CN115086211B - 智能锁生产集群测试网关的数据传输方法 - Google Patents

智能锁生产集群测试网关的数据传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，网关和测试端都选择具有硬件CAN总线功能的处理器实现，直接将CAN总线各个端口按照标准连接规则使用导线相连，不需要额外的硬件支持。能够实现测试过程的智能化、自动化和集群化，提升测试的效率和可靠性。通过提出的多个本地设备之间使用CAN总线协议可以实现进行较长数据帧的可靠数据通信，保持硬件成本较低的同时，容易实现较大规模的集群，同时能够实现较大规模的集群。

Description

智能锁生产集群测试网关的数据传输方法
技术领域
本发明涉及电子智能锁技术领域，尤其涉及一种智能锁生产集群测试网关的数据传输方法。
背景技术
在智能锁生产集群测试系统当中，测试场地的测试设备通常很多，使用无线连接的话，及其容易因为无线环境差导致通信失效率高，而传统的有线方式布置较为复杂，极其容易导致测试现场混乱，增加管理与检修难度，在更改测试项目较为麻烦。
而目前存在大量串行通信协议当中，都没有考虑多设备间的大数据量通信需求，例如CAN总线一次发送的数据不能超过8个字节，而RS232这类传输方法只能传输单一字节的数据，在进行百字节以上的数据包交互时，交互较为麻烦，而有线以太网网络的布置较为复杂，且硬件成本较高，同时大量数据节点的设计也较为麻烦。
发明内容
为了克服现有技术当中存在的缺陷和不足，本发明提出一种智能锁生产集群测试网关的数据传输方法。提供了在测试现场使用的多通信节点的数据传输网关组网结构，并且着重设计了一个基于CAN总线的通信协议，使生产集群测试的数据能够快速可靠的发送到汇聚端。
本发明具体采用以下技术方案：
一种智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：将网关和多个测试端通过CAN总线连接；
CAN总线每一帧的规则使用扩展格式，Identify共29bit，用于放置路由信息，其中：第28-24bit表示源地址，第23-19bit表示目的地址，第18-12bit表示节编号，第11-9bit表示缓冲区编号，第8bit表示发送结束标志，第7-0bit表示该帧的长度；
通信时，收发的数据分为以下四种类型：
（1）控制用的数据帧；
（2）超过8个字节的数据帧；
（3）不超过8字节，但首字节大于或等于F0H的数据帧；
（4）不超过8字节，且首字母小于F0H的数据帧；
对于第（1）、（2）和（3）的数据，需要对数据进行拆分发送，所述拆分发送的发送流程为：
①发送方发送请求节，此时发送方使用的缓冲区固定为0，此帧包括整帧数据的CRC32校验，接收方需要进行保存；
②接收方接收到请求节，分配给发送方缓冲区，并反馈给发送方；
③发送方按序发送数据节给接收方；
④接收方在确认接收到最后一节时，通过CRC校验确认收到的是否正确，并反馈确认节。
进一步地，测试端之间如果需要通信，需要通过网关进行转发，网关根据发送方的数据帧中的接收方编号决定是否转发。
进一步地，如果是多节数据，发送方将数据进行打包，以最初8个字节作为索引，接下来为待发送的数据，其格式为：
长度1B的多帧标志，长度1B的命令编号，长度2B的帧编号，长度4B的CRC校验，以及可变长度的数据；
其中，帧编号是发送方用以唯一标识每一帧的编号，在一定时间内，帧编号是唯一的；缓冲区是接收方用来缓冲数据的空间，最多共有15个，编号为0代表直接接收。
进一步地，所述网关采用主处理器用以完成CAN总线驱动，并采用ESP8266处理器芯片完成MQTT协议驱动，用以连接上位机，网关内部使用串口交互ESP8266和主处理器；在通信过程中，上位机、网关的主处理器和ESP8266、测试端均配置独立的8位地址，网关根据地址完成路由功能，ESP8266通过地址识别是否是发送给自己。
进一步地，在网关内部，ESP8266和主处理器之间的规则为：帧头F1H+1字节的目标地址+2字节的帧编号+2字节的长度信息+长度可变的数据+4字节的CRC32校验+帧尾FEH；接收方如果是主处理器，则缓冲区不经过协商，直接根据长度分配。
相比于现有技术，本发明及其优选方案能够实现测试过程的智能化、自动化和集群化，提升测试的效率和可靠性。通过提出的多个本地设备之间使用CAN总线协议可以实现进行较长数据帧的可靠数据通信，保持硬件成本较低的同时，容易实现较大规模的集群，同时能够实现较大规模的集群。
附图说明
图1是本发明实施例组网结构图。
图2是本发明实施例传输的数据帧格式图。
图3是本发明实施例网关与测试端的数据传输流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
本实施例主要设计一个用以工厂当中进行长时间测试使用的智能锁生产集群测试的数据传输网关及其组网结构，能够实现多台测试设备的集中测试，实现测试管理的智能化和测试数据的远程汇总，提高测试系统的鲁棒性。进一步而言，本实施例主要解决了在多设备间使用CAN总线实现低成本的一对多的、较长数据帧的可靠交互，主要论述了如何进行分包、拼包、完整性检测以及重发机制。
1.网关硬件结构介绍
完整的生产集群测试系统由远程管理端（简称管理端）、网关、测试端组成。本实施例主要实现网关系统的设计。
管理端布置在远端作为上位机，是整个系统的控制与数据汇聚的中心，管理端可以控制任意数量的网关，也只与网关通信，同时提供图形界面供测试相关人员控制整个系统。测试端就是测试实体，主要实现以下功能：首先，测试端可以根据预先编写的驱动代码，驱动测试电路完成产品的自动化测试，其次，测试端会接收上位机的控制命令，并作出对应的动作，最后，测试端会将测试结果发送给上位机。
网关作为数据交互的控制核心，是管理端与测试端的桥梁，是数据交互的核心，实现了数据的转发与必要的映射，同时也是测试地点的控制核心，通过以太网与远端的管理端相连，并且可以通过广播配置测试端所运行的相关参数。
网关结构如图1所示，网关带有两个处理器芯片，包括用来控制整个系统的主控处理器，内部必须具有成熟的CAN总线控制器，可以选择STM32处理器，另一个是用来进行远程通信的ESP8266模组，该模组可以购买现有的模组，网关还带有信号灯用以显示工作状态，蜂鸣器用以提醒测试人员，并使用LCD显示屏来显示详细状态，拨码开关是用来设置网关的简易参数，详细参数可以使用串口接口进行连接PC机进行配置，而电源及稳压电路用来给整个电路提供供电。
网关与测试端之间采用CAN总线进行通信，一条CAN总线连接一个网关和若干测试端，网关可以控制多条CAN总线。对于具体一条CAN总线而言，除了CAN总线的仲裁机制外，通信主要由网关控制。
网关本身除了主处理器用以完成CAN总线驱动之外，还具有一个ESP8266处理器芯片，并在其内部完成MQTT协议驱动，用以连接上位机，网关内部使用串口交互ESP8266和主处理器，通信协议与本发明中CAN总线的协议类似。
而多个测试端与测试端之间，使用CAN总线进行通信，由于CAN总线是一个目前常见的现场总线之一，能够实现多个设备间的数据交互，本发明当中，网关和测试端之间，使用CAN总线进行通信，具体而言，本发明当中，一个网关作为通信的控制端，可以通过CAN总线与多台测试端通信，并交互数据，由于本发明当中经常需要交互较长数据帧，本实施例以下主要描述论如何实现长数据帧的通信。
2. 网关的数据传输方法及实现
2.1网关与测试端的数据交互
本实施例当中，网关和测试端都选择具有硬件CAN总线功能的处理器实现，直接将CAN总线各个端口按照标准连接规则使用导线相连，不需要额外的硬件支持。
本实施例在整体上，具有三种类型的数据帧：
（1）网关发送给特定测试端的数据帧；
（2）特定测试端发送给网关的数据帧；
（3）网关进行广播的数据帧。
也就是说，测试端之间如果需要通信，需要通过网关进行转发，网关会根据发送方的数据帧里面的接收方编号来决定是否转发，转发就是网关执行了一次接收与一次发送。
CAN总线每一帧的规则如图2所示（为了区分，接下来CAN总线的每一帧称为“节”）。
本实施例使用扩展格式，Identify（ID）共29bit，将放置路由信息，具体而言，规则为（第0bit在最右边）：
实际通信时，收发的数据分为以下四种类型：
（1）控制用的数据帧；
（2）超过8个字节的数据帧；
（3）不超过8字节，但首字节大于或等于F0H的数据帧；
（4）不超过8字节，且首字母小于F0H的数据帧；
如图3所示，具体而言，对于第（1）、（2）和（3）的数据，需要对数据进行拆分发送，拆分发送的，发送流程为：
①发送方发送请求节，此时发送方使用的缓冲区固定为0，也就是没有缓冲，此帧包括整帧数据的CRC32校验，接收方应该保存；
②接收方接收到请求节，根据情况，分配给发送方缓冲区，并反馈给发送方；
③发送方按序发送数据节给接收方；
④接收方在确认接收到最后一节时，会通过CRC校验确认收到的是否正确，并反馈确认节，发送方会根据情况回到①进行重发。
也就是说，如果是多节数据，发送方会将数据进行打包，最初8个字节作为索引，接下来为待发送的数据，其格式为：
其中，帧编号是发送方用以唯一标识每一帧的编号，在一定时间内，帧编号是唯一的。
而缓冲区是接收方用来缓冲数据的空间，最多共有15个（编号为0代表直接接收），接收方可以根据具体需求采用静态的方式进行定义，例如1~4大小为128字节，5~8大小为256字节，9~12大小为512字节，13~15采用内存管理临时分配，这样做可以减少内存管理的使用，尽量避免内存的碎片化，同时也能够适应多进程运行。
在通信过程中，上位机、网关的主CPU和ESP8266、测试端均会配置独立的8位地址，网关会根据地址完成路由功能，而ESP8266可以通过地址识别是否是发送给自己。
2.2 网关和上位机的数据交互
网关与上位机之间使用MQTT进行通信，为了方便上位机的管理以及网关的配置，网关连接上位机时，通过以下流程进行：
①测试人员在上位机注册网关的账号和密码，原则上账号以方便网关在本地进行配置为原则，而密码可以根据账号通过某种方式生成，同时网关在安装时，也需要预先设置连接参数，通常方法是上位机的IP通过DNS的方式获得，而网关的账号通过本地拨码开关或者按键的方式进行配置；
②上位机在启动后，会使用TCP协议建立一个MQTT的服务器，并为每一个网关定义一个订阅，用以接收网关发送的数据；
③网关在启动并且完成初始化后，会搜索周围的无线路由器，并且连接按照特定规则设置SSID和密码的无线路由器；
④会通过ESP8266尝试与上位机进行通信，并使用MQTT协议连接上位机的订阅，上位机在检测到网关的连接后，会连接网关启动的一个订阅，之后，双方使用这两个订阅的单工通信实现全双工通信。
在网关内部，ESP8266和主控芯片之间，使用串口通信，规则为帧头（F1H）+目标地址（1字节）+帧编号（2字节）+长度（2字节）+数据（长度可变）+CRC32校验（4字节）+帧尾（FEH）。收发的控制与CAN总线的方法类似，主要区别在于接收方如果是主控芯片，缓冲区不经过协商，而是直接根据长度分配。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：将网关和多个测试端通过CAN总线连接；
CAN总线每一帧的规则使用扩展格式，Identify共29bit，用于放置路由信息，其中：第28-24bit表示源地址，第23-19bit表示目的地址，第18-12bit表示节编号，第11-9bit表示缓冲区编号，第8bit表示发送结束标志，第7-0bit表示该帧的长度；
通信时，收发的数据分为以下四种类型：
（1）控制用的数据帧；
（2）超过8个字节的数据帧；
（3）不超过8字节，但首字节大于或等于F0H的数据帧；
（4）不超过8字节，且首字母小于F0H的数据帧；
对于第（1）、（2）和（3）的数据，需要对数据进行拆分发送，所述拆分发送的发送流程为：
①发送方发送请求节，此时发送方使用的缓冲区固定为0，此帧包括整帧数据的CRC32校验，接收方需要进行保存；
②接收方接收到请求节，分配给发送方缓冲区，并反馈给发送方；
③发送方按序发送数据节给接收方；
④接收方在确认接收到最后一节时，通过CRC校验确认收到的是否正确，并反馈确认节。
2.根据权利要求1所述的智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：测试端之间如果需要通信，需要通过网关进行转发，网关根据发送方的数据帧中的接收方编号决定是否转发。
3.根据权利要求1所述的智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：如果是多节数据，发送方将数据进行打包，以最初8个字节作为索引，接下来为待发送的数据，其格式为：
长度1B的多帧标志，长度1B的命令编号，长度2B的帧编号，长度4B的CRC校验，以及可变长度的数据；
其中，帧编号是发送方用以唯一标识每一帧的编号，在一定时间内，帧编号是唯一的；缓冲区是接收方用来缓冲数据的空间，最多共有15个，编号为0代表直接接收。
4.根据权利要求1所述的智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：所述网关采用主处理器用以完成CAN总线驱动，并采用ESP8266处理器芯片完成MQTT协议驱动，用以连接上位机，网关内部使用串口交互ESP8266和主处理器；在通信过程中，上位机、网关的主处理器和ESP8266、测试端均配置独立的8位地址，网关根据地址完成路由功能，ESP8266通过地址识别是否是发送给自己。
5.根据权利要求4所述的智能锁生产集群测试网关的数据传输方法，其特征在于：在网关内部，ESP8266和主处理器之间的规则为：帧头F1H+1字节的目标地址+2字节的帧编号+2字节的长度信息+长度可变的数据+4字节的CRC32校验+帧尾FEH；接收方如果是主处理器，则缓冲区不经过协商，直接根据长度分配。
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