CN114430354B - 一种基于can总线的i/o模块扩展通信方法和设备 - Google Patents
一种基于can总线的i/o模块扩展通信方法和设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法和设备，包括：检测CAN总线中的I/O模块是否已注册，若未注册，则每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次广播包，以便所述I/O模块每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到所述广播包，则记录并启用当前波特率；接收所述I/O模块发送的注册请求数据，根据所述注册请求数据配置所述I/O模块的注册信息，并向所述I/0模块返回注册应答数据。本发明只需要设置主控CPU的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
Description
技术领域
本发明属于现场总线通信技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法和设备。
背景技术
主控制器作为CPU，一般需要扩展不同的I/O模块来完成具体功能，目前常见的现场总线主要包括RS485总线、RS232总线、CAN总线和以太网总线等。其中，CAN总线因其具有成本低、实时性高、安装性高、易扩展等优点被广泛应用。
现有技术中，CAN总线扩展网络中的控制器在与各I/O模块建立通信之前，通常需要利用各I/O模块上的显示屏或者PC软件来进行设置波特率、添加I/O模块到总线等操作，不仅增加了硬件成本，还增加了现场调试人员的工作量。现场调试人员需要逐个设置接入总线网络的各个I/O模块的波特率，并将新的I/O模块利用上位机接入总线网络中，而当现场总线需要修改波特率时，需要现场调试人员逐个修改I/O模块的波特率，操作十分繁琐。
此外，由于主控CPU无法获知现场总线上接入了哪些I/O模块，因此主控CPU不能主动与I/O模块建立通信，此时需要现场调试人员利用上位机软件逐个对接入总线的I/O模块的信息进行配置，从而告知主控CPU哪些I/O模块接入了总线，现场调试人员的工作量较大，CAN总线扩展网络的工作效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法和设备，用于解决现有技术中的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，包括：
检测CAN总线中的I/O模块是否已注册，若未注册，则每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次广播包，以便所述I/O模块每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到所述广播包，则记录并启用当前波特率；
接收所述I/O模块发送的注册请求数据，根据所述注册请求数据配置所述I/O模块的注册信息，并向所述I/0模块返回注册应答数据。
基于上述公开的内容，本申请中广播包的发送主体可以是主控CPU，则只需要预先设置主控CPU的波特率，并在出厂时在各个I/O模块中预先写入若干个预使用的波特率，同时设置了每一模块的ID信息，其中，该ID信息可以由I/O模块上的拨码开关或者上位机软件来设置；此外，各I/O模块已经预先接入到CAN总线网络中。则在主控CPU上电后，如果检测到某I/O模块还未注册，则可每间隔第一预设时长，例如每间隔0.5s，向CAN扩展网络发送一次广播包，优选的，该广播包内携带有主控CPU的当前波特率。其中，各I/O模块上电后处于静默状态，需要等待接收主控CPU的广播包，且每间隔第二预设时长，例如每间隔1.5s，I/O模块自动更新一次波特率，而当某次更新时接收到所述广播包，说明该I/O模块的当前波特率与主控CPU的波特率一致，因此可以接收到所述广播包。然后，该I/O模块记录并启用当前波特率，建立与所述主控CPU之间的通信，并进行后续的信息注册。可见，本申请只需要设置主控CPU的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
在一种可能的设计中，在检测CAN总线中的I/O模块是否已注册之后，所述方法还包括：
若已注册，则检测在第三预设时长内是否接收到所述I/O模块发送的第一数据；
若未收到，则清除所述I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令。
基于上述公开的内容，例如在5s内，若主控CPU未收到所述I/O模块发送的第一数据，则主控CPU认为该I/O模块不在线，则清除所述I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令，从而可以降低功耗。
在一种可能的设计中，所述I/O模块为以下一种或多种模块的组合：DI模块、AI模块、DI与AI的混合模块、DO模块、AO模块以及DO与AO的混合模块。
在一种可能的设计中，当所述I/O模块为DI模块和/或AI模块时，所述方法还包括：
每间隔第四预设时长，向已注册的DI模块和/或AI模块发送第一心跳数据。
基于上述公开的内容，例如每间隔1s，主控CPU向已注册的DI模块和/或AI模块发送第一心跳数据，以告知DI模块或AI模块主控CPU在线。
在一种可能的设计中，当所述I/O模块为DI与AI的混合模块时，所述方法还包括：
接收已注册的DI与AI的混合模块主动发送的采集信号量。
基于上述公开的内容，已注册DI和AI混合模块向主控CPU主动发送采集到的信号量，从而提高通信效率。
在一种可能的设计中，当所述I/O模块为DO模块和/或AO模块时，所述方法还包括：
接收第二心跳数据，其中，所述第二心跳数据为已注册的DO模块和/或AO模块每间隔第五预设时长发送的数据。
基于上述公开的内容，例如每间隔1s，已注册的DO模块和/或AO模块向主控CPU发送第二心跳数据，从而向主控CPU告知该模块处于在线状态，可以接收主控CPU的控制命令。
在一种可能的设计中，当所述I/O模块为DO与AO的混合模块时，所述方法还包括：
向已注册的DO与AO的混合模块发送第二控制命令，其中，所述第二控制命令用于控制所述DO与AO的混合模块的输出。
基于上述公开的内容，主控CPU通过向已注册的DO与AO的混合模块发送第二控制命令，控制所述DO和AO混合模块的输出，可提高数据传输效率。
第二方面，本发明提供一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，包括：
每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到广播包，则记录并启用当前波特率，其中，所述广播包为主控CPU未检测到注册信息时，每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次的数据包；
向所述主控CPU发送注册请求数据，以便所述主控CPU接收所述注册请求数据，根据所述注册请求数据配置注册信息，返回注册应答数据；
接收所述主控CPU返回的注册应答数据。
基于上述公开的内容，本申请中广播包的发送主体可以是主控CPU，则只需要预先设置主控CPU的波特率，并在出厂时在各个I/O模块中预先写入若干个预使用的波特率，同时设置了每一模块的ID信息，其中，该ID信息可以由I/O模块上的拨码开关或者上位机软件来设置；此外，各I/O模块已经预先接入到CAN总线网络中。则在主控CPU上电后，如果检测到某I/O模块还未注册，则可每间隔第一预设时长，例如每间隔0.5s，向CAN扩展网络发送一次广播包，优选的，该广播包内携带有主控CPU的当前波特率。其中，各I/O模块上电后处于静默状态，需要等待接收主控CPU的广播包，且每间隔第二预设时长，例如每间隔1.5s，I/O模块自动更新一次波特率，而当某次更新时接收到所述广播包，说明该I/O模块的当前波特率与主控CPU的波特率一致，因此可以接收到所述广播包。然后，该I/O模块记录并启用当前波特率，建立与所述主控CPU之间的通信，并进行后续的信息注册。可见，本申请只需要设置主控CPU的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
在一种可能的设计中，所述方法还包括：
注册成功后，若在第四预设时长内，未收到所述主控CPU发送的第二数据，则继续更新波特率，直至再次接收到所述主控CPU发送的广播包。
基于上述公开的内容，例如在5s内，若已注册的I/O模块未收到主控CPU的第二数据，则认为主控CPU不在线，则继续更新波特率，直至再次接收到所述主控CPU发送的广播包，说明此时该I/O模块与主控CPU的波特率再次一致，从而可以自动再次建立与主控CPU的通信，无需现场调试人员人工调试，提高了CAN总线扩展网络的工作效率。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法或第二方面任意一种可能的设计中所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法。
附图说明
图1为本实施例中一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法的流程图；
图2为本实施例中另一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法的流程图；
图3为本实例中的基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法的完整流程图。
具体实施方式
为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
为了解决现有技术中存在的接入总线网络的各个I/O模块的波特率需要现场调试人员逐个设置和修改，操作十分繁琐的技术问题，本申请实施例提供了一种基于CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线的I/O(Input/Output，输入输出)模块扩展通信方法，该方法只需要设置主控CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
为便于描述，除特别说明外，本申请实施例的执行主体可以是移动终端，包括但不限于智能手机、平板电脑、车载电脑但不限于智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、膝上型便携计算机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、移动上网设备(mobile Internet device，MID)等，具体不做限定。
如图1和图3所示，第一方面，本实施例提供一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，包括但不限于由步骤S101～步骤S102实现：
步骤S101.检测CAN总线中的I/O模块是否已注册，若未注册，则每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次广播包，以便所述I/O模块每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到所述广播包，则记录并启用当前波特率；
其中，需要说明的是，本实施例中广播包的发送主体优选为主控CPU，在在主控CPU检测I/O模块是否已注册之前，本实施例需要预先设置主控CPU的波特率，各个I/O模块在出厂时已经将预使用的若干波特率写入到模块内部，并预先设置了各自的ID信息，其中，该ID信息可以由I/O模块上的拨码开关或者上位机软件来设置，设置完成的ID信息通常不再修改；此外，各I/O模块已经预先接入到CAN总线网络中。
具体的，在主控CPU上电后，如果检测到某I/O模块还未注册，则可每间隔第一预设时长，例如每间隔0.5s，向CAN扩展网络发送一次广播包，优选的，该广播包内携带有主控CPU的当前波特率信息。
具体的，各I/O模块上电后处于静默状态，需要等待接收主控CPU的广播包，且每间隔第二预设时长，例如每间隔1.5s，I/O模块自动更新一次波特率，而当某次更新时接收到所述广播包，说明该I/O模块的当前波特率与主控CPU的波特率一致，即当前波特率为CAN总线网络正在使用的波特率，因此可以接收到所述广播包。然后，该I/O模块停止更新波特率，记录并启用当前波特率，建立与主控CPU之间的通信，从而可以进行后续的信息注册。
步骤S102.接收所述I/O模块发送的注册请求数据，根据所述注册请求数据配置所述I/O模块的注册信息，并向所述I/0模块返回注册应答数据。
其中，优选的，所述注册请求数据中包括所述I/O模块的类型信息以及ID信息等信息，此处不做限定。其中，优选的，所述注册应答数据包括所述I/O模块的注册状态，例如注册成功或注册失败，此处不做限定。
基于上述公开的内容，本申请中广播包的发送主体可以是主控CPU，则只需要预先设置主控CPU的波特率，并在出厂时在各个I/O模块中预先写入若干个预使用的波特率，同时设置了每一模块的ID信息，其中，该ID信息可以由I/O模块上的拨码开关或者上位机软件来设置；此外，各I/O模块已经预先接入到CAN总线网络中。则在主控CPU上电后，如果检测到某I/O模块还未注册，则可每间隔第一预设时长，例如每间隔0.5s，向CAN扩展网络发送一次广播包，优选的，该广播包内携带有主控CPU的当前波特率。其中，各I/O模块上电后处于静默状态，需要等待接收主控CPU的广播包，且每间隔第二预设时长，例如每间隔1.5s，I/O模块自动更新一次波特率，而当某次更新时接收到所述广播包，说明该I/O模块的当前波特率与主控CPU的波特率一致，因此可以接收到所述广播包。然后，该I/O模块记录并启用当前波特率，建立与所述主控CPU之间的通信，并进行后续的信息注册。可见，本申请只需要设置主控CPU的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
在一种具体的实施方式中，在检测CAN总线中的I/O模块是否已注册之后，所述方法还包括：
若已注册，则检测在第三预设时长内是否接收到所述I/O模块发送的第一数据；
若未收到，则清除所述I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令。
基于上述公开的内容，例如在5s内，若主控CPU未收到所述I/O模块发送的第一数据，优选的，所述第一数据可以是I/O模块的心跳数据，也可以是I/O模块采集的信号量，此处不做限定。若在5s内主控CPU未收到I/O模块的数据，主控CPU就认为该I/O模块不在线，则清除所述I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令，从而可以降低功耗。
在一种具体的实施方式中，所述I/O模块为以下一种或多种模块的组合：DI(Digital Input，数字输入)模块、AI(Analog Input，模拟输入)模块、DI与AI(DigitalInput and Analog Input，数字输入和模拟输入)的混合模块、DO(Digital Output，数字输出)模块、AO(Analog Output，模拟输出)模块以及DO与AO(Digital Output and AnalogOutput，数字输出和模拟输出)的混合模块。
在一种具体的实施方式中，当所述I/O模块为DI模块和/或AI模块时，所述方法还包括：
每间隔第四预设时长，向已注册的DI模块和/或AI模块发送第一心跳数据。
基于上述公开的内容，例如每间隔1s，主控CPU向已注册的DI模块和/或AI模块发送第一心跳数据，以告知DI模块或AI模块主控CPU在线。
在一种具体的实施方式中，当所述I/O模块为DI与AI的混合模块时，所述方法还包括：
接收已注册的DI与AI的混合模块主动发送的采集信号量。
基于上述公开的内容，已注册DI和AI混合模块向主控CPU主动发送采集到的信号量，从而提高通信效率。
在一种具体的实施方式中，当所述I/O模块为DO模块和/或AO模块时，所述方法还包括：
接收第二心跳数据，其中，所述第二心跳数据为已注册的DO模块和/或AO模块每间隔第五预设时长发送的数据。
基于上述公开的内容，例如每间隔1s，已注册的DO模块和/或AO模块向主控CPU发送第二心跳数据，从而向主控CPU告知该模块处于在线状态，可以接收主控CPU的控制命令。
在一种具体的实施方式中，当所述I/O模块为DO与AO的混合模块时，所述方法还包括：
向已注册的DO与AO的混合模块发送第二控制命令，其中，所述第二控制命令用于控制所述DO与AO的混合模块的输出。
基于上述公开的内容，主控CPU通过向已注册的DO与AO的混合模块发送第二控制命令，控制所述DO和AO混合模块的输出，可提高数据传输效率。
如图和图3所示，第二方面，本发明提供一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，包括但不限于由步骤S101’～步骤S103’实现：
步骤S101’.每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到广播包，则记录并启用当前波特率，其中，所述广播包为主控CPU未检测到注册信息时，每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次的数据包；
步骤S102’.向所述主控CPU发送注册请求数据，以便所述主控CPU接收所述注册请求数据，根据所述注册请求数据配置注册信息，返回注册应答数据；
步骤S103’.接收所述主控CPU返回的注册应答数据。
基于上述公开的内容，本申请中广播包的发送主体可以是主控CPU，则只需要预先设置主控CPU的波特率，并在出厂时在各个I/O模块中预先写入若干个预使用的波特率，同时设置了每一模块的ID信息，其中，该ID信息可以由I/O模块上的拨码开关或者上位机软件来设置；此外，各I/O模块已经预先接入到CAN总线网络中。则在主控CPU上电后，如果检测到某I/O模块还未注册，则可每间隔第一预设时长，例如每间隔0.5s，向CAN扩展网络发送一次广播包，优选的，该广播包内携带有主控CPU的当前波特率。其中，各I/O模块上电后处于静默状态，需要等待接收主控CPU的广播包，且每间隔第二预设时长，例如每间隔1.5s，I/O模块自动更新一次波特率，而当某次更新时接收到所述广播包，说明该I/O模块的当前波特率与主控CPU的波特率一致，因此可以接收到所述广播包。然后，该I/O模块记录并启用当前波特率，建立与所述主控CPU之间的通信，并进行后续的信息注册。可见，本申请只需要设置主控CPU的波特率，不需要现场调试人员逐个对CAN总线上各I/O模块的波特率进行调试设置，极大减少了现场调试人员的工作量，提高了CAN总线网络中I/O的注册效率。
在一种具体的实施方式中，所述方法还包括：
注册成功后，若在第四预设时长内，未收到所述主控CPU发送的第二数据，则继续更新波特率，直至再次接收到所述主控CPU发送的广播包。
基于上述公开的内容，例如在5s内，若已注册的I/O模块未收到主控CPU的第二数据，则认为主控CPU不在线，则继续更新波特率，直至再次接收到所述主控CPU发送的广播包，说明此时该I/O模块与主控CPU的波特率再次一致，从而可以自动再次建立与主控CPU的通信，无需现场调试人员人工调试，提高了CAN总线扩展网络的工作效率。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法或第二方面任意一种可能的设计中所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法。
第五方面，本发明提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面任意一种可能的设计中所述的方法。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，其特征在于，包括：
检测CAN总线中的I/O模块是否已注册，若未注册，则每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次广播包，以便所述I/O模块每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到所述广播包，则记录并启用当前波特率；
接收所述I/O模块发送的注册请求数据，根据所述注册请求数据配置所述I/O模块的注册信息，并向所述I/0模块返回注册应答数据；
在检测CAN总线中的I/O模块是否已注册之后，所述方法还包括：
若已注册，则检测在第三预设时长内是否接收到所述I/O模块发送的第一数据；
若未收到，则清除所述I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令；
所述I/O模块包括：DI与AI的混合模块以及DO与AO的混合模块；
当所述I/O模块为DI与AI的混合模块时，所述方法还包括：
接收已注册的DI与AI的混合模块主动发送的采集信号量；
当所述I/O模块为DO与AO的混合模块时，所述方法还包括：
向已注册的DO与AO的混合模块发送第二控制命令，其中，所述第二控制命令用于控制所述DO与AO的混合模块的输出。
2.一种基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，其特征在于，包括：
每间隔第二预设时间自动更新一次波特率，直至某次更新时接收到广播包，则记录并启用当前波特率，其中，所述广播包为主控CPU未检测到注册信息时，每间隔第一预设时长在CAN扩展网络中发送一次的数据包；
向所述主控CPU发送注册请求数据，以便所述主控CPU接收所述注册请求数据，根据所述注册请求数据配置注册信息，返回注册应答数据；
接收所述主控CPU返回的注册应答数据；
向主控CPU发送第一数据，以使主控CPU检测是否在第三预设时长内接收到所述第一数据，并在第三预设时长内未接收到所述第一数据时，清除I/O模块的注册信息，并停止向所述I/O模块发送第一控制命令；
所述I/O模块包括：DI与AI的混合模块以及DO与AO的混合模块；
当所述I/O模块为DI与AI的混合模块时，所述方法还包括：
已注册的DI与AI的混合模块向接收主控CPU主动发送的采集信号量；
当所述I/O模块为DO与AO的混合模块时，所述方法还包括：
接收主控CPU发送第二控制命令，以在接收到第二控制命令后，基于第二控制命令控制输出。
3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的I/O模块扩展通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
注册成功后，若在第四预设时长内，未收到所述主控CPU发送的第二数据，则继续更新波特率，直至再次接收到所述主控CPU发送的广播包。
4.一种计算机设备，其特征在于，包括依次通信相连的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如权利要求1所述的方法或权利要求2-3任意一项所述的方法。
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2022
- 2022-01-27 CN CN202210101409.7A patent/CN114430354B/zh active Active
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