CN110275468A - 基于ldn的分布式控制系统、方法、通讯协议、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LDN的分布式控制系统、方法、通讯协议、装置及家具，其中，控制系统包括主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。将原有的集中式控制方式改变成分布式控制方式，减少了从节点与主节点之间的线束约束，电路结构简单，单片机性能要求降低，无需外部晶振、单片机内部RC振荡器即可满足通讯精度要求，同时，通过三根线束组成一条通讯线精，简化了传统通讯线包括至少四根，如电源线、接地线和两条通讯线（CAN总线方式）。
Description
技术领域
本发明涉及控制领域，具体涉及一种基于LDN的分布式控制系统、方法、通讯协议、装置及智能家具。
背景技术
智能家具现在的控制方式，是采用集中控制，即通过一个单片机对多个装置进行控制，比如智能沙发，采用一个单片机，对沙发的多个电机、灯带、灯杯、音箱等进行控制，从而导致对单片机引脚的需求增多，对单片机的性能要求增高，导致成本增加。
如何解决上述问题，是目前亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于LDN的分布式控制系统、方法、通讯协议、装置及智能家具。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于LDN的分布式控制系统，包括：
主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；
所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；
所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。
进一步的，主节点控制模块包括主节点单片机、电源以及主总线收发单元；
所述主节点单片机与所述主总线收发单元电性连接；
所述主总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述主节点单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；
所述主总线收发单元还适于通过通讯线接收每个所述从节点控制模块的反馈通讯信号，并发送给所述主节点单片机。
进一步的，所述主总线收发单元包括调制电路以及解调电路；
所述调制电路适于通过电源的供电电压将主节点单片机发送的控制信号调制成通讯信号发送给每个所述从节点控制模块；
所述解调电路适于将从节点控制模块发送的反馈通讯信号进行解调后发送给主节点单片机。
进一步的，所述从节点控制模块包括从节点单片机、从总线收发单元以及驱动单元；
所述从节点单片机分别与所述从总线收发单元以及所述驱动单元电性连接；
所述从节点单片机适于通过所述从总线收发单元接收所述通讯信号，并通过驱动单元完成对后端装置的控制；
所述从总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主总线收发单元。
第二方面，本发明还提供了一种基于LDN的分布式控制方法，即
所述分布式控制方法通过将主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块通过同一条通讯线并联通信。
进一步的，所述主节点控制模块中的主总线收发单元适于通过电源的供电电压将主节点单片机发出的控制信号调制成通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；以及
所述从节点控制模块适于通过电源的供电电压将从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主总线收发单元。
进一步的，所述分布式控制方法还包括：
所述从节点控制模块的波特率自适应，所述波特率的范围为1.2k-19.6Kbps。
第三方面，本发明还提供了一种基于LDN的分布式控制系统的通讯协议，
所述通讯协议的报文结构包括：
同步启动场、数据长度+ID、功能ID、数据场以及CRC检验。
进一步的，所述通讯协议执行过程包括：
S1：同步启动监测态,即，监测同步启动场的N个均匀电平值，转到S2；
S2：数据长度+ID读取态，即，读取并处理数据长度+ID的字节，超时回到S1，未超时转到S3；
S3：功能ID读取态，即，读取并处理功能ID的字节，超时回到S1，未超时转到S4；
S4：数据段读取态，即，读取数据场的字节，超时回到S1，未超时转到S5；
S5：校验态，即，对CRC校验的字节进行校验，超时或完成校验均回到S1。
第四方面，本发明还提供了一种装置，包括：控制模块；所述控制模块包括：单片机、电源以及总线收发单元；所述单片机与所述总线收发单元电性连接；所述总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线发送；所述总线收发单元还适于通过通讯线接收反馈通讯信号，并发送给所述单片机。
第五方面，本发明还提供了一种智能家具，包括：用于发送控制指令的主控制模块，以及用于接收控制指令以控制后端装置执行的从控制模块；其中所述主控制模块分别与至少一个所述从控制模块由同一条通讯线并联通信。
本发明的有益效果是，本发明的提供了一种基于LDN的分布式控制系统、方法及其通讯协议，其中，基于LDN的分布式控制系统包括主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。将原有的集中式控制方式改变成分布式控制方式，减少了从节点与主节点之间的线束约束，电路结构简单，单片机性能要求降低，无需外部晶振、单片机内部RC振荡器即可满足通讯精度要求，同时，通过三根线束组成一条通讯线精，简了传统通讯线包括至少四根，如电源线、接地线和两条通讯线（CAN总线方式）。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所提供的基于LDN的分布式控制系统的结构示意图。
图2网关节点同时为两个LDN总线的主节点所对应的连接示意图。
图3网关节点同时为两个LDN总线的从节点所对应的连接示意图。
图4网关节点为一个LDN总线的主节点，同时为另一个LDN总线的从节点所对应的连接示意图。
图5是本发明所提供的主总线收发单元的电路原理图。
图6是本发明所提供的报文结构的示意图。
图7是本发明所提供的通讯协议执行过程的流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种基于LDN（Low-cost Distributed Network，低成本分布式网络）的控制系统，其包括：主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。将原有的集中式控制方式改变成分布式控制方式，减少了从节点与主节点之间的线束约束，电路结构简单，对单片机性能要求降低，无需外部晶振、单片机内部RC振荡器即可满足通讯精度要求。同时，通过三根线束组成一条通讯线，精简了传统通讯线包括至少四根，如电源线、接地线和两条通讯线（CAN总线方式），给连线带来极大的便利。
基于LDN的分布式控制系统所采用的通讯方式定义为LDN总线，其可以采用多种总线连接方式，如图2-图4所示，图2网关节点同时为两个LDN总线的主节点所对应的连接示意图，图3网关节点同时为两个LDN总线的从节点所对应的连接示意图，图4网关节点为一个LDN总线的主节点，同时为另一个LDN总线的从节点所对应的连接示意图。
三种连接方式仅为示意，例如但不限于上述三种，从三种LDN总线通讯方式可以看出，本控制系统由于主节点控制模块与从节点控制模块的总线收发单元的结构完全相同，因此在连线中可以去中心化，从节点在网络中也可以作为主节点使用进行节点拓展。
在本实施例中，主节点控制模块包括主节点单片机、电源以及主总线收发单元；所述主节点单片机与所述主总线收发单元电性连接；所述主总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述主节点单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；所述主总线收发单元还适于通过通讯线接收每个所述从节点控制模块的反馈通讯信号，并发送给所述主节点单片机。
具体的，所述主总线收发单元包括调制电路以及解调电路；所述调制电路适于通过电源的供电电压将主节点单片机发送的控制信号调制成通讯信号发送给每个所述从节点控制模块；所述解调电路适于将从节点控制模块发送的反馈通讯信号进行解调后发送给主节点单片机。主总线收发单元的电路图如图5所示，调制电路采用复合管U3，解调电路采用复合管U4，以及解调电路通过同一信号线与通讯线LDN进行信号传输，改变了CAN总线采用两个通讯线进行信号传输的方式，精简了通讯线的线束数量。通过电源的输出电压的范围可以是（5V-40V）并可以自适应进行高低电平调制，提高了信号传输的兼容性。
在本实施例中，主总线收发单元采用的是三极管，在其他实施例中，可以用任意开关管如mos管来替代，只要能达到本实施例相同的目的，均在本发明的保护范围之内。
在本实施例中，所述从节点控制模块包括从节点单片机、从总线收发单元以及驱动单元；所述从节点单片机分别与所述从总线收发单元以及所述驱动单元电性连接；所述从节点单片机适于通过所述从总线收发单元接收所述通讯信号，并通过驱动单元完成对后端装置的控制；所述从总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主总线收发单元。通过在从节点中设置小型的单片机进行通讯，从而将之前集中式中使用的高性能的单片机的通讯进行拆分到各个小型的单片机中进行，从而降低了控制成本。
上述主总线收发单元与从总线收发单元的电路的工作原理完全相同，因此，在构成LDN总线时，可以不用考虑主节点的唯一性，降低网络布线成本。
实施例2
在实施例1基础，本实施例2提供了一种基于LDN的分布式控制方法，所述分布式控制方法通过将主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块通过同一条通讯线并联通信。将原有的集中式控制方式改变成分布式控制方式，减少了从节点与主节点之间的线束约束，电路结构简单，单片机性能要求降低，无需外部晶振、单片机内部RC振荡器即可满足通讯精度要求。
具体的，所述主节点控制模块中的主总线收发单元适于通过电源的供电电压将主节点单片机发出的控制信号调制成通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；以及所述从节点控制模块适于通过电源的供电电压将从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主总线收发单元。
在本实施例中，所述从节点控制模块的波特率自适应。其中，所述波特率的范围为1.2k-19.6Kbps。从节点在故障诊断、固件更新、测试模式等不同场景下的波特率可以自适应的进行设置，从而提高特殊使用场景的扩展性，同时降低正常通讯时的能耗。其中特殊场合例如但不限于通过主节点升级从节点A的固件，如果使用正常通讯速率（1.2kbps）需要1分钟，通过变速率技术，首先主节点发送特殊指令，通知全网从节点即将进入固件升级模式，接收节点为A，速率为19.2kbps速率，接下来主节点可以以最高速率且A节点独占网络的情况下快速实现固件升级。极大的节约网络资源。
实施例3
在实施例1和2基础上，本实施例3提供了一种基于LDN的分布式控制系统的通讯协议，如上述的基于LDN的分布式控制系统采用所述通讯协议进行通讯。通讯线采用物理电平为地电平，即“0”，采用节点供电电压为高电平，即，“1”。采用专用的通讯协议进行通讯，提高了通讯效率，适应性强。通过三根线束组成一条通讯线精，简了传统通讯线包括至少四根，如电源线、接地线和两条通讯线（CAN总线方式）。
请参阅图6，在本实施例中，所述通讯协议的报文结构包括：同步启动场、数据长度+ID、功能ID、数据场以及CRC检验。其中，报文结构中每个部分的字节长度分别为，同步启动场为14bits，数据长度+ID为1Byte，功能ID为1Byte，数据场为0-8Byte，CRC检验为1Byte。
请参阅图7，在本实施例中，所述通讯协议执行过程包括：
S1：同步启动监测态,即，监测同步启动场的14个均匀电平值，转到S2；
其中启动场的均匀电平值的数量与启动场的字节数对应，可以根据需要设定相应数量。
S2：数据长度+ID读取态，即，读取并处理数据长度+ID的字节，超时回到S1，未超时转到S3；
S3：功能ID读取态，即，读取并处理功能ID的字节，超时回到S1，未超时转到S4；
S4：数据段读取态，即，读取数据场的字节，超时回到S1，未超时转到S5；
S5：校验态，即，对CRC校验的字节进行校验，超时或完成校验均回到S1。
实施例4
在实施例1至3基础上，本实施例4提供了一种装置，包括：控制模块；
所述控制模块包括：单片机、电源以及总线收发单元；所述单片机与所述总线收发单元电性连接；所述总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线发送；所述总线收发单元还适于通过通讯线接收反馈通讯信号，并发送给所述单片机。
本控制模块可以相当于实施例1所述的主节点控制模块，当在控制模块中加入驱动单元后可以相当于实施例1所述的从节点控制模块的功能，其通讯原理相同。
将控制模块集成在装置中可以将多个装置通过LDN总线相连，降低通讯成本，使多个装置的连接更加便利。
上述装置可以是电动推杆，也可以是电机，也可以智能插座、灯，也可以是手控器、无线网关等设备。
实施例5
在实施例1至3基础上，本实施例5提供了一种智能家具，包括：用于发送控制指令的主控制模块，以及用于接收控制指令以控制后端装置执行的从控制模块；其中所述主控制模块分别与至少一个所述从控制模块由同一条通讯线并联通信。
本智能家具中主控制模块相当于实施例1所述控制系统中的主节点控制模块，从控制模块相当于上述控制系统中从节点控制模块，通讯原理与控制系统中相同。
智能家具可以但不限于电动床、电动沙发等。
本实施例以电动沙发为例，主控制模块可以设置在手控器内，从控制模块可以设置在电动推杆内，后置装置具体为电动推杆内的驱动电机，也可以是灯杯、氛围灯等外设。
电动床的实现过程与电动沙发相似。
当智能家具采用本LED通讯方式后，将传统集成各种驱动电路及控制功能的主控电路板的相应功能分担到各从控制模块实现，实现了去中心的目的，该设计能够降低智能家具的故障率，避免了由于主控电路板故障造成整体瘫痪的现象，并且在维修更换时，只需更换相应后置装置即可，降低了维护成本。
综上所述，本发明的提供了一种基于LDN的分布式控制系统、方法及其通讯协议，其中，基于LDN的分布式控制系统包括主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。将原有的集中式控制方式改变成分布式控制方式，减少了从节点与主节点之间的线束约束，电路结构简单，单片机性能要求降低，无需外部晶振、单片机内部RC振荡器即可满足通讯精度要求，同时，通过三根线束组成一条通讯线精，简了传统通讯线包括至少四根，如电源线、接地线和两条通讯线（CAN总线方式）。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (11)
1.一种基于LDN的分布式控制系统，其特征在于，包括：
主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块；
所述主节点控制模块分别与至少一个所述从节点控制模块由同一条通讯线并联通信；
所述主节点控制模块适于发送控制通讯信号给多个所述从节点控制模块对后端装置进行控制。
2.如权利要求1所述的基于LDN的分布式控制系统，其特征在于，
主节点控制模块包括主节点单片机、电源以及主总线收发单元；
所述主节点单片机与所述主总线收发单元电性连接；
所述主总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述主节点单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；
所述主总线收发单元还适于通过通讯线接收每个所述从节点控制模块的反馈通讯信号，并发送给所述主节点单片机。
3.如权利要求2所述的基于LDN的分布式控制系统，其特征在于，
所述主总线收发单元包括调制电路以及解调电路；
所述调制电路适于通过电源的供电电压将主节点单片机发送的控制信号调制成通讯信号发送给每个所述从节点控制模块；
所述解调电路适于将从节点控制模块发送的反馈通讯信号进行解调后发送给主节点单片机。
4.如权利要求2所述的基于LDN的分布式控制系统，其特征在于，
所述从节点控制模块包括从节点单片机、从总线收发单元以及驱动单元；
所述从节点单片机分别与所述从总线收发单元以及所述驱动单元电性连接；
所述从节点单片机适于通过所述从总线收发单元接收所述通讯信号，并通过驱动单元完成对后端装置的控制；
所述从总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主节点的总线收发单元。
5.一种基于LDN的分布式控制方法，其特征在于，
所述分布式控制方法通过将主节点控制模块以及至少一个从节点控制模块通过同一条通讯线并联通信。
6.如权利要求5所述的基于LDN的分布式控制方法，其特征在于，
所述主节点控制模块中的主总线收发单元适于通过电源的供电电压将主节点单片机发出的控制信号调制成通讯信号通过通讯线传输给每个所述从节点控制模块；以及
所述从节点控制模块适于通过电源的供电电压将从节点单片机发出的反馈信号调制成反馈通讯信号，并通过通讯线传输给所述主节点的总线收发单元。
7.如权利要求6所述的基于LDN的分布式控制方法，其特征在于，
所述分布式控制方法还包括：
所述从节点控制模块的波特率自适应，所述波特率的范围为1.2k-19.6Kbps。
8.一种基于LDN的分布式控制系统的通讯协议，其特征在于，
所述通讯协议的报文结构包括：
同步启动场、数据长度+ID、功能ID、数据场以及CRC检验。
9.如权利要求8所述的基于LDN的分布式控制系统的通讯协议，其特征在于，
所述通讯协议执行过程包括：
S1：同步启动监测态,即，监测同步启动场的N个均匀电平值，转到S2；
S2：数据长度+ID读取态，即，读取并处理数据长度+ID的字节，超时回到S1，未超时转到S3；
S3：功能ID读取态，即，读取并处理功能ID的字节，超时回到S1，未超时转到S4；
S4：数据段读取态，即，读取数据场的字节，超时回到S1，未超时转到S5；
S5：校验态，即，对CRC校验的字节进行校验，超时或完成校验均回到S1。
10.一种装置，其特征在于，包括：控制模块；
所述控制模块包括：单片机、电源以及总线收发单元；
所述单片机与所述总线收发单元电性连接；
所述总线收发单元适于通过电源的供电电压将所述单片机发出的控制信号调制成控制通讯信号通过通讯线发送；
所述总线收发单元还适于通过通讯线接收反馈通讯信号，并发送给所述单片机。
11.一种智能家具，其特征在于，包括：用于发送控制指令的主控制模块，以及用于接收控制指令以控制后端装置执行的从控制模块；其中
所述主控制模块分别与至少一个所述从控制模块由同一条通讯线并联通信。
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