CN111988417A - 物理网终端的通信控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物理网终端的通信控制方法，属于物联网终端的通信控制领域。本发明包括：在网关传输至传感器节点的脉冲宽度编码信号中插入控制指令，插入控制指令的脉冲宽度编码信号在被传感器节点接收后，被转换为总线数据和时钟信号；节点使用状态机接收转换生成的总线数据和时钟信号，从中识别并提取控制指令，并根据控制指令的内容完成对应的物理网终端的通信控制动作，其中，通信控制动作包括片选、使能、上下行通信控制和传感器芯片间的切换。通过上述方案，网关可以通过向状态机发送控制指令的方式，控制传感器节点完成不同的工作任务。

Description

物理网终端的通信控制方法
技术领域
本发明涉及物理网终端的通信控制领域，尤其涉及一种物理网终端的通信控制方法。
背景技术
在传统的物联网终端设备研发、设计与生产过程中，首先需要根据设备的功能、使用场景、成本等因素对传感器以及处理器进行选型，再设计硬件电路，并编写相应的控制程序(在终端处理器上运行)。面对日益增大的物联网应用需求，厂商需要根据不同的应用需求做不同的具体设计，这导致开发成本进一步上升。且投产面市的设备由于其固定化的硬件特性，非专业人员无法修改硬件电路，无法更换传感器型号与类别，使用者必须根据不同需求购买不同终端设备，这导致实际部署物联网应用中采购成本进一步增大。
如果能够将物联网终端的处理器移除，就无需在节点上部署处理器及相应的固件，并且能够降低处理器的功耗成本及后期维护成本，但是，若要将传统物联网终端中的处理移除，会遇到以下问题：在无法使用处理器对节点和传感器进行控制的情况下，一方面针对SPI等具有多根信号线的总线，如何生成片选和使能等控制信号，以实现传感器芯片间的切换，或根据任务需要对特定芯片进行使能；另一方面是如何实现上下行通信间切换及通信正确性控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种物理网终端的通信控制方法，网关可以通过向状态机发送控制指令的方式，控制传感器节点完成不同的工作任务。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：物理网终端的通信控制方法，包括：
在网关传输至传感器节点的脉冲宽度编码信号中插入控制指令，插入控制指令的脉冲宽度编码信号在被传感器节点接收后，被转换为总线数据和时钟信号；
节点使用状态机接收转换生成的总线数据和时钟信号，从中识别并提取控制指令，并根据控制指令的内容完成对应的物理网终端的通信控制动作，所述通信控制动作包括片选、使能、上下行通信控制和传感器芯片间的切换。
进一步的是，所述总线为SPI总线。
进一步的是，所述状态机的状态包括监听、上行通信、下行通信、片选及使能。
进一步的是，所述状态的状态转换通过逻辑门电路或FPGA或ASIC或软件实现。
进一步的是，所述状态机开始工作后处于监听状态，接收到不同的控制指令后跳转到其他状态，所述其他状态为上行通信或下行通信或片选或使能状态。
进一步的是，当状态机接收到下行通信指令后跳转到下行通信状态，脉冲宽度编码信号中紧跟下行通信指令的相应比特长度数据会被视为下行数据，所述相应比特长度数据会被转换为总线数据和时钟信号的形式，进而传输至传感器；
当状态机接收到上行通信指令后跳转到上行通信状态，紧跟上行通信指令接收到的相应比特长度下行脉冲宽度编码数据将会被用于时钟提取，提取后的时钟信号用于驱动传感器的数据输出；
当进入到上行通信状态时，激活反向散射电路，并通过所述反向散射电路将传感器输出的信号传输至网关；
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的片选指令后，状态机生成片选信号，对目标传感器进行片选；
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的使能指令后，状态机生成使能信号，对目标传感器进行使能。
本发明的有益效果是，通过上述物理网终端的通信控制方法，无需使用处理器作为节点的控制、驱动、信号转换中心，大幅降低了节点功耗和制造成本；节点的控制、任务执行和数据处理均由网关进行，无需在节点上部署固件，节点的更新维护、功能重构只需要更新网关上相关程序即可，因此节点具有无需功能性维护，可快速重构的特点。
另外，网关发送给物理网终端的数据中包含给传感器的控制数据以及总线控制指令，总线逻辑控制单元接收到指令之后会进行相应的操作，最终将合适的数据传输给传感器芯片。总线控制逻辑采用状态机实现，和运行有控制程序的处理器截然不同。
附图说明
图1为本发明物理网终端的通信控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中的用于节点和传感器控制的状态机的状态转换图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明提出的物理网终端的通信控制方法，其流程图见图1，其中，该方法包括：
在网关传输至传感器节点的脉冲宽度编码信号中插入控制指令，插入控制指令的脉冲宽度编码信号在被传感器节点接收后，被转换为总线数据和时钟信号；
节点使用状态机接收转换生成的总线数据和时钟信号，从中识别并提取控制指令，并根据控制指令的内容完成对应的物理网终端的通信控制动作，其中，通信控制动作包括片选、使能、上下行通信控制和传感器芯片间的切换等。
采用此方案，网关可以通过向状态机发送控制指令的方式，控制传感器节点完成不同的工作任务，例如切换不同的传感功能，或控制传感器的数据采集频率等。
实施例
常见的数字总线至少包含数据及时钟两路信号线，例如I2C总线等，此外，有的总线使用多于2条的信号线，其中包括数据及时钟两路信号线，例如SPI总线等，本发明中针对的是至少3路信号线的总线，因此，本实施例以SPI总线为例进行说明。
根据使用场景，状态机的状态可以包括监听、上行通信、下行通信、片选及使能等，并且，为了实现状态转换，且不在物联网终端中设置固件，状态的状态转换可以通过逻辑门电路或FPGA或ASIC或软件实现。
用于节点和传感器控制的状态机的状态转换图见图2，其中，状态机开始工作后处于监听状态，接收到不同的控制指令后跳转到其他状态，这里，其他状态为上行通信或下行通信或片选或使能等状态。
当状态机接收到下行通信指令后跳转到下行通信状态，脉冲宽度编码信号中紧跟下行通信指令的相应比特长度(n bit)数据会被视为下行数据，n bit数据会被转换为总线数据和时钟信号的形式，进而传输至传感器。
当状态机接收到上行通信指令后跳转到上行通信状态，紧跟上行通信指令接收到的n bit下行脉冲宽度编码数据将会被用于时钟提取，提取后的时钟信号用于驱动传感器的数据输出；当进入到上行通信状态时，激活反向散射电路，并通过反向散射电路将传感器输出的信号传输至网关。
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的片选指令后，状态机生成片选信号，对目标传感器进行片选；
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的使能指令后，状态机生成使能信号，对目标传感器进行使能。
状态机中其他控制信号的生成机制，与片选信号生成机制相同。
通过本实施例的技术方案，可以将传统物理网终端中的处理器移除，无需在节点上部署处理器及相应的固件，能够降低处理器的功耗成本及后期维护成本，并且无需使用处理器作为节点的控制、驱动、信号转换中心，大幅降低了节点功耗和制造成本。
另外，网关发送给物理网终端的数据中包含给传感器的控制数据以及总线控制指令，总线逻辑控制单元接收到指令之后会进行相应的操作，最终将合适的数据传输给传感器芯片。总线控制逻辑采用状态机实现，和运行有控制程序的处理器截然不同。能够生成片选和使能等控制信号，以实现传感器芯片间的切换，并且，能够根据任务需要对特定芯片进行使能，也能实现上下行通信间切换及通信正确性控制。

Claims (6)

1.物理网终端的通信控制方法，其特征在于，包括：
在网关传输至传感器节点的脉冲宽度编码信号中插入控制指令，插入控制指令的脉冲宽度编码信号在被传感器节点接收后，被转换为总线数据和时钟信号；
节点使用状态机接收转换生成的总线数据和时钟信号，从中识别并提取控制指令，并根据控制指令的内容完成对应的物理网终端的通信控制动作，所述通信控制动作包括片选、使能、上下行通信控制和传感器芯片间的切换。
2.根据权利要求1所述的物理网终端的通信控制方法，其特征在于，所述总线为SPI总线。
3.根据权利要求1所述的物理网终端的通信控制方法，其特征在于，所述状态机的状态包括监听、上行通信、下行通信、片选及使能。
4.根据权利要求3所述的物理网终端的通信控制方法，其特征在于，所述状态的状态转换通过逻辑门电路或FPGA或ASIC或软件实现。
5.根据权利要求3或4所述的物理网终端的通信控制方法，其特征在于，所述状态机开始工作后处于监听状态，接收到不同的控制指令后跳转到其他状态，所述其他状态为上行通信或下行通信或片选或使能状态。
6.根据权利要求5所述的物理网终端的通信控制方法，其特征在于，当状态机接收到下行通信指令后跳转到下行通信状态，脉冲宽度编码信号中紧跟下行通信指令的相应比特长度数据会被视为下行数据，所述相应比特长度数据会被转换为总线数据和时钟信号的形式，进而传输至传感器；
当状态机接收到上行通信指令后跳转到上行通信状态，紧跟上行通信指令接收到的相应比特长度下行脉冲宽度编码数据将会被用于时钟提取，提取后的时钟信号用于驱动传感器的数据输出；
当进入到上行通信状态时，激活反向散射电路，并通过所述反向散射电路将传感器输出的信号传输至网关；
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的片选指令后，状态机生成片选信号，对目标传感器进行片选；
当状态机接收到针对传感器节点上某一指定传感器的使能指令后，状态机生成使能信号，对目标传感器进行使能。
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