CN115334041A - 一种主从站通讯设备自动分配地址的方法、主站、从站和系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的方法，其特征在于，该方法实现简单、成本低、扩展性强，从机设备可以自由组合，更换位置或更换从机设备时，不需要重新设置从机的地址即可并入总线中，该方法包括：基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信；每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息；主站根据获取的每个从站的地址和编码与之通信。

Description

一种主从站通讯设备自动分配地址的方法、主站、从站和系统

技术领域

本申请涉及通讯技术领域，具体地，涉及一种主从站通讯设备自动分配地址的方法、主站、从站和系统。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，工控行业自动化水平越来越高，同时也意味着，如今的工业应用现场，需要使用到更多的传感器、控制器、执行器件来感知、计算以及控制整个工业流程。例如，很多的场合需要使用到大量的IO扩展设备（数字量输入通道数、输出通道数和模拟量输入通道数、输出通道数）来获取、控制相应的执行器件的状态或控制其进行相应的动作，同时输入、输出类型也是非常丰富。

主从应答总线通信是工业上常用的一种数据通信总线，一般采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态。一般情况下是一个主机多个从机的网络架构，总线上的每个设备都必须事先设定唯一的设备地址，主机必须事先知道每一台从机的地址，从机仅需要事先知道主机地址即可。总线上的设备必须设定地址，如果不设定地址，会出现通信竞争问题，导致总线无法完成通信。

现有技术：1、通过拨码开关设置从机设备地址的技术，一般在系统上电前通过拨码开关或者系统上电后通过软件手动设定从机地址，主机地址不是必须设置，但通常都是需要设置的。但是，更换从机设备时，需要根据主机的程序修改从机的地址且不能与当前总线上的其他从机设备地址冲突。因为主机在工作过程中，并不知道新增加从机的设备地址，需要更新程序或者经过软件手动设定操作才能添加从机设备，存在拓展性较差的问题。

2、使用EtherCAT技术。EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff（倍福）公司研发。EtherCAT使用一根网线即可实现通信，具有以下优点：（1）灵活的拓扑结构；（2）低时延、高效率，刷新周期短；（3）精确同步（最大的优点）。但是Ethercat使用了非标准的链路层，需要使用专用芯片来处理协议，硬件成本上升，此外，Ethercat需要单独布网，网络设备的价格也相对更高。目前EtherCAT技术多用于运动控制领域。

发明内容

本发明提供了一种背板总线以及基于虚拟软件总线自动识别背板总线扩展后设备、自动分配地址的方法，该方法实现简单、成本低、扩展性强，从机设备可以自由组合，更换位置或更换从机设备时，不需要重新设置从机的地址即可并入总线中。

一种主从站通讯设备自动分配地址的方法包括：

基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信；

每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息；

主站根据获取的每个从站的地址和编码与之通信。

可选的，

步骤基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信之后，步骤每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息之前包括：

主站向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文，向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

每个从站向与之连接的上一个通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

可选的，

主站收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

可选的，

步骤根据获取的每个从站的地址和编码之前话包括生成每个从站的地址和编码的列表。

本申请还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的主站，如上述主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文。

可选的，

第一发送单元，还用于第一接收单元收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

本身亲还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的从站，用于如上述主从站通讯设备自动分配地址的方法，与上述主站通讯，所述从站包括

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

本申请还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的系统，用于如上述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述系统包括：

虚拟软件总线、主站和从站，虚拟软件总线将主站和多个从站顺次连接；

主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

可选的，

主站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块还有地址分配模块；

从站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块。

相较于现有技术，具有以下技术效果：

1、根据虚拟软件总线通信技术，实现总线从站设备信息自动获取及地址自动分配，作为为后续背板总线通信的基础。

2、检测方式采用虚拟软件总线通信技术，硬件成本增加几乎可以不计，仅需要修改软件便可以实现，可以利用现有的控制环境，增加相应的软件处理，便可以实现总线从站设备地址自动分配及总线从站设备信息识别。

3、地址自动分配模块(虚拟软件总线)不仅限于gpio、pwm、单总线、模拟串口、fsmc、网络等总线通信，还可以通过cpld、fpga等方式实现。

4、通过地址分配模块(虚拟软件总线)实现总线从站设备信息识别和地址自动分配后，同时，背板总线不局限于gpio、pwm、串口、can、网络等或多种组合的通信方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本申请中一种主从站通讯设备自动分配地址的系统实现整体框图；

图2为本申请中一种主从站通讯设备自动分配地址的方法实施例流程图；

图3为本申请中一种主从站通讯设备自动分配地址背板总线整体实现。

具体实施方式

本发明提供了一种背板总线以及基于虚拟软件总线自动识别背板总线扩展后设备、自动分配地址的方法，该方法实现简单、成本低、扩展性强，从机设备可以自由组合，更换位置或更换从机设备时，不需要重新设置从机的地址即可并入总线中。

本发明提供的一种主从站通讯设备自动分配地址的方法实施例包括：

基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信；

每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息；

主站根据获取的每个从站的地址和编码与之通信。

可选的，

步骤基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信之后，步骤每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息之前包括：

主站向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文，向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

每个从站向与之连接的上一个通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

本实施例相较于现有技术，具有以下技术效果：

1、根据虚拟软件总线通信技术，实现总线从站设备信息自动获取及地址自动分配，作为为后续背板总线通信的基础。

2、检测方式采用虚拟软件总线通信技术，硬件成本增加几乎可以不计，仅需要修改软件便可以实现，可以利用现有的控制环境，增加相应的软件处理，便可以实现总线从站设备地址自动分配及总线从站设备信息识别。

3、地址自动分配模块(虚拟软件总线)不仅限于gpio、pwm、单总线、模拟串口、fsmc、网络等总线通信，还可以通过cpld、fpga等方式实现。

4、通过地址分配模块(虚拟软件总线)实现总线从站设备信息识别和地址自动分配后，同时，背板总线不局限于gpio、pwm、串口、can、网络等或多种组合的通信方式。

可选的，

主站收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

可选的，

步骤根据获取的每个从站的地址和编码之前话包括生成每个从站的地址和编码的列表。

本申请还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的主站，如上述主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文。

可选的，

第一发送单元，还用于第一接收单元收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

本身亲还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的从站，用于如上述主从站通讯设备自动分配地址的方法，与上述主站通讯，所述从站包括

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

本申请还提供了一种主从站通讯设备自动分配地址的系统，用于如上述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述系统包括：

虚拟软件总线、主站和从站，虚拟软件总线将主站和多个从站顺次连接；

主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送 携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

可选的，

主站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块还有地址分配模块；

从站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块。

下面以实际应用的例子对上述方法和系统进行说明：

用到的主要设备主要包括主站和从站，对于主站设备，主要包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块还有地址分配模块（虚拟软件总线）；对于从站设备，主要包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块，除此之外，从站设备还包括地址分配模块1（虚拟软件总线），以及地址模块分配2（虚拟软件总线）。

主站设备通过地址分配模块和与主站第一个连接的从站（以下称为从站1）的地址分配模块连接在一起，而从站1的地址分配模块2（虚拟软件总线）与下一个从站的地址分配模块1（虚拟软件总线）连接在一起，依次连接直至连接到最后一个从站设备，最后一个从站设备的地址分配模块2（虚拟软件总线）悬空。因此，主站通过地址分配模块与从站1进行交互后，实现主站对整个总线上的所有从站设备的地址分配以及识别整个总线上所有从站设备的设备编码。通过这个地址分配列表和设备编码表，所有的从站设备的背板总线模块都连接到同一背板总线上，即都连接到主站的背板总线模块上，主站便可以通过相应的地址，发送对应数据报文，控制或读取对应位置的从站设备，从而实现背板总线的扩展和控制。

地址分配模块（虚拟软件总线）采用单总线的方式实现（或模拟串口），背板总线采用串口实现。

如图1-图3所示，所有从站的背板总线模块（100）都连接到主站的背板总线模块（100）上，而从站1的地址分配模块1（102）连接到主站的地址分配模块（101），从站1的地址分配模块2（103）连接到下一个从站的地址分配模块1（下一个从站的102），直至连接到最后一个从站设备。

地址自动分配及实现过程为：首先所有设备上电后，主站状态机为总线从站设备识别及地址自动分配阶段，主站先通过地址分配模块（101）向从站1的地址分配模块1（102）发送一帧数据报文，报文内容为“查询总线从站设备列表及地址自动分配”，所有从站的地址分配模块1（102）收到“查询总线从站设备列表及地址自动分配（当前地址为n，n为当前转发次数，从站1时，n为1，从站2收到后，n为2）”报文后，如果该从站没有通过地址分配模块2（103）获取到总线后续所有从站设备的信息，则该从站先通过地址分配模块2（103）向下一个从站的地址分配模块1（102）发送一帧“查询总线从站设备列表及地址自动分配”报文，同时该从站的地址分配模块1（102）向上一个设备地址分配模块（主站101或从站102）返回一帧“总线从站设备正在识别”的报文。主站收到“总线从站设备正在识别”的报文后，将以一定的间隔通过地址分配模块（101）向从站1的地址分配模块1（102）发送“查询总线从站设备列表及地址自动分配”报文。所以，直到最后一个从站（从站n），因为最后一个从站的地址分配模块2（103）以一定间隔发送“查询总线从站设备列表及地址自动分配（当前地址为n）”报文而收不到应答，因此可以确认该从站为总线上最后一个从站设备，然后在该从站的地址分配模块1（102）收到“查询总线从站设备列表及地址自动分配”报文后，将该从站的设备编码及当前编码个数通过该从站的地址分配模块1（102）向从站设备的地址分配模块2（103）（如果最后一个从站是从站1，则返回给主站的地址分配模块101），倒数第二个从站设备的地址分配模块2（103）收到了最后一个从站设备的信息，那么在倒数第二个从站设备地址分配模块1（102）收到“查询总线从站设备列表及地址自动分配”报文时，倒数第二个从站设备将自身的设备编码以及最后一个设备的编码组合成一个列表，然后返回给上一个从站设备，依次论推直到从站1时，从站1的地址分配模块1（102）收到主站的“查询总线从站设备列表及地址自动分配”报文，从站1则将自身的设备编码以及总线上所有从站设备的编码组合成一个新的列表，再返回给主站的地址分配模块（101），通过这种串行通信的方式，主站便可以识别到整个总线上的从站设备编码以及实现从站设备的地址自动识别。最后通过背板总线，按照相应的设备地址以及设备编码，发送相应的控制数据，实现背板总线的控制。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种主从站通讯设备自动分配地址的方法，其特征在于，包括：

基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信；

每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息；

主站根据获取的每个从站的地址和编码与之通信。

2.根据权利要求1所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，其特征在于：

步骤基于虚拟软件总线将主站和多个从站顺次通信之后，步骤每个从站向与之连接的上一级通讯设备发送携带自身以及与其顺次连接的后续每个设备地址和编码的设备信息之前包括：

主站向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文，向上一个主站或从站发送携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

每个从站向与之连接的上一个通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

3.根据权利要求2所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，其特征在于：

主站收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

4.根据权利要求1所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，其特征在于：

步骤根据获取的每个从站的地址和编码之前话包括生成每个从站的地址和编码的列表。

5.一种主从站通讯设备自动分配地址的主站，其特征在于，用于如根据权利要求1-4中任一项所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文。

6.根据权利要求5所述的主站，其特征在于：

第一发送单元，还用于第一接收单元收到所述第二报文后，以预定时间间隔向从站发送第一报文。

7.一种主从站通讯设备自动分配地址的从站，其特征在于，用于如根据权利要求1-4中任一项所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，与权利要求5或6的主站通讯，所述从站包括：

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

8.一种主从站通讯设备自动分配地址的系统，其特征在于，用于如根据权利要求1-4中任一项所述的主从站通讯设备自动分配地址的方法，所述系统包括：

虚拟软件总线、主站和从站，虚拟软件总线将主站和多个从站顺次连接；

主站包括：

第一发送单元，用于向与之连接的从站发送携带“查询总线从站设备列表及地址自动分配”内容的第一报文；

第一接收单元，用于接收总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第二发送单元，用于当所述从站没有获取到总线后续所有从站设备的信息，则所述从站向下一个从站发送所述第一报文；

第三发送单元，用于向上一个主站或从站发送携带“总线从站设备正在识别”内容的第二报文；

第四发送单元，用于向与之连接的通讯设备发送携带自身以及与其连接的下一个设备地址和编码的设备信息。

9.根据权利要求8所述主从站通讯设备自动分配地址的系统，其特征在于：

主站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块还有地址分配模块；

从站包括处理器模块、储存器模块、逻辑计算控制模块、背板总线模块。

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