CN114500156B - 一种可灵活配置的总线式通信系统、通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于现场总线技术领域，具体提供一种可灵活配置的总线式通信系统、通信方法，所述方法包括如下步骤：上位机接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组；总线架构重组后，主机根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机。可以根据不同的现场需求进行外设的自我搭配，可以避免一些无效的动作，可以极大地提高总线通信的效率；同时该方案可适应于多种现场总线，通用性比较高。

Description

一种可灵活配置的总线式通信系统、通信方法

技术领域

本发明涉及现场总线技术领域，具体涉及一种可灵活配置的总线式通信系统、通信方法。

背景技术

随着科学技术的发展，计算机信息技术已经逐渐普及到人们生活的方方面面，成为日常生活中不可缺少的一部分。随着计算机信息技术的发展，交换技术、数据通讯技术及数字技术也在不断发展。数字化信号技术改变了传统的模拟信号，而逐渐向数字化通信转化。随着时间的推移，计算机技术与微电子技术均取得了较大的突破，也促进了计算机网络技术与信息通信技术互相融合。利用特定的通讯设施及线路，将具有独立系统，能够正常运行的并分布在不同位置的计算机或者相关设施相连接，直至形成一个可以自由通信、资源共享、结构完整的计算机系统。在该系统中，各个构成该系统的独立设备之间均能对各类资源共享，包括硬件、软件、数据、图片、视频等各类资源。

现场总线技术一般应用于生产过程中及微机化测量控制仪器或设施中，其能够构成数字化及开放式的信息传输系统。该技术的主要作用在最终完成控制、信息传输以及计算机技术的各项功能，该技术的基本特点有几下几点：①微处理器为中心该总线将现场的设备全部连接起来，统一控制；②实时性、抗干扰能力强该技术在数据传送上采用基带传输方式，速度快，且传输过程不受其他因素的影响；③功能独立性各个功能板块相对独立，不受其他功能的影响，提高了可靠性，在一种功能失效后，不影响其他功能的正常运行，在维护上也较为方便；④各个网络之间联系紧密其开放式的网络结构能够达到同层的网络相互连接及接入信息管理网络；⑤兼容性良好在通信协议一致的条件下，不同型号、不同供应商出产的设备也能够进行统一组合及控制，兼容性及可操作性较强。

利用现场总线技术，控制测量设施能够转变成网络节点，使处于不同位置的设备形成一个完整网络系统，并将信息共享，共同作用，互相协作维持正常的功能运转。如何利用现场总线技术实现灵活的、可延展性的、资源占用率较低的总线通信系统是本申请所要解决的技术问题。

发明内容

本发明主要目的是提供一种灵活的、可延展性的、资源占用率较低的一种现场总线技术，具体提供一种可灵活配置的总线式通信系统、通信方法。

本发明的技术方案是：

一方面，本发明技术方案提供一种可灵活配置的总线式通信系统，包括上位机和下位机；下位机包括主机和从机集群；主机与从机集群通过总线通信连接；上位机与主机进行通信连接；其中，从机集群包括若干个从机；

上位机，用于接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；还用于接收主机上报的从机的状态信息并将接收到的信息进行显示；

主机，用于接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组，总线架构重组后，根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机。

进一步的，主机，还用于对接收到的从机的响应进行校验，校验正确时，保持选择的通信通道访问下一从机。

进一步的，主机，还用于发出配置或者查询命令帧时，开启定时器计时，若在定时器计时时间内接收到从机的响应且响应校验正确，主机将定时器计数清零、关闭；若在计时时间内未接收到从机的响应或响应校验错误，在通信容忍失败次数范围内重新发出配置或者查询命令帧，定时器重新计时。

进一步的，主机，还用于若达到通信容忍失败次数，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将总线所有的计数清零切换通信通道发出配置或者查询命令帧。

进一步的，主机，还用于若所有通信通道切换完成后，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将该从机的异常信息上报给上位机，选择初始通信通道访问下一从机。

系统上电后下位机先等待上位机的下发配置指令，配置信息主要包含下位机需要的超时时间、单次可容忍失败次数、在位状态显示、通信通道数目、通信节点数，总线通信架构可根据以上信息重新搭配，进而使下位机总线通信较为高效且稳定的工作，该设计可以更好的提高底层控制芯片的工作效率，可以将底层异常率降到最低。

第二方面，本发明技术方案还提供一种可灵活配置的总线式通信方法，包括如下步骤：

上位机接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；

主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组；

总线架构重组后，主机根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；

主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机。

进一步的，主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组的步骤包括：

主机接收上位机下发的配置信息；

主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册；

主机向从机发送注册成功确认命令，当从机接收注册成功确认命令后，对确认命令进行解析获取确认命令中的从机ID，当获取的从机ID与自身的从机ID一致时，返回应答指令到主机；

当主机接收到的应答指令的数量与配置信息中所需的从机数量一致时，停止发送注册命令，并断开未注册成功的从机与总线的连接。

进一步的，主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册的步骤包括：

主机向总线上发送注册命令；

从机接收到注册命令后进行注册抢占，并对第一个抢占成功的从机ID进行注册；注册成功后的从机不再参数注册抢占；

当注册成功的从机的数量小于配置信息中所需的从机的数量时，主机重复向总线发送注册命令。

进一步的，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤中，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应的步骤包括：

主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时；

若从机在超时时间内对主机做出应答且应答信息校验正确，主机将定时器计数清零、关闭，失败次数计数清零，保持主通道同时访问下一个从机；

若从机在超时时间内没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机重新再发一次配置或者查询命令帧，定时器重新计时同时失败次数计数加一，若从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，判断是否到达单次通信容忍失败次数，若是，将总线所有计数清零，通信通道切到第一辅助通道，执行步骤：主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时。

进一步的，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤中，将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤包括：

若主机通过第一辅助通道发出配置或者查询命令帧后，从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，则切到第二辅助通道发出配置或者查询命令帧；

当切换至最后一个辅助通道后；从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机将认为此从机功能异常同时上报上位机，访问下一个从机。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：下位机和上位机组合可以更加灵活的适应用户的需求，以达到一个软件版本适应多个现场需求，它可以根据不同的现场需求进行外设的自我搭配，可以避免一些无效的动作，可以极大地提高总线通信的效率；同时该方案可适应于多种现场总线，通用性比较高。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。

图2是本发明一个实施例的系统的工作过程示意性流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种可灵活配置的总线式通信系统，包括上位机和下位机；下位机包括主机和从机集群；主机与从机集群通过总线通信连接；上位机与主机进行通信连接；其中，从机集群包括若干个从机；

上位机，用于接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；还用于接收主机上报的从机的状态信息并将接收到的信息进行显示；

主机，用于接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组，总线架构重组后，根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机。

在有些实施例中，主机，还用于对接收到的从机的响应进行校验，校验正确时，保持选择的通信通道访问下一从机。

在有些实施例中，主机，还用于发出配置或者查询命令帧时，开启定时器计时，若在定时器计时时间内接收到从机的响应且响应校验正确，主机将定时器计数清零、关闭；若在计时时间内未接收到从机的响应或响应校验错误，在通信容忍失败次数范围内重新发出配置或者查询命令帧，定时器重新计时。

在有些实施例中，主机，还用于若达到通信容忍失败次数，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将总线所有的计数清零切换通信通道发出配置或者查询命令帧。

在有些实施例中，主机，还用于若所有通信通道切换完成后，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将该从机的异常信息上报给上位机，选择初始通信通道访问下一从机。

如图2所示，需要说明的是，本系统的工作过程如下：

(1)系统上电后，下位机配置好和上位机之间的通信通道等待其配置信息；

(2)上位机将底层总线上配置信息下发，配置信息包括单次通信容忍失败次数、通信通道数目、超时时间、通信节点数、数据种类；

(3)下位机总线架构重组，采用主从应答式通信；

(4)重组之后主机会根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问，其中轮询数目不大于通信节点数；在这里，每个从机为一个节点；

(5)主机在通信通道(首次为主通信通道)上发出配置或者查询命令帧后，等待从机发出响应帧，同时主机开启定时器计时；

(6)如果从机在超时时间内对主机做出应答且校验正确，主机将定时器计数清零、关闭，失败次数计数清零，通信通道保持主通道同时将访问节点下移；

(7)如果从机在超时时间内没有应答或校验错误，主机应重新再发一次，定时器重新计时同时失败次数计数加一，等待应答；如果仍未成功，以此累计直至到达单次通信容忍失败次数，将总线所有计数清零，通信通道切到辅助通道一，回到步骤(5)；

(8)如果辅助通道一仍未成功，则切到辅助通道二直至最大辅助通道；如果所有通道都没有成功，主机将认为此节点功能异常同时上报上位机，将访问节点下移。

如图1所示，本发明实施例还提供一种可灵活配置的总线式通信方法，包括如下步骤：

步骤1：上位机接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；

步骤2：主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组；

步骤3：总线架构重组后，主机根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；

步骤4：主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机。

在有些实施例中，步骤2中主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组的步骤包括：

步骤21：主机接收上位机下发的配置信息；

需要说明的是，配置信息包括单次通信容忍失败次数、通信通道数目、超时时间、通信节点数、数据种类。

步骤22：主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册；

步骤23：主机向从机发送注册成功确认命令，当从机接收注册成功确认命令后，对确认命令进行解析获取确认命令中的从机ID，当获取的从机ID与自身的从机ID一致时，返回应答指令到主机；

步骤24：当主机接收到的应答指令的数量与配置信息中所需的从机数量一致时，停止发送注册命令，并断开未注册成功的从机与总线的连接。需要说明的是，所需的从机数量在这里实际上是配置信息中的通信节点数。

在有些实施例中，步骤22中主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册的步骤包括：

步骤221：主机向总线上发送注册命令；

步骤222：从机接收到注册命令后进行注册抢占，并对第一个抢占成功的从机ID进行注册；注册成功后的从机不再参数注册抢占；

步骤223：当注册成功的从机的数量小于配置信息中所需的从机的数量时，主机重复向总线发送注册命令。

需要说明的是，从机ID是对从机进行的编号，每个从机ID唯一；主机根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问时，是根据从机ID的大小，由小到达进行轮询。

在有些实施例中，步骤24中，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤中，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应的步骤包括：

步骤241：主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时；

步骤242：若从机在超时时间内对主机做出应答且应答信息校验正确，主机将定时器计数清零、关闭，失败次数计数清零，保持主通道同时访问下一个从机；

步骤243：若从机在超时时间内没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机重新再发一次配置或者查询命令帧，定时器重新计时同时失败次数计数加一，若从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，判断是否到达单次通信容忍失败次数，若是，将总线所有计数清零，通信通道切到第一辅助通道，执行步骤241主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时。

步骤244：若主机通过第一辅助通道发出配置或者查询命令帧后，从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，则切到第二辅助通道发出配置或者查询命令帧；

步骤245：当切换至最后一个辅助通道后；从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机将认为此从机功能异常同时上报上位机，访问下一个从机。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种可灵活配置的总线式通信系统，其特征在于，包括上位机和下位机；下位机包括主机和从机集群；主机与从机集群通过总线通信连接；上位机与主机进行通信连接；其中，从机集群包括若干个从机；

上位机，用于接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；还用于接收主机上报的从机的状态信息并将接收到的信息进行显示；

主机，用于接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组，总线架构重组后，根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机；

主机，还用于对接收到的从机的响应进行校验，校验正确时，保持选择的通信通道访问下一从机；

主机，还用于发出配置或者查询命令帧时，开启定时器计时，若在定时器计时时间内接收到从机的响应且响应校验正确，主机将定时器计数清零、关闭；若在计时时间内未接收到从机的响应或响应校验错误，在通信容忍失败次数范围内重新发出配置或者查询命令帧，定时器重新计时；

主机，还用于若达到通信容忍失败次数，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将总线所有的计数清零切换通信通道发出配置或者查询命令帧；

主机，还用于若所有通信通道切换完成后，在定时器计时时间内仍未接收到从机的响应或响应校验错误，将该从机的异常信息上报给上位机，选择初始通信通道访问下一从机。

2.一种可灵活配置的总线式通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

上位机接收用户输入的配置信息，并将接收到的配置信息下发给主机；

主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组；

总线架构重组后，主机根据在位状态对总线上的从机进行轮询访问；

主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机；

主机接收到上位机下发的配置信息后，进行总线架构的重组的步骤包括：

主机接收上位机下发的配置信息；

主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册；

主机向从机发送注册成功确认命令，当从机接收注册成功确认命令后，对确认命令进行解析获取确认命令中的从机ID，当获取的从机ID与自身的从机ID一致时，返回应答指令到主机；

当主机接收到的应答指令的数量与配置信息中所需的从机数量一致时，停止发送注册命令，并断开未注册成功的从机与总线的连接；

主机根据接收到的配置信息向从机集群发送注册命令，并获取响应的从机ID，并对从机ID进行注册的步骤包括：

主机向总线上发送注册命令；

从机接收到注册命令后进行注册抢占，并对第一个抢占成功的从机ID进行注册；注册成功后的从机不再参数注册抢占；

当注册成功的从机的数量小于配置信息中所需的从机的数量时，主机重复向总线发送注册命令；

主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将响应的从机运行状态信息发送到上位机的步骤中，主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应的步骤包括：

主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时；

若从机在超时时间内对主机做出应答且应答信息校验正确，主机将定时器计数清零、关闭，失败次数计数清零，保持主通道同时访问下一个从机；

若从机在超时时间内没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机重新再发一次配置或者查询命令帧，定时器重新计时同时失败次数计数加一，若从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，判断是否到达单次通信容忍失败次数，若是，将总线所有计数清零，通信通道切到第一辅助通道，执行步骤：主机选择主通信通道发出配置或者查询命令帧后，同时主机开启定时器计时；

主机选择通信通道发出配置或者查询命令帧后，接收从机的响应，并将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤中，将从机响应数据中的状态信息发送到上位机的步骤包括：

若主机通过第一辅助通道发出配置或者查询命令帧后，从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，则切到第二辅助通道发出配置或者查询命令帧；

当切换至最后一个辅助通道后；从机在超时时间内仍没有对主机做出应答或应答信息校验错误，主机将认为此从机功能异常同时上报上位机，访问下一个从机。