CN115903608B - 一种总线扩展模块 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业设备数据采集的领域，尤其是涉及一种总线扩展模块，其包括驱动层，用于驱动与主站电连接的CANFD总线，以及与所述的CANFD总线电连接的从站；功能层，用于从站站号分配、数据收发、从站异常处理以及内存管理；管理层，用于统一打包所述从站，并提供对应的软件控制接口；业务层，用于根据业务类型管理所述从站。本申请具有便于提升IO扩展模块功能性的效果。

Description

一种总线扩展模块

技术领域

本申请涉及工业设备数据采集的领域，尤其是涉及一种总线扩展模块。

背景技术

随着工业设备远程智能化控制水平的不断提高，工业设备数据的采集变得尤为重要。

现有技术中远程获取工业设备数据的一种方式为，将IO扩展模块与工业设备电连接，同时IO扩展模块还电连接计算机或者PLC，在实施中，通过IO扩展模块获取与之连接的工业设备的数据，然后将对应的数据发送至计算机或者PLC，从而便于计算机或者PLC对获取的工业设备的数据进行进一步的处理。

在实现本申请的过程中，发现上述技术至少存在以下问题：上述现有技术中的IO扩展模块一般仅发挥数据综合与转发的作用，在工业设备远程智能化控制水平的不断提高的今天，IO扩展模块的功能性明显有所欠缺。

发明内容

为了便于提升IO扩展模块的功能性，本申请提供一种总线扩展模块。

第一方面，本申请提供一种总线扩展模块，采用如下的技术方案：

一种总线扩展模块，包括：驱动层100，用于驱动与主站电连接的CANFD总线，以及与所述的

CANFD总线电连接的从站；

功能层200，用于从站站号分配、数据收发、从站异常处理以及内存管理；

管理层300，用于统一打包所述从站，并提供对应的软件控制接口；

业务层400，用于根据业务类型管理所述从站。

通过采用上述技术方案，本申请介绍的一种总线扩展模块通过驱动层，便于驱动CANFD总线以及从站，从而便于主站与若干从站之间建立通信连接关系，通过功能层使总线扩展模块不仅具有现有技术中的数据收发的功能，还具有从站站号分配、从站异常处理以及内存管理的功能，极大丰富了现有技术中IO扩展模块的功能，通过管理层便于对所有从站进行统一管理，进一步丰富了现有技术中IO扩展模块的功能，且通过业务层便于以及从站发挥总线扩展模块的各项功能，从而便于提升IO扩展模块的功能性。

在一个具体的可实施方案中，所述驱动层100包括：

CANFD驱动单元101，用于驱动与所述主站电连接的CANFD总线；

SPI从站驱动单元102，用于驱动与所述CANFD总线电连接的若干所述从站。

通过采用上述技术方案，通过CANFD驱动单元便于建立主站与CANFD总线之间的通信连接关系；通过SPI从站驱动单元便于建立CANFD总线与从站之间的通信连接关系，从而主站与从站之间的通信连接关系，如此便于主站通过CANFD总线与从站进行信息交互。

在一个具体的可实施方案中，所述功能层200包括：

站号分配单元201，用于总线扩展模块上电时为每个所述从站分配站号；

数据收发单元202，用于基于数据帧进行所述主站与所述从站之间的信息传递；

异常处理单元203，用于处理所述从站发生的异常情况；

内存管理单元204，用于对所述从站获取工业设备数据进行存储与更新。

通过采用上述技术方案，通过功能层便于发挥总线扩展模块的从站站号分配、数据收发、从站异常处理以及内存管理的功能，相较于现有技术中主站与从站之间仅能进行数据综合与转发，本申请所介绍的总线扩展模块中的功能层便于发挥更多的功能，以丰富总线扩展模块的功能性。

在一个具体的可实施方案中，所述异常情况包括离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，异常处理单元可处理的从站异常情况有离线、卡顿以及数据报错。

在一个具体的可实施方案中，所述数据帧的组成依次包括从站站号、命令、帧类型、数据长度、数据内容以及校验码。

通过采用上述技术方案，通过数据帧便于主站向从站发送命令。

在一个具体的可实施方案中，所述从站站号的种类包括与每个所述从站一一对应的从站地址，以及与所有所述从站对应的广播帧。

通过采用上述技术方案，便于通过从站地址为每个从站编号，从而进行站号的分配；通过广播帧便于主站将消息或者指令同步发送给每个从站。

在一个具体的可实施方案中，所述帧类型的种类包括站号分配、基本信息、诊断信息以及实时数据；所述站号分配表征为所述从站分配所述从站地址；所述基本信息包括但不限于所述从站的产品名称、产品编号以及生产厂家；所述诊断信息表征所述从站自我诊断并发送给所述主站的诊断结果；所述实时数据表征所述从站的输入输出状态。

通过采用上述技术方案，明确数据帧所能发挥的各项功能。

在一个具体的可实施方案中，所述校验码为CRC16校验码。

通过采用上述技术方案，便于提升主站与从站之间通信数据的校验准确率。

第二方面，本申请提供一种针对上述总线扩展模块的密封点胶方法，采用如下的技术方案：

一种总线扩展模块的密封点胶方法，包括

S100、固定主壳体；

S200、将连接器与导光柱连接在所述主壳体上；

S300、使用硅胶密封所述连接以及所述导光柱与所述主壳体的连接处；

S400、在所述主壳体中安装PCB板；

S500、在所述主壳体中灌入环氧树脂胶。

通过采用上述技术方案，先使用硅胶密封连接以及导光柱与主壳体的连接处；再使用环氧树脂胶以灌入主壳体的方式，对主壳体的内部进行密封，从而便于提升总线扩展模块的点胶密封性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.便于提升IO扩展模块的功能性；

2.便于提升主站与从站之间通信数据的校验准确性；

3.便于提升总线扩展模块的点胶密封性。

附图说明

图1是本申请实施例中一种总线扩展模块的结构示意图。

图2是本申请实施例中CANFD总线的驱动初始化的流程示意图。

图3是本申请实施例中用于主站组成的结构框图。

图4是本申请实施例中SPI硬件初始化的流程示意图。

图5是本申请实施例中数据帧的组成框图。

图6是本申请实施例中一种总线扩展模块的密封点胶方法的流程示意图。

附图标记说明：100、驱动层；101、CANFD驱动单元；102、SPI从站驱动单元；200、功能层；201、站号分配单元；202、数据收发单元；203、异常处理单元；204、内存管理单元；300、管理层；400、业务层。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例1公开了一种总线扩展模块。参照图1，总线扩展模块包括：

驱动层100，用于驱动与主站电连接的CANFD总线，以及与的CANFD总线电连接的从站。

主站通过CANFD总线与从站建立通信连接关系，从站用于与工业设备连接，用于检测工业设备运行时的数据，然后在主站发出的命令的情况下，与主站进行数据交互。

具体的，驱动层100包括以下子单元：

CANFD驱动单元101，用于驱动与主站电连接的CANFD总线。

结合图2，CANFD总线的驱动初始化步骤包括：

S11、使能CANFD总线时钟；

S12、配置CANFD信息；需要配置的CANFD信息包括BuadRate（波特率）、帧长以及通讯模式选择；在本实施例中，BuadRate的参数范围为1Mbit/s-5Mbit/s；帧长具体为主站向从站发送的数据帧的帧长；通讯模式选择包含有主模式以及从模式两种，在本实施例中通讯模式选择为主模式。

S13、开启CANFD总线中断；

S14、使能CANFD总线；

S15、判断能CANFD总线是否初始化成功，若否，则重新从S11步骤开始执行；若是，则表明CANFD总线初始化成功。

在本实施中，判断CANFD总线是否初始化成功的具体方式为：主站通过CANFD总线向某一从站发送一条消息，然后判断主站在预设时间内能否接收到从站的反馈信息，若能，则说明CANFD总线初始化成功，否则，初始化未成功。

SPI从站驱动单元102，用于驱动与CANFD总线电连接的若干从站。

需要说明的是，参照图3，主站包括板卡，设置在板卡上的MCU，与MCU电连接的电源以及SPI硬件接口，电源用于MCU供电，SPI硬件接口用于插接SPI硬件，在本实施例中，SPI硬件为主站的上位机，包括单片机、PLC以及PC等；每个板卡均为4通道板卡，MCU通信连接有与4个一一对应的4个CANFD收发器，以及LED提示灯，CANFD收发器通信连接有设置在板卡上的CANFD硬件接口，CANFD硬件接口用于连接若干从站，需要说明的是，在本实施例中，主站上的每个通道对应可连接4-8个从站，每个从站均由SPI从站驱动单元102进行驱动。

当SPI硬件插在SPI硬件接口需要对SPI硬件进行初始化，从而使SPI硬件与总线扩展模块之间进行数据交互。在本实施例中，参照图4，SPI硬件初始化的步骤包括：

S21、使能SPI时钟；

S22、配置SPI信息；

需要配置的SPI信息包括通信方式（SPI_Direction）、主从模式（SPI_Mode）、时钟极性与相位（SPI_polarity_phase）、NSS控制方式（SPI_NSS）以及帧格式（SPI_DataSize）。

在本申请实施例中，通信方式（SPI_Direction）选择全双工；主从模式（SPI_Mode）选择主模式；时钟极性与相位（SPI_polarity_phase）为空闲时为低电平，在第二跳变沿进行采样；NSS控制方式（SPI_NSS）选择为软件控制；帧格式（SPI_DataSize）选择为8位。

S23、使能SPI；

S24、判断SPI是否初始化成功，若否则重新从S21开始执行；若是，则表征SPI初始化成功。

功能层200，用于从站站号分配、数据收发、从站异常处理以及内存管理。

具体的，功能层200包括以下子单元：

站号分配单元201，用于总线扩展模块上电时为每个从站分配站号。

为了便于主站能与某个特定的从站之间进行数据通信，需要为每个从站分配一个ID地址，也即从站站号。

在实施中，当总线扩展模块上电时，站号分配单元201自动为每个从站分配一个从站站号。

数据收发单元202，用于基于数据帧进行主站与从站之间的信息传递。

主站与从站之间的数据收发是基于数据帧进行，也即主站向从站发送数据帧，也即向从站发送命令，从而使从站作出相应的反馈。

参照图5，数据帧的组成依次包括1byte的从站站号、1byte的命令、1byte的帧类型、2byte的数据长度、nbyte的数据内容，以及2byte的校验码。

从站站号为从站的ID地址，便于主站识别，并与之建立通信链路；特别需要说明的是，从站站号中不仅包括与每个从站一一对应的从站站号，还包括与所有从站均对应的广播帧，在本实施中，广播帧的的十六进制表示方式为：0xFD。当时数据帧中的从站站号为0xFD时，则该条数据帧会被广播到所有从站处。

命令包含读取、设置以及实时数据3种；读取表征主站读取与从站站号对应的从站检测的对应的工业设备的运行数据；设置表征主站控制与从站站号对应的从站执行某些操作，比如，可以设置从站上预设若干LED灯中的一个或者几个亮起；实时数据表征主站定时从与从站站号对应的从站获取一次主站对从站的操控数据。

帧类型的种类包括站号分配、基本信息、诊断信息以及实时数据；站号分配表征为从站分配从站地址；基本信息包括但不限于从站的产品名称、产品编号以及生产厂家；诊断信息表征从站自我诊断并发送给主站的诊断结果；实时数据表征从站的输入输出状态。

在本实施例中，帧类型中站号分配在数据帧对应的十六进制表示方式为：0x01；帧类型中基本信息在数据帧对应的十六进制表示方式为：0x03；帧类型中诊断信息在数据帧对应的十六进制表示方式为：0x0A；帧类型中实时数据在数据帧对应的十六进制表示方式为：0xFF。

数据长度表征数据内容的数据长度，单位为byte；数据内容表征自定义数据格式；比如，用2byte数据（也即16bit数据）表征16LED灯的状态，每1bit数据（0或1）可用于表征对应的LED灯的亮灭状态。

校验码在本实施中具体采用CRC16校验码，CRC16校验码属于现有技术，此处对其校验机理不再做进一步的赘述；通过CRC16校验码便于提升主站与从站之间通信数据的校验准确率。

异常处理单元203，用于处理从站发生的异常情况。

从站每次发生的异常情况包括离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种。以离线为例，当某一从站上出现离线状态时，异常处理单元203控制对应的从站上的部分LED指示灯亮起，从而表征该从站处于离线状态，以便于工作人员及时确定出现离线的从站；不仅每个从站山设有LED指示灯，主站上也设有若干指示灯；当某个从站上出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种，在从站上对应的LED指示灯亮起后，主站上对应的LED指示灯也或亮起，从而便于工作人员及时发现从站出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种。

主站确定从站出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种情况的方式包括以下两种：

1.当从站自检到自己出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种，立即向主站反馈信息，从而便于主站及时获知该从站当前的情况；

2.主站向从站发送信息，若主站超过第一预设时间未作出信息反馈，而在第二预设时间（大于第一预设时间）内作出信息反馈，则主站认为从站发生卡顿情况；若从站在第二预设时间也未作出信息反馈，则主站认为从站出现离线情况；若从站在第一时间内作出信息反馈，但是主站判断出误码率超过预设的误码率阈值，则主站认定从站出现数据报错情况。

在另一实施例中，为了提升工作人员及时发现某一从站出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种的效率，主站在判断出某一从站出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种，则立即向其上位机（单片机、PLC或者PC）进行报备，将对应的从站站号发送给上位机，从而便于工作人员及时获知对应的从站站号，以确定具体的出现离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种的从站。

内存管理单元204，用于对从站获取工业设备数据进行存储与更新。

内存管理单元204用于对每个从站获取的工业设备数据进行缓存，具体的，内存管理单元204用于对从站获取的工业设备数据进行存储，且当工业设备数据更新时，将存储的工业设备数据更新为最新版的工业设备数据。

管理层300，用于统一打包从站，并提供对应的软件控制接口。

管理层300包括与主站通信连接的所有从站，以及与所有从站对应的软件控制接口，软件控制接口用于接收对应的控制信号，从而使从站作出相应的反馈动作，如将工业设备数据反馈给主机等；且，如此也增加了管理层300的可移植性，即使CANFD驱动单元（101）和/SPI从站驱动单元或发生更换，也不必再重新再更新对应的从站管理程序。

业务层400，用于根据业务类型管理从站。

举例来说，当需要部分从站作出相应的动作，比如数据交互，亮灯等时，主站可以控制对应的从站作出相应的动作。

实施例2

本申请实施例2公开了一种总线扩展模块的密封点胶方法，针对上述实施例1中公开的一种总线扩展模块；参照图6，总线扩展模块的密封点胶方法包括：

S100、固定主壳体；

将主壳体定位在工作台上，保持主壳体在工作台上处于稳定状态。

S200、将连接器与导光柱连接在主壳体上；

通过人工将连接器与导光柱连接在主壳体的预设位置上。

S300、使用硅胶密封连接以及导光柱与主壳体的连接处；

将人工将连接器与导光柱连接在主壳体的预设位置上后，连接器以及导光柱与主壳体的连接处会产生缝隙，此时将预设的透明硅胶涂抹在缝隙处，从而密封住缝隙。

S400、在主壳体中安装PCB板；

将预设的PCB板固定安装在主壳体中的预设位置上，并使连接器以及导光柱与PCB板的预设位置连接。

S500、在主壳体中灌入环氧树脂胶；

完成连接器以及导光柱与PCB板的预设位置连接后，将预设的黑色环氧树脂胶灌入主壳体中，待黑色环氧树脂胶干燥后，可使主壳体中保持密封的状态，在实际测量中，完成上述步骤，总线扩展模块的防水防尘等级可以达到IP67级。

图6为一个实施例中总线扩展模块的密封点胶方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行；除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行；并且图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种总线扩展模块，其特征在于：包括：

驱动层（100），用于驱动与主站电连接的CANFD总线，以及与所述的CANFD总线电连接的从站；

功能层（200），用于从站站号分配、数据收发、从站异常处理以及内存管理；

管理层（300），用于统一打包所述从站，并提供对应的软件控制接口；

业务层（400），用于根据业务类型管理所述从站；

所述驱动层（100）包括：

CANFD驱动单元（101），用于驱动与所述主站电连接的CANFD总线；

SPI从站驱动单元（102），用于驱动与所述CANFD总线电连接的若干所述从站；

所述功能层（200）包括：

站号分配单元（201），用于总线扩展模块上电时为每个所述从站分配站号；

数据收发单元（202），用于基于数据帧进行所述主站与所述从站之间的信息传递；

异常处理单元（203），用于处理所述从站发生的异常情况；

内存管理单元（204），用于对所述从站获取工业设备数据进行存储与更新。

2.根据权利要求1所述的总线扩展模块，其特征在于：所述异常情况包括离线、卡顿以及数据报错中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的总线扩展模块，其特征在于：所述数据帧的组成依次包括从站站号、命令、帧类型、数据长度、数据内容以及校验码。

4.根据权利要求3所述的总线扩展模块，其特征在于：所述从站站号的种类包括与每个所述从站一一对应的从站地址，以及与所有所述从站对应的广播帧。

5.根据权利要求3所述的总线扩展模块，其特征在于：所述帧类型的种类包括站号分配、基本信息、诊断信息以及实时数据；所述站号分配表征为所述从站分配所述从站地址；所述基本信息包括所述从站的产品名称、产品编号以及生产厂家；所述诊断信息表征所述从站自我诊断并发送给所述主站的诊断结果；所述实时数据表征所述从站的输入输出状态。

6.根据权利要求3所述的总线扩展模块，其特征在于：所述校验码为CRC16校验码。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的总线扩展模块的密封点胶方法其特征在于：包括：

S100、固定主壳体；

S200、将连接器与导光柱连接在所述主壳体上；

S300、使用硅胶密封所述连接器以及所述导光柱与所述主壳体的连接处；

S400、在所述主壳体中安装PCB板；

S500、在所述主壳体中灌入环氧树脂胶。