
图3为本发明的方法流程图；
其中，c.数据采集模块；Rc.数据采集模块的接收接口；Tc.数据采集模块的发送接口；a.数据分析模块；Ra.数据分析模块的接收接口；Ta.数据分析模块的发送接口；t.指令下发模块；Rt.指令下发模块的接收接口；Tt.指令下发模块的发送接口；1.第一功能节点；R1.第一功能节点的接收接口；T1.第一功能节点的发送接口；2.第二功能节点；R2.第二功能节点的接收接口；T2.第二功能节点的发送接口；3.第三功能节点；R3.第三功能节点的接收接口；T3.第三功能节点的发送接口；n.第n功能节点；Rn.第n功能节点的接收接口；Tn.第n功能节点的发送接口。
具体实施方式：
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明实施例1提供一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，包括若干功能节点1到n，各功能节点之间通过单总线串联；功能节点1的数据发送接口T1通过单总线与功能节点2的数据接收接口R2连接，功能节点2的数据发送接口T2通过单总线与功能节点3的数据接收接口R3连接，按照以上方式连接一直到功能节点n；
系统还包括与功能节点1通过单总线连接的指令下发模块t，与指令下发模块t通过单总线连接的数据分析模块a，与数据分析模块a通过单总线连接的数据采集模块c；数据采集模块c还与功能节点n通过单总线连接；所述数据分析模块的数据发送接口Ta通过单总线与指令下发模块的数据接收接口Rt连接，指令下发模块的数据发送接口Tt通过单总线与功能节点1的数据接收接口R1连接，功能节点n的数据发送接口Tn通过单总线与数据采集模块的数据接收接口Rc连接，数据采集模块的数据发送接口Tc通过单总线与数据分析模块的数据接收接口Ra连接；
所述单总线为采用屏蔽线或光纤的单根数据传输线，单总线的数据传输方向为单方向，屏蔽线为工业用屏蔽良好的金属导线。
本发明提供一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，数据帧从数据分析模块发出，数据帧依次经过指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块，指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块依次对数据帧进行读取处理并将自身状态和数据信息写到数据帧中相应的数据段，数据帧最终回到数据分析模块，完成一个通讯周期；
如图2所示，所述数据帧包括校验段、节点状态段、节点数据段、节点识别码、指令段、序号段和节点绝对识别码；数据帧从高位到低位依次为校验段、节点状态段、节点数据段、节点识别码、指令段、序号段和节点绝对识别码；
如图1和图3所示，通讯方法包括如下步骤：
步骤1.通讯系统硬件上电；
步骤2.进入系统自检模式；
步骤3.系统自检模式下,数据分析模块通过指令下发模块发出数据帧；
步骤4.数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
数据帧到达功能节点1，功能节点1对数据帧进行读取；
若数据帧中没有投入运行命令，为系统自检模式，则写自身状态和数据到数据帧相应位置；判断数据帧中的序号段1是否与自身的序号相同；
序号不相同的话将自身序号更改为数据帧中的序号1，然后将数据帧中的序号加1并写到数据帧中，节点自身状态和数据写入帧中相应位置；
继续往下发送新的数据帧给功能节点2；
数据帧到达功能节点2，功能节点2对数据帧进行读取；
若数据帧中没有投入运行命令，为系统自检模式，则写自身状态和数据到数据帧相应位置；判断数据帧中的序号段2是否与自身的序号相同；
序号不相同的话将自身序号更改为数据帧中的序号2，然后将数据帧中的序号加1并写到数据帧中，节点自身状态和数据写入帧中相应位置；
继续往下发送新的数据帧给功能节点3；
数据帧到达功能节点3，功能节点3对数据帧进行读取；
若数据帧中没有投入运行命令，为系统自检模式，则写自身状态和数据到数据帧相应位置；判断数据帧中的序号段3是否与自身的序号相同；
序号不相同的话将自身序号更改为数据帧中的序号3，然后将数据帧中的序号加1并写到数据帧中，节点自身状态和数据写入帧中相应位置；
继续往下发送新的数据帧直到给功能节点n；
没有下一个功能节点，则发送新的数据帧数据采集模块；
步骤5.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤6.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块产生禁止投入运行信号，数据采集模块将禁止投入运行信号和数据帧发送到数据分析模块，数据分析模块通过分析数据帧来定位错误功能节点，直至消除故障，自检周期回0，回到步骤3；
若数据采集模块接收到节点状态和数据信息都正常，则判断是否达到自检周期；自检周期包括1个初始化周期和4个核对周期；系统自检模式下,对每个功能节点初始化序号后，若连续4次核对序号正确，同时节点状态正确，则可进入投入运行模式。
初始化周期对各个功能节点根据连接到总线上的位置依次编号,最靠近指令下发模块的编号为1,一直到离数据采集模块最近的编号为n，n>1；
步骤7.若未达到自检周期，则自检周期加1，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，回到步骤3；
经过几个周期的自检之后，每个功能节点接收到数据帧时其自身序号和数据帧中序号能够吻合，连续判断4次吻合的话，功能节点即将此序号作为自己固定的识别码储存起来，各个功能节点状态和数据都正常的情况下，数据采集模块会发出允许投入运行的信号，等待数据分析模块的投入运行命令；
步骤8.进入系统运行模式；
步骤9.系统运行模式下,数据分析模块发出包括投入运行命令的数据帧；
步骤10. 数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
功能节点1对数据帧进行读取，数据帧中有投入运行命令，为系统运行模式；
执行数据帧中对功能节点1的命令，同时写自身状态和数据到数据帧相应位置；
继续发出数据帧到功能节点2；
数据帧到达功能节点2，功能节点2对数据帧进行读取；
数据帧中有投入运行命令，为系统运行模式；
执行数据帧中对功能节点2的命令，同时写自身状态和数据到数据帧相应位置；
然后发出数据帧到功能节点3；
数据帧到达功能节点3，功能节点3对数据帧进行读取；
数据帧中有投入运行命令，为系统运行模式；
执行数据帧中对功能节点3的命令，同时写自身状态和数据到数据帧相应位置；
上述步骤一直进行到发送数据帧到功能节点n；
没有下一个节点，发送数据帧到数据采集模块；
步骤11.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤12.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，数据分析模块对数据帧分析处理，回到步骤2；若数据采集模块未接收到错误的节点状态和数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，则回到步骤9。
SVG，静止无功发生器，英文描述为：Static Var Generator，简称为SVG。又称高压动态无功补偿发生装置，或静止同步补偿器,是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置,SVG是目前无功功率控制领域内的最佳方案,相对于传统的调相机、电容器电抗器、以晶闸管控制电抗器TCR为主要代表的传统SVC等方式，SVG有着无可比拟的优势。
DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
本发明的实施例是说明性的，而非限定性的，上述实施例只是帮助理解本发明，因此本发明不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他的具体实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，其特征在于，包括若干功能节点，各功能节点之间通过单总线串联；
系统还包括与首个功能节点通过单总线连接的指令下发模块，与指令下发模块通过单总线连接的数据分析模块，与数据分析模块通过单总线连接的数据采集模块；数据采集模块还与最后一个功能节点通过单总线连接；
所述单总线为采用屏蔽线或光纤的单根数据传输线，单总线的数据传输方向为单方向。
2.如权利要求1所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，其特征在于，
数据分析模块包括通信接口，可编程逻辑器件，单片机和DSP，通信接口包括发送接口和接收接口；
指令下发模块包括通信接口，通信接口包括发送接口和接收接口，发送接口为驱动总线的硬件接口，接收接口为接收数据分析模块数据的硬件电路；
功能节点包括传感器模块、场站对时装置、多套协调装置和功率单元驱动；
每个功能节点包括通信接口，通信接口包括发送接口和接收接口，功能节点通过发送接口和接收接口连接到单总线系统中；
数据采集模块包括故障处理单元和通信接口，通信接口包括发送接口和接收接口；数据采集模块的通信接口和各功能节点的通信接口相同，用于连接到总线中。
3.如权利要求1所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，其特征在于，数据分析模块与数据采集模块还通过PCB板上的并行总线连接。
4.如权利要求1所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯系统，其特征在于，数据采集模块还与指令下发模块连接。
5.一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，数据帧从数据分析模块发出，数据帧依次经过指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块，指令下发模块、每个功能节点和数据采集模块依次对数据帧进行读取处理并将自身状态和数据信息写到数据帧中相应的数据段，数据帧最终回到数据分析模块，完成一个通讯周期；
所述数据帧包括校验段、节点状态段、节点数据段、指令段、序号段和节点绝对识别码；
通讯方法包括如下步骤：
步骤1.通讯系统硬件上电；
步骤2.进入系统自检模式；
步骤3.系统自检模式下,数据分析模块通过指令下发模块发出数据帧；
步骤4.数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
步骤5.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤6.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块产生禁止投入运行信号，数据采集模块将禁止投入运行信号和数据帧发送到数据分析模块，数据分析模块通过分析数据帧来定位错误功能节点，直至消除故障，自检周期回0，回到步骤3；
若数据采集模块接收到节点状态和数据信息都正常，则判断是否达到自检周期；
步骤7.若未达到自检周期，则自检周期加1，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，回到步骤3；
若达到自检周期，数据采集模块发出允许投入运行信号给数据分析模块，数据分析模块发出投入运行命令；
步骤8.进入系统运行模式；
步骤9.系统运行模式下,数据分析模块发出包括投入运行命令的数据帧；
步骤10. 数据帧依次到达每个功能节点，每个功能节点依次对数据帧进行读取处理；
步骤11.功能节点处理后的数据帧到达数据采集模块；
步骤12.若数据采集模块接收到错误的节点状态或数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，数据分析模块对数据帧分析处理，回到步骤2；若数据采集模块未接收到错误的节点状态和数据信息，数据采集模块发送数据帧到数据分析模块，则回到步骤9。
6.如权利要求5所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，
步骤4具体步骤如下：
步骤41.功能节点接收到数据帧，判断系统运行模式，若数据帧中没有投入运行命令，系统为自检模式，功能节点写自身状态和数据信息到数据帧相应的位置；
步骤42.继续往下发送新的数据帧；
若有下一个功能节点，则发送新的数据帧到下一个功能节点；回到步骤41；
若没有下一个功能节点，则发送新的数据帧数据采集模块；
步骤10具体步骤如下：
步骤101.功能节点接收到数据帧，判断系统运行模式，若数据帧中有投入运行命令，功能节点执行数据帧中对应的命令，同时写自身状态和数据信息到数据帧中相应位置；若没有功能节点对应的命令，则只写自身状态和数据信息到数据帧中相应位置；
步骤102.继续往下发送新的数据帧；
若有下一个功能节点，则发送新的数据帧到下一个功能节点；回到步骤101；
若没有下一个节点，则发送新的数据帧到数据采集模块。
7.如权利要求6所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，步骤41中，功能节点判断系统为自检模式后，功能节点判断数据帧中序号段是否与本功能节点寄存器中的序号相同；
若序号不同，则将本功能节点序号更改为数据帧中序号段的序号，再将数据帧中序号段的数据加1；
若序号相同，则将数据帧中序号段的数据加1；
步骤101中，功能节点执行数据帧中对应的命令，是根据数据帧中的节点绝对识别码来判断的，若节点绝对识别码与自身的序号相同，则判断为本功能节点的对应命令，功能节点执行命令；若节点绝对识别码与自身的序号不相同，则判断不是本功能节点的对应命令，功能节点不执行命令。
8.如权利要求5所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，
数据帧还包括节点识别码，节点识别码与序号段数据是否相同用来校验序号传输是否错误；
自检周期包括1个初始化周期和4个核对周期；系统自检模式下,对每个功能节点初始化序号后，若连续4次核对序号正确，同时节点状态正确，则可进入投入运行模式。
9.如权利要求5所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，
步骤12若数据采集模块接收到错误的节点状态信息，数据采集模块直接控制指令下发模块下发指令来停止系统运行。
10.如权利要求5所述的一种应用于中高压SVG的单总线通讯方法，其特征在于，在系统运行模式下，若功能节点检测到自身数据异常或者状态位错误，则向总线发出带有序号的报错数据帧并停止自身运行，接收到报错数据帧的功能节点停止自身运行并发出报错数据帧，数据分析模块接收到报错数据帧后停止整个系统运行。
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|---|---|---|---|---|
| CN110471882A (zh) * | 2019-08-22 | 2019-11-19 | 矽恩微电子(厦门)有限公司 | 一种单总线通信电路及方法 |
| CN113162719A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-07-23 | 上海赫千电子科技有限公司 | 一种基于光纤车载以太网的环状网络数据通信架构 |
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| CN105959216A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-09-21 | 重庆世纪之光科技实业有限公司 | 一种单向串行总线网络的通信方法、装置及系统 |
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