CN111104356A - 一种多从控模块自动编址方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多从控模块自动编址方法及系统，检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若异常则报警；若正常则主控模块向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；第一级从控模块接收第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若异常则将异常信息反馈给主控模块，若正常则第一级从控模块向第二级从控模块发送包含有对应地址信息的第二PWM信号；重复上述过程直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块发送的包含有对应地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。提高了从控模块编址的正确率及效率，防止了误编址状态及无编址状态。

Description

一种多从控模块自动编址方法及系统
技术领域
本发明属于多节点地址识别以及电池管理系统编址技术领域，特别涉及一种多从控模块自动编址方法及系统。
背景技术
随着单片机技术的应用发展，相当多的系统构造越来越复杂，同一系统中包含的子节点数目也越来越多，为了便于管理这些子节点的数据，防止子节点之间因为ID问题，而导致数据不能被主机识别，需要有一种简单可靠的编址方式来实现子节点间的区别。
而在新能源应用领域，电池管理系统作为其中的一个关键部件，其由主控模块以及多个从控模块构成。由于电池模块数量众多，物理分布较为复杂，对从控模块进行人工编址工作量大且容易出错。
为了解决电池模块编址的问题，提出了通过电平识别方式和PWM识别方式对从控电池模块进行编址。电平识别方式是最简单的一种自动编址方式，其实现方式是通过从控模块检测端口的I/O电平，通过I/O电平的变化来判断当前是否需要进行自动编址，这种方式I/O电平是固定的，通过上位机对其进行固定地址编码，然后再和主控模块进行交互确认。然而这种编码方式效率较低，且由于从控模块和电池模组是集成一体的，当其中任意一个发生故障时，都需要对从控模块进行编码后再安装到一起，进而增加了维护成本。此外，当I/O电平出现异常时，系统无法进行识别，导致系统会进入误编址状态或者无编址状态。另外由于系统线束较多且复杂，为了降低系统线束的复杂程度，自动编址信号在系统中不仅实现编址的功能，还需要完成报警的功能，像这种电平配合总线通讯的编址方式，由于其编址线是单向的，其就无法完成硬线报警的回传功能，导致从控模块编址正确率低低及效率低。
另外，PWM自动编址方式，既可以单独完成多采集模块的自动编址，也可以通过配合总线通讯方式，完成多采集模块的自动编址，常用的方式是通过调节PWM的占空比得到PWM波，但由于受到误差放大器的影响，回路增益及响应速度受到限制，导致响应速度慢及效率低。如公布号为“CN107508930A”，名称为“ID分配方法及系统”的中国发明专利申请，该专利提出了一种利用PWM波为从控单元分配地址的方式，但其编址线也是单向的，其也无法完成硬线报警的回传功能，导致从控模块编址正确率低及效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多从控模块自动编址方法，用于解决现有技术中从控模块编址正确率低及效率低的问题；同时还提供了一种多从控模块自动编址系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种多从控模块自动编址方法，包括如下步骤：
1)检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；
2)第一级从控模块接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；
3)重复步骤2)直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。
本发明通过PWM信号来对从控模块进行编址，检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；第一级从控模块接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；重复上述过程直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到，提高了从控模块编址的正确率及效率，防止了误编址状态及无编址状态的发生。
为了提高多从控模块编址的正确率，通过解析PWM信号获取对应的PWM编址地址信息后，将所述的PWM编址地址信息与CAN总线上的编址地址信息进行对比，若一致，则继续对对应的从控模块进行编址。
为了判断各个模块之间的连接是否正常，若任一级从控模块出现连接异常，停止接收上一级从控模块的PWM信号，并通过释放该从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使其上一级从控模块检测到异常，并按照与级联方向相反的方向依次释放各从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使主控模块检测到异常。
本发明还提供了一种多从控模块自动编址系统，包括主控模块及至少两个从控模块，主控模块与各从控模块依次级联连接，主控模块中设置有PWM驱动输出端口，各从控模块均设置有PWM接收输入端口和PWM驱动输出端口；主控模块的PWM驱动输出端口检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块的PWM驱动输出端口向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；
第一级从控模块的PWM接收输入端口接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块的PWM驱动输出端口向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；
重复上述过程，直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块的PWM驱动输出端口发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。
本发明通过PWM信号来对从控模块进行编址，检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；第一级从控模块接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；重复上述过程直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。提高了从控模块编址的正确率及效率，防止了误编址状态及无编址状态的发生。
进一步地，PWM驱动输出端口包括高电平输出单元、PWM驱动输出单元及电压幅值检测单元，PWM接收输入端口包括PWM输入检测单元及电阻下拉检测单元；任一级从控模块出现连接异常的判断过程为：上一级从控模块中PWM驱动输出端口的高电平输出单元输出一个高电平信号到下一级从控模块的PWM接收输入端口，下一级从控模块的PWM接收输入端口中的电阻下拉检测单元检测PWM接收输入端口的电压，若电压发生变化，表示上一级从控模块与下一级从控模块的连接正常，上一级从控模块中PWM驱动输出端口的PWM驱动输出单元输出对应的PWM信号到下一级从控模块中，下一级从控模块的PWM输入检测单元对接收到的PWM信号进行解析，获取对应的地址信息。
为了判断各个模块之间的连接是否正常，若任一级从控模块出现连接异常，停止接收上一级从控模块的PWM信号，并通过释放该从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使其上一级从控模块检测到异常，并按照与级联方向相反的方向依次释放各从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使主控模块检测到异常。
附图说明
图1为本发明的多从控模块自动编址系统的结构框图；
图2为本发明的主控模块的结构框图；
图3为本发明的从控模块的结构框图；
图4为本发明的上级模块与下级模块连接关系的检测电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明提供了一种多从控模块自动编址系统，该系统包括主控模块及至少两个从控模块，各模块之间均通过一根单线PWM编址线连接，如图1所示的连接方式依次级联，直至最后一个模块。主控模块中设置有PWM驱动输出端口，各从控模块均设置有PWM接收输入端口和PWM驱动输出端口。主控模块的PWM驱动输出端口与下一级从控模块的PWM接收输入端口连接，当前从控模块通过PWM驱动输出端口与下一级从控模块的PWM接收输入端口连接，即地址为i的从控模块通过PWM驱动输出端口与地址为i+1的从控模块的PWM接收输入端口连接，地址为i的从控模块通过PWM接收输入端口与地址为i-1从控模块的PWM驱动输出端口连接。主控模块与从控模块，从控模块与从控模块之间通过CAN总线形式进行通讯线连接。
主控模块的PWM驱动输出端口检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块的PWM驱动输出端口向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；
第一级从控模块的PWM接收输入端口接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块的PWM驱动输出端口向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；
重复上述过程，直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块的PWM驱动输出端口发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。
解析PWM信号获取对应的PWM编址地址信息后，将所述的PWM编址地址信息与CAN总线上的地址信息进行对比，若一致，则对对应的从控模块进行编址。
如图2所示，主控模块的PWM驱动输出端口包含高电平输出单元，PWM驱动输出单元及电压幅值检测单元三部分。其中处理器通过高边驱动输出高电平，通过频率调制与驱动输出输出PWM，而电压幅值检测单元，则用于检测端口的电压幅值。如图3所示，从控模块对于编址信息的处理分为PWM接收输入端口以及PWM驱动输出端口。PWM驱动输出端口包含高电平输出单元、PWM驱动输出单元及电压幅值检测单元三部分。其中处理器通过高边驱动输出高电平，通过频率调制与驱动输出输出PWM，而电压幅值检测单元，则用于检测端口的电压幅值。PWM接收输入端口包含PWM输入检测单元以及电阻下拉检测单元二部分。上一级从控模块中PWM驱动输出端口的高电平输出单元输出一个高电平信号到下一级从控模块的PWM接收输入端口，下一级从控模块的PWM接收输入端口中的电阻下拉检测单元检测PWM接收输入端口的电压，若电压发生变化，表示上一级从控模块与下一级从控模块的连接正常，上一级从控模块中PWM驱动输出端口的PWM驱动输出单元输出对应的PWM信号到下一级从控模块中，下一级从控模块的PWM输入检测单元对接收到的PWM信号进行解析，获取对应的地址信息。另外从控模块通过CAN总线上的地址信息与当前的PWM译码地址信息进行比对，若一致则将其写入自身的处理器中，完成当前从控模块k的编址。
下面以主控模块向从控模块发送编址信息为例来说明，如图4所示，主控模块的高电平输出单元的端口驱动11通过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2接地，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的连接点与下级模块的电阻下拉检测单元的端口检测21连接；高电平输出单元还通过第三分压电阻R3与开关管Q1接地，端口驱动21与从控模块的处理器连接，主控模块的PWM驱动输出单元的端口驱动12输出含有从控模块编制信息的PWM波，开关管Q1的输入端与从控模块的PWM驱动输入检测单元的端口检测22连接，检测22检测主控模块的PWM驱动输出单元输出的PWM波，以解析该PWM波，为该从控模块编址。为了防止第一支路上的电流不满足设定值，高电平输出单元与第三分压电阻一端之间串设有限流电阻R，第三分压电阻R3另一端与开关管Q1的输入端连接，第三分压电阻R3一端与限流电阻R一端设置有防反二极管D。PWM驱动输出单元输出的电压幅值是否发生了变化，限流电阻R与防反二极管D的连接点通过第四分压电阻R4和第五分压电阻R5接地。
基于上述系统，本实施例的多从控模块自动编址方法，包括如下步骤：
1、初始状态时，主控模块与从控模块的PWM驱动输出端口均为不输出状态。
2、进入编址状态时，主控模块通过PWM驱动输出端口将处理器通过高电平输出单元输出的高电平输出到端口上，此时与其连接的下一级从控模块会通过其PWM接收输入端口的电阻下拉检测单元检测当前的连接端口电平电压，即图4中的检测21检测电压是否发生变化，若电压发生变化，则表示主控模块与从控模块的连接正常，否则异常。主控模块输出的电压有可能为24V，也有可能为12V，如果主控模块的驱动输出端口的高电平输出单元输出的电压经过第一分压电阻R1和第二分压电阻R2后发生了变化，即不再是24V，则表示连接正常；如果主控模块的驱动输出端口的高电平输出单元输出的电压经过第一分压电阻和第二分压电阻后发生了变化，即不再是12V，则表示连接正常。
3、若主控模块与从控模块连接正常，从控模块的处理器向开关管发送驱动信号，控制开关管导通，第三分压电阻R3分压，这时，主控模块的电压幅值检测单元通过第四电阻R4和第五电阻R5检测到主控模块的高电平输出单元输出的电压发生变化，通过主控模块中的频率调制单元将编址信息调制到PWM中(规定PWM占空比为50％，PWM频率为0.1KHZ*n，n为包括有从控模块需要的编址地址信息的序号。当然占空比基数也可以因为实际应用的需要而调整，不固定为5％)，并通过主控模块中的PWM驱动输出单元进行输出到下一级从控模块中。
4、从控模块通过PWM接收输入端口中的PWM输入检测单元检测到目前输入的PWM频率，对比进行译码得到当前需要写入处理器的地址信息，从控模块通过CAN总线上的地址信息与当前的PWM译码地址信息进行比对，若一致则将其写入自身的处理器中，完成当前从控模块的编址，并进行写入。
5、从控模块与从控模块间的自动编址类似于主控模块与第一级从控模块的编址方式。
假设当前需要编址的从控模块为k，则其前级从控模块地址为k-1(假设从控模块地址k-1已知为i)。
从控模块k-1通过通过PWM端口输出一个高电平信号给到与其连接的下一级从控模块k的PWM输入端口，从控模块k检测到高电平后，会通过从控模块k上的下拉电阻下拉当前的高电平信号，从控模块k-1通过对PWM端口的电压诊断，判断当前从控模块k与从控模块k-1是否可靠连接以及双方的检测电路是否正常。此时若从控模块k-1对PWM端口的电压诊断通过，则输出固定频率的PWM(目前规定规定PWM占空比为50％，PWM频率为0.1KHZ*(i+1)，i为从控模块k-1的地址)。与从控模块k-1连接的从控模块k检测到PWM信号后，会进行反译码，获取当前的地址信息为i+1，另外从控模块k通过CAN总线上的地址信息与当前的PWM译码地址信息进行比对，若一致则将其写入自身的处理器中，完成当前从控模块k的编址。
6、在上述过程中，若从控模块检测到自身异常时，可通过释放从控模块中PWM接收输入端口中下拉电阻，使得上一级模块检测到其有故障，并按照此方法，依次释放各从控模块上的下拉电阻，从而将故障消息通过硬线信号上传到主控模块。即假如第三级从控模块出现连接异常，则释放第三级从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使第二级从控模块检测到异常，释放第三级从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使主控模块检测到异常，最后由主控模块发出连接异常报警信息，另外从控模块异常还可以通过CAN总线进行异常上传。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多从控模块自动编址方法，该编址方法针对的各从控模块通过级联方式连接，其特征在于，包括如下步骤：
1)检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；
2)第一级从控模块接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；
3)重复步骤2)直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。
2.根据权利要求1所述的多从控模块自动编址方法，其特征在于，通过解析PWM信号获取对应的PWM编址地址信息后，将所述的PWM编址地址信息与CAN总线上的编址地址信息进行对比，若一致，则继续对对应的从控模块进行编址。
3.根据权利要求1或2所述的多从控模块自动编址方法，其特征在于，若任一级从控模块出现连接异常，停止接收上一级从控模块的PWM信号，并通过释放该从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使其上一级从控模块检测到异常，并按照与级联方向相反的方向依次释放各从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使主控模块检测到异常。
4.一种多从控模块自动编址系统，包括主控模块及至少两个从控模块，主控模块与各从控模块依次级联连接，其特征在于，主控模块中设置有PWM驱动输出端口，各从控模块均设置有PWM接收输入端口和PWM驱动输出端口；主控模块的PWM驱动输出端口检测主控模块与第一级从控模块的连接是否正常，若连接异常，则报警；若连接正常，则主控模块的PWM驱动输出端口向第一级从控模块发送包含有第一级从控模块地址信息的第一PWM信号；
第一级从控模块的PWM接收输入端口接收所述第一PWM信号后进行解析，获取对应的地址信息，并检测其与第二级从控模块的连接是否正常，若连接异常，第一级从控模块将异常信息反馈给主控模块，若连接正常，则第一级从控模块的PWM驱动输出端口向第二级从控模块发送包含有第二级从控模块地址信息的第二PWM信号；
重复上述过程，直至最后一级从控模块接收到上一级从控模块的PWM驱动输出端口发送的包含有最后一级从控模块地址信息的PWM信号，各PWM信号通过调节PWM的频率得到。
5.根据权利要求4所述的多从控模块自动编址系统，其特征在于，处理器解析PWM信号获取对应的PWM编址地址信息后，将所述的PWM编址地址信息与CAN总线上的地址信息进行对比，若一致，则对对应的从控模块进行编址。
6.根据权利要求4或5所述的多从控模块自动编址系统，其特征在于，PWM驱动输出端口包括高电平输出单元、PWM驱动输出单元及电压幅值检测单元，PWM接收输入端口包括PWM输入检测单元及电阻下拉检测单元；任一级从控模块出现连接异常的判断过程为：上一级从控模块中PWM驱动输出端口的高电平输出单元输出一个高电平信号到下一级从控模块的PWM接收输入端口，下一级从控模块的PWM接收输入端口中的电阻下拉检测单元检测PWM接收输入端口的电压，若电压发生变化，表示上一级从控模块与下一级从控模块的连接正常，上一级从控模块中PWM驱动输出端口的PWM驱动输出单元输出对应的PWM信号到下一级从控模块中，下一级从控模块的PWM输入检测单元对接收到的PWM信号进行解析，获取对应的地址信息。
7.根据权利要求6所述的多从控模块自动编址系统，其特征在于，若任一级从控模块出现连接异常，停止接收上一级从控模块的PWM信号，并通过释放该从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使其上一级从控模块检测到异常，并按照与级联方向相反的方向依次释放各从控模块中PWM接收输入端口中的下拉电阻，使主控模块检测到异常。
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