CN114039898A - 通信系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种通信系统，该通信系统包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，一级总线用于通信连接主站和从站，其中，至少一个从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，二级总线用于通信连接耦合器和扩展模块，二级总线为并行总线。该通信系统中，二级总线为并行总线，可以通过并行总线通信连接多个插片式的扩展模块，无需额外的连接件连接多个插片式的扩展模块，大大简化了插片式的扩展模块和插片式的扩展模块的连接方式，解决了现有技术中扩展模块连接复杂的问题。

Description

通信系统

技术领域

本申请涉及通信领域，具体涉及一种通信系统。

背景技术

EtherCAT由于其强大的实时性，在工业互联中越来越被重视。在工业现场中，控制设备需与各种工业设备、传感器进行交互。使用实时性能强大的EtherCAT协议的IO扩展模块成为越来越被青睐的选择。

目前，一种包括扩展模块的通信系统为两级总线结合的通信系统，一般以EtherCAT为一级总线，SPI总线为二级总线，在一级总线和二级总线之间通过arm和CPLD作为协议转换中间层的方案来降低整个系统的成本，同时还保证一定实时性。

上述方案中，SPI通信在一主多从的模式下，其从机的片选具有局限性。目前，可以为通过不同的片选线进行从机的片选，亦或是通过使用菊花链式拓朴实现对每个从机的控制。但是，在插片式扩展模块(插片式的扩展模块为依次连接模式的扩展模块)中使用不同的片选线的方案显然不切实际；而使用菊花链式拓扑需要将上一SPI从机的输出接出口连接到下一从机的输入口，这样扩展模块的连接件必须多留2个信号通道以实现SPI菊花链式拓扑，这样，模块与模块之间需要额外的信号连接件，使得扩展模块和扩展模块的连接方式较为复杂。

因此，亟需一种扩展模块和扩展模块的连接方式较为简单的通信系统。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种通信系统，以解决现有技术中的扩展模块和扩展模块的连接方式较为复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，上述一级总线用于通信连接上述主站和上述从站，其中，至少一个上述从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，上述二级总线用于通信连接上述耦合器和上述扩展模块，上述二级总线为并行总线。

可选地，上述通信系统中，，上述二级总线为RS485总线。

可选地，上述通信系统中，上述耦合器还用于对上述扩展模块的节点号进行配置，配置过程包括：在上述耦合器进入配置节点模式的情况下，上述耦合器轮询发送检测报文至初始节点号的节点；上述耦合器接收到目标扩展模块发送的型号信息，上述型号信息为上述目标扩展模块响应于接收到的上述检测报文而发出的，上述目标扩展模块为插入上述耦合器的且待配置的上述扩展模块，上述目标扩展模块的初始节点号为上述初始节点号；上述耦合器响应于接收到的上述型号信息，发送目标节点号至上述目标扩展模块，以使得上述目标扩展模块的节点号由上述初始节点号更新为上述目标节点号。

可选地，上述通信系统中，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，上述配置过程包括：上述耦合器接收上述主站发送的控制信息，并响应于上述控制信息，由正常通信模式切换至上述配置节点模式。

可选地，上述通信系统中，上述耦合器还包括模式切换部件，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，上述配置过程包括：在接收到作用在上述模式切换部件上的预定操作的情况下，上述耦合器由正常通信模式切换至上述配置节点模式。

可选地，上述通信系统中，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，在上述耦合器进入配置节点模式之后，上述配置过程还包括在上述耦合器未连接有上述扩展模块的情况下，上述耦合器断电重启。

可选地，上述通信系统中，上述配置过程还包括：在所有的上述扩展模块完成节点号的配置的情况下，上述耦合器断电重启。

可选地，上述通信系统中，上述耦合器还包括指示灯，上述指示灯用于指示上述耦合器处于正常通信模式或配置节点模式。

可选地，上述通信系统中，上述耦合器包括ESC芯片和微处理器芯片，上述ESC芯片与上述主站通信连接，上述微处理器芯片与上述扩展模块通过预定总线通信连接。

可选地，上述通信系统中，上述ESC芯片为支持数据并行发送的芯片，上述预定总线为并行总线；或者，上述ESC芯片为支持数据串行发送的芯片，上述预定总线为串行总线。

可选地，上述通信系统中，上述一级总线为EtherCAT总线。

应用本申请的技术方案，该通信系统包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，所述一级总线用于通信连接所述主站和所述从站，并且至少一个所述从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，二级总线通信连接所述耦合器和所述扩展模块，且二级总线为并行总线。该通信系统中，所述二级总线为并行总线，可以通过并行总线通信实现多个插片式的扩展模块的通信，无需额外的连接件连接多个插片式的扩展模块来进行通信，大大简化了插片式的扩展模块和插片式的扩展模块的连接方式，解决了现有技术中扩展模块连接复杂的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请的一种实施例中的通信系统的结构示意图；

图2示出了一种具体实施例中的通信系统的局部结构示意图；

图3示出了本申请的一种具体实施例中的扩展模块的节点号的配置流程图；

图4示出了图3中节点号配置过程的流程过程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、主站；20、从站；21、耦合器；22、扩展模块；211、ESC芯片；212、微处理器芯片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中，通信系统中的扩展模块和扩展模块的连接方式较为复杂，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种通信系统。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种通信系统，如图1和图2所示，该通信系统包括主站10、从站20、一级总线和二级总线，其中，上述一级总线用于通信连接上述主站10和上述从站20，其中，至少一个上述从站包括耦合器21和多个插片式的扩展模块22，插片式的扩展模块为通过插片式连接方式连接的扩展模块，上述二级总线用于通信连接上述耦合器21和上述扩展模块22，上述二级总线为并行总线。

上述的通信系统中，包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，上述一级总线用于通信连接上述主站和上述从站，并且至少一个上述从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，二级总线通信连接上述耦合器和上述扩展模块，且二级总线为并行总线。该通信系统中，上述二级总线为并行总线，可以通过并行总线通信实现多个插片式的扩展模块的通信，无需额外的连接件连接多个插片式的扩展模块来进行通信，大大简化了插片式的扩展模块和插片式的扩展模块的连接方式，解决了现有技术中扩展模块连接复杂的问题。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述二级总线为RS485总线。该实施例中，使用RS485总线为二级总线，该总线的通信质量好，保证通信系统的通信效率较高以及通信质量较好。

并且，上述方案的通信系统，相比“一网到底”的通信系统(即该系统中，每一块扩展模块都通过EtherCAT通信进行数据交互，此做法因其出色的实时性，保证了通信的实时性。但“一网到底”的结构意味着每个扩展模块都需配备一块ESC从站芯片以支持EtherCAT协议，而ESC芯片相对昂贵，故每个模块的成本也由此增高)，成本较低。

并且，上述方案的通信系统，相比基于RS485总线的插片式IO扩展模块的通信系统(低速总线由于其总体成本相对低廉，在无过多实时性要求的场合应用广泛。但由于低速总线的实时性不足、周期不确定以及带宽受限等缺点，在许多工业场合并不适用)，整个系统具有较好的实时性，兼容了大部分工业应用场景。

当然，本申请的上述二级总线并不限于上述的RS485总线，还可以为其他的并行总线，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的并行总线作为本申请的上述二级总线。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述耦合器还用于对上述扩展模块的节点号进行配置，配置过程包括：在上述耦合器进入配置节点模式的情况下，上述耦合器轮询发送检测报文至初始节点号的节点；上述耦合器接收到目标扩展模块发送的型号信息，上述型号信息为上述目标扩展模块响应于接收到的上述检测报文而发出的，上述目标扩展模块为插入上述耦合器的且待配置的上述扩展模块，上述目标扩展模块的初始节点号为上述初始节点号，也称为默认节点号；上述耦合器响应于接收到的上述型号信息，发送目标节点号至上述目标扩展模块，以使得上述目标扩展模块的节点号由上述初始节点号更新为上述目标节点号。上述实施例中，使用耦合器对上述扩展模块的节点号进行配置，不需要再拨号，可以替代拨码开关等硬件装置，从而节省了硬件成本与外壳的开模成本，并且更加灵活。

本申请的另一种实施例中，在目标扩展模块接收到目标节点号的情况下，响应于接收到的目标节点号发送确定信息至耦合器，后续耦合器与该目标扩展模块将按照配置好的目标节点号进行通信，具体通信过程如图4所示，即对目标节点号的目标扩展模块发送报文。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，上述配置过程包括：上述耦合器接收上述主站发送的控制信息，并响应于上述控制信息，由正常通信模式切换至上述配置节点模式。该方法通过主站发送控制信息，以使得耦合器切换至配置节点模式，更加灵活。

本申请的一种具体实施例中，耦合器中的0x8000对象字典中的存储区0x01中的存储逻辑1时，耦合器切换至配置节点模式；存储为0时为正常通信模式。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述耦合器还包括模式切换部件，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，上述配置过程包括：在接收到作用在上述模式切换部件上的预定操作的情况下，上述耦合器由正常通信模式切换至上述配置节点模式。该实施例中，无需主站的参与，即可使得耦合器由正常通信模式切换至配置节点模式。

本申请的一种具体实施例中，在耦合器包括模式切换按钮，该模式切换按钮用于模式切换。长按该模式切换按钮时，即可使得耦合器由正常通信模式切换至配置节点模式。

当然，本申请的模式切换部件的具体结构并不限于上述的模式切换按钮，还可以为其他结构的模式切换部件，具体的预定操作可以其他的预定操作，比如拨动等，具体根据模式切换部件的结构来确定。本领域技术人员可以根据实际情况来设置具体的模式切换部件，并且确定对应的预定操作。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，在上述耦合器进入配置节点模式之后，上述配置过程还包括在上述耦合器未连接有上述扩展模块的情况下，上述耦合器断电重启，如图3所示。在未连接上述扩展模块时，断电重启耦合器，不仅可以清空耦合器中原有的扩展模块的拓扑顺序，以便于更新新的拓扑顺序，还可以将耦合器内运行的程序切换至用于配置节点的程序。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述配置过程还包括：在所有的上述扩展模块完成节点号的配置的情况下，上述耦合器断电重启，如图3和图4所示。防止配置节点模式中的数据影响正常通信模式的通信，保证该通信系统在正常通信模式时高效高质量地通信。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述耦合器还包括指示灯，上述指示灯用于指示上述耦合器处于正常通信模式或配置节点模式。通过指示灯显示的变换可以方便工作人员确认耦合器处于正常通信模式或是配置节点模式，从而提升扩展模块配置节点号的效率。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述耦合器包括ESC芯片211和微处理器芯片212，上述ESC芯片211与上述主站10通信连接，上述微处理器芯片212与上述扩展模块22通过预定总线通信连接。微处理器芯片212通过预定总线(预定通信总线)通信将ESC芯片211中对应于扩展模块的数据全部接收并映射到预先设定好的二级总线的通信变量中，并同时将扩展模块的输入数据更新到一级总线数据帧中。上述微处理器芯片可以处理一级总线协议的数据处理与协议转换装置，并可以收发二级总线主站的负责数据。当耦合器配置扩展模块的节点号时，具体通过微处理器芯片中的程序来配置扩展模块的节点号。

具体地，上述微处理器芯片内装有两部分程序，一部分用作正常运行时的两级总线数据转发，即用于正常通信模式，另一部分用于配置扩展模块的节点号，即用于配置节点模式，两者不可同时运行。在默认情况下，耦合器上电后运行的程序为前者，通过0x8000对象字典的配置进行切换。上述0x8000对象字典中存放信息如下表1：

表1

上述扩展模块中，每个扩展模块均设有同一个初始节点号0xFF，扩展模块在初次使用时或是在恢复默认配置后初次使用时，需要进行节点配置才可正常使用。

本申请的一种具体实施例中，微处理器芯片212耦合器按照二级总线协议与后级所有扩展模块进行数据交互，更新耦合器中的二级总线通信变量，当下一次一级总线数据来临后将所有二级总线通信变量再次更新到一级总线数据帧中，完成两级总线数据的交互。通过这种在两级总线之间加入中间模块进行数据转发的形式，可以很好的解决两级总线之间通信速率差异带来的兼容问题。

本申请的一种实施例中，上述ESC芯片具体的可以是LAN9252；微处理器芯片可以是arm芯片。当然，本申请的ESC芯片和微处理器芯片都可以为其他的芯片，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的芯片。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述ESC芯片为支持数据并行发送的芯片，上述预定总线为并行总线；或者，上述ESC芯片为支持数据串行发送的芯片，上述预定总线为串行总线。预定总线是并行总线还是串行总线取决于ESC芯片为支持数据并行发送还是串行发送。例如，当ESC芯片是LAN9252时，支持串行发送数据，对应的预定总线是串行总线SPI总线。

本申请中的一种实施例中，上述通信系统中，上述一级总线为EtherCAT总线。EtherCAT总线通讯协议拓扑结构十分灵活，通讯速度快，实时性强。当然，本申请中的上述一级总线不限于EtherCAT总线系统，对于所有在实时性要求极高的系统中加入实时性要求不高的扩展模块的应用场合也同样适用。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例对本申请的技术方案进行详细说明。

实施例1

该实施例中的通信系统，如图1和图2所示，包括主站10、多个从站20、一级总线和二级总线，其中，一个上述从站20包括耦合器21、多个插片式的扩展模块22(IO扩展模块)和指示灯，二级总线为并行总线，耦合器21中包括ESC芯片211和微处理器芯片212(MCU)。其中，主站10是EtherCAT主站，一级总线是EtherCAT，二级总线是RS485，ESC芯片211是LAN9252，微处理器芯片212为arm芯片，微处理器芯片212中的程序用于对扩展模块22的节点号进行配置，arm芯片与LAN9252通过SPI总线通信连接。

该实施例中的通信系统的节点配置过程如图3和图4所示，具体包括：

开始配置；

主站配置耦合器的0x8000对象字典中相关内容：主站通过邮箱通信将0x8000：0x01置1(0x8000对象字典中的各个存储区中的存储的信息所表征的含义如表1所示)，即使得耦合器进入到节点配置模式，指示灯的显示提示进入到节点配置模式；

确保耦合器后级无连接任何扩展模块后，断电重启耦合器；

耦合器轮询发送检测报文至初始节点号0xFF的节点；

在确定目标扩展模块插入耦合器的情况下，对目标扩展模块的节点号进行配置，配置过程如图4所示，具体包括：扩展模块接收到的上述检测报文，并响应于检测报文发送目标扩展模块的型号信息至耦合器；耦合器接收型号信息，并响应于型号信息，发送目标节点号至上述目标扩展模块；目标扩展模块接收目标节点号，并将初始节点号更新为上述目标节点号；目标扩展模块响应于接收到的目标节点号发送确定信息至耦合器；

确定指示灯是否提示已经完成该目标扩展模块的节点号的配置；

在完成配置的情况下，确定是否已经完成所有的扩展模块的节点号的配置；

在所有的上述扩展模块未完成节点号的配置的情况下，且在另一个目标扩展模块插入耦合器的情况下，对该目标扩展模块的节点号进行配置，配置过程和上一个目标扩展模块的配置过程一样，此处不再重复；

在所有的上述扩展模块完成节点号的配置的情况下，上述耦合器断电重启，完成配置。此后，耦合器恢复至正常通信模式，耦合器及其扩展模块将按照配置好的目标节点号进行通信，具体通信过程如图4所示，即对目标节点号的目标扩展模块发送报文；

正确配置好各扩展模块节点后，耦合器扩展模块可随意更换插入位置而不需要重新配置节点。仅当扩展模块中加入新的扩展模块才需要重新配置节点。如需重新配置节点，则需要在正常通信模式下利用EtherCAT主站将0x8000中所有位置1，断电重启即可重新进入节点配置模式。

实施例2

该实施例中的通信系统，与实施例1中的通信系统整体架构一致，但是，在本实施例中的耦合器上增设一模式切换部件，该实施例中具体为按钮。在长按该按钮的情况下，该耦合器中指示灯会指示模式切换进行中，此时将耦合器及其后级的扩展模块断电重启后，耦合器进入节点配置模式，具体过程和实施例1中的步骤一样，此处不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的通信系统中，包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，上述一级总线用于通信连接上述主站和上述从站，并且至少一个上述从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，二级总线通信连接上述耦合器和上述扩展模块，且二级总线为并行总线。该通信系统中，上述二级总线为并行总线，可以通过并行总线通信实现多个插片式的扩展模块的通信，无需额外的连接件连接多个插片式的扩展模块来进行通信，大大简化了插片式的扩展模块和插片式的扩展模块的连接方式，解决了现有技术中扩展模块连接复杂的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种通信系统，其特征在于，包括主站、从站、一级总线和二级总线，其中，所述一级总线用于通信连接所述主站和所述从站，其中，至少一个所述从站包括耦合器和多个插片式的扩展模块，所述二级总线用于通信连接所述耦合器和所述扩展模块，所述二级总线为并行总线。

2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述二级总线为RS485总线。

3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，所述耦合器还用于对所述扩展模块的节点号进行配置，配置过程包括：

在所述耦合器进入配置节点模式的情况下，所述耦合器轮询发送检测报文至初始节点号的节点；

所述耦合器接收到目标扩展模块发送的型号信息，所述型号信息为所述目标扩展模块响应于接收到的所述检测报文而发出的，所述目标扩展模块为插入所述耦合器的且待配置的所述扩展模块，所述目标扩展模块的初始节点号为所述初始节点号；

所述耦合器响应于接收到的所述型号信息，发送目标节点号至所述目标扩展模块，以使得所述目标扩展模块的节点号由所述初始节点号更新为所述目标节点号。

4.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，所述配置过程包括：

所述耦合器接收所述主站发送的控制信息，并响应于所述控制信息，由正常通信模式切换至所述配置节点模式。

5.根据权利要求3所述的通信系统，其特征在于，所述耦合器还包括模式切换部件，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，所述配置过程包括：

在接收到作用在所述模式切换部件上的预定操作的情况下，所述耦合器由正常通信模式切换至所述配置节点模式。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，在轮询发送检测报文至初始节点号的节点之前，在所述耦合器进入配置节点模式之后，所述配置过程还包括

在所述耦合器未连接有所述扩展模块的情况下，所述耦合器断电重启。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述配置过程还包括：

在所有的所述扩展模块完成节点号的配置的情况下，所述耦合器断电重启。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述耦合器还包括指示灯，所述指示灯用于指示所述耦合器处于正常通信模式或配置节点模式。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述耦合器包括ESC芯片和微处理器芯片，所述ESC芯片与所述主站通信连接，所述微处理器芯片与所述扩展模块通过预定总线通信连接。

10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述ESC芯片为支持数据并行发送的芯片，所述预定总线为并行总线；或者，所述ESC芯片为支持数据串行发送的芯片，所述预定总线为串行总线。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述一级总线为EtherCAT总线。

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