CN116866112B - 一种基于总线耦合器的通信方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于总线耦合器的通信方法及系统，属于网络通信技术领域，其具体包括：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数，在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输，主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿，主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理，如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信，对主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，极大地提高了通信效率和质量。
Description
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，具体的说是一种基于总线耦合器的通信方法及系统。
背景技术
以EtherCAT为代表的工业以太网技术是网络技术和自动化控制技术在发展过程中相互结合的产物，其凭借优越的通信性能逐渐成为下一代自动化设备的标志性技术。目前国内研发的超精密装备大多数依赖国外的高端运动控制器为核心构建控制系统。
在通讯网络中，主站和从站设备进行传送或交换数据信息时不可避免地发生时延、丢包、设备噪声等网络诱导现象，使得系统性能下降，给系统的控制问题带来更大的难度和挑战。
如授权公告号为CN113890785B的中国专利公开了一种现场总线混合组网的通讯系统及方法，系统包括并列与DP总线相连的两个DP收发电路，两个DP收发电路分别经过第一隔离容耦与FPGA相连，FPGA经过第二隔离容耦连接并列的两个MAU电路，形成并列的两条通道，两个MAU电路与PA总线相连；FPGA经过SPI总线与MCU相连，MCU连接冗余模式设置拨码开关和DP波特率设置拨码开关；DP总线连接级联的DP主站和DP从站，DP主站向DP从站发送数据，DP从站的出线方向连接到下一级的DP从站，DP从站返回应答报文；PA总线连接PA仪表，PA仪表收到对应的DP主站报文帧后，向DP主站返回应答报文，完成该帧报文的接收，该发明提高了通讯速率。
如授权公告号为CN113867234B的中国专利公开了基于现场总线PA耦合器通讯端口的冗余通信系统及方法，系统包括微控制器、拨码开关、现场可编程门阵列以及媒体结合单元；拨码开关与微控制器相连，微控制器将拨码开关的冗余模式、通讯波特率传输至现场可编程门阵列，现场可编程门阵列通过逻辑编码设置出DP/PA协议转换单元，通过协议转换单元一方面实现对DP侧报文的串行接收，拆包并按照PA侧报文的要求进行打包和编码，并且生成码流发送至各个PA现场仪表设备；另一方面实现对PA侧报文的串行接收，解码并拆包，按照DP侧报文的要求进行打包并发送至DP主站设备；现场可编程门阵列经过媒体结合单元连接各个PA现场仪表设备。该发明支持灵活多样的扩展方式，方便用户接线选择。
以上专利均存在以下问题：未考虑在主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声问题，并解决了传统的现场总线技术实时性差、容量小等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于总线耦合器的通信方法及系统，包括：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数，在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输，主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿，主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理，如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信，对主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，降低了网络时延、数据丢包和设备噪声对通信效率的影响，极大地提高了通信效率和质量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于总线耦合器的通信方法，包括：
步骤S1：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数；
步骤S2：在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输；
步骤S3：主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿；
步骤S4：主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理；
步骤S5：如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信。
具体的，所述步骤S1中所述的网络配置和通信参数包括：总线拓扑结构、访问地址和数据传输方式。
具体的，所述步骤S2所述数据帧包括：以太网帧头、Ethernet头、EtherCAT数据和帧校验序列。
具体的，所述步骤S3所述的影响因子包括：时延、数据丢包和设备噪声。
具体的，所述步骤S3的具体步骤为：
步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为/>，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：
，其中，n表示第n个从站设备，/>表示主站设备的本地系统时间，/>主站发送数据到从站设备的标准时间；
步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，/>表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，/>表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；
步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，/>表示主站发送第n个从站设备的原始数据，/>表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；
步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：
，其中，/>表示取上限函数，/>表示取下限函数，/>表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示设备噪声对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示时延对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子。
具体的，所述步骤S4中数据处理包括：
数据解析：主站解析从站设备反馈的数据，并进行计算；
数据计算：计算从站设备反馈的数据，根据计算出的数据，准备下一次数据帧发送。
具体的，所述步骤S5中错误处理包括：
重发数据帧：主站向从站设备重新发送数据帧；
报告错误信息：主站记录该次发送的错误信息。
一种基于总线耦合器的通信系统，包括：
主站，用于发送数据给从站设备和接收从站设备反馈的数据；
从站设备，用于接收主站发送的数据，并经过数据处理后，再传输至主站；
EtherCAT总线耦合器，用于自动增量寻址、固定地址寻址和逻辑寻址；
数据处理模块，用于在主站与从站设备数据传输时，对影响因子时延、数据丢包和设备噪声进行耦合。
具体的，所述EtherCAT总线耦合器包括：总线耦合器、端子和终端，
所述总线耦合器用于识别所连接的端子；所述端子用于连接总线。
具体的，所述数据处理模块包括：时延补偿单元、数据丢包补偿单元和设备噪声补偿单元，
所述时延补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行时延补偿；
所述数据丢包补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行数据丢包补偿；
所述设备噪声补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行设备噪声补偿。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现基于总线耦合器的通信方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行基于总线耦合器的通信方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提出一种基于总线耦合器的通信系统，并进行了架构、运行步骤和流程上的优化改进，系统具备流程简单，投资运行费用低廉，生产工作成本低的优点，在原有通信系统的基础上提高了通信效率和质量。
2.本发明提出基于总线耦合器的通信方法，初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数，在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输，主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿，主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理，如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信，对主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，降低了网络时延、数据丢包和设备噪声对通信效率的影响，极大地提高了通信效率和质量。
附图说明
图1为本发明一种基于总线耦合器的通信方法流程图；
图2为本发明一种基于总线耦合器的通信方法耦合流程图；
图3为本发明EtherCAT总线耦合器工作原理图；
图4为本发明EtherCAT数据帧结构图；
图5为本发明一种基于总线耦合器的通信系统架构图；
图6位本发明一种基于总线耦合器的通信方法的电子设备图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一号”、“二号”、“三号”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
请参阅图1-图4，本发明提供的一种实施例：一种基于总线耦合器的通信方法，包括：
步骤S1：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数；
步骤S2：在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输；
步骤S3：主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿；
步骤S4：主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理；
步骤S5：如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信。
EtherCAT最早是由德国BECKHOFF自动化公司开发出来的，是在以太网技术基础上修改开发出来的适用于工业网络技术的新型工业以太网总线，充分继承了以太网全双工特性。EhterCAT在传输数据过程中，无需对数据进行加密和解码，EtherCAT从站接收在EtherCAT报文通过该从站时，直接进行数据的交换，将接收数据读取下来，并将要发送的数据传送的报文中，报文中数据的获取和发送，仅需数纳秒，能够极大的提个数据传输的实时性。EtherCAT采用主从的模式实现主站设备与各从站设备之间的数据访问。在主从站进行通信时，主站将数据封装在数据帧里并发送到数据链路中，数据帧根据EtherCAT总线的寻址方式先找到对应网段，然后在网段内寻址相应的从站设备，各从站根据协议规则与数据帧进行数据交换，交换过程结束之后，数据帧返回到主站之中。
步骤S1中所述的网络配置和通信参数包括：总线拓扑结构、访问地址和数据传输方式。
总线拓扑结构：总线形、树形或星型，EtherCAT支持几乎所有拓扑结构，因此，源于现场总线的总线形结构也可用于以太网。将总线和分支结构相结合特别有助于系统布线。所的接口都位于耦合器上，无需使用附加交换机。也可以使用传统的基于交换机的星形以太网拓扑结构。
访问地址原理：目前有多种用于提供实时功能的以太网方案，例如，通过较高级的协议层禁止CSMA/CD存取过程，并使用时间片或轮询过程来取代它。其它方案使用专用交换机，并采用精确的时间控制方式分配以太网数据包。尽管这些解决方案能够比较快和比较准确地将数据包传送到所连接的以太网节点，但带宽的利用率却很低，特别是对于典型的自动化设备，因为即使对于非常小的数据量，也必须要发送一个完整的以太网帧。而且，重新定向到输出或驱动控制器，以及读取输入数据所需的时间主要取决于执行方式。通常也需要使用一条子总线，特别是在模块化I/O系统中，这些系统与BeckhoFFK-总线一样，通过同步子总线系统加快传输速度，但是这样的同步将无法避免引起通讯总线传输的延迟。
通过采用EtherCAT技术，BeckhoFF突破了其它以太网解决方案的这些系统限制：不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备（包括底层端子设备）时，EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递（仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT从站将经过充分处理的报文返回，这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。
步骤S2所述数据帧包括：以太网帧头、Ethernet头、EtherCAT数据和帧校验序列。
一个EtherCAT数据帧由以太网帧头、EtherCAT部分和帧校验序列FCS组成，以太网帧头中有14B的空间储存着以太网帧的信息，EtherCAT部分中有2B的空间被EtherCAT数据头占用，有44-1498B空间供EtherCAT数据占用，在EtherCAT的数据区域中又包含一个或者多个子报文，子报文中储存着主从站数据交换的内容，子报文由子报文头、数据区域、WKC组成。数据帧结构见表1-EtherCAT数据帧结构定义表：
表1-EtherCAT数据帧结构定义表
工作计数器WKC，每个子报文的末尾都保留了16bit的位置用于保存工作计数器WKC值，工作计数器能够用来监测子报文是否被从站正确处理。主站在数据帧发送前会为每个子报文预计一个WKC值，发送前将WKC设为0，子报文被从站设备处理完之后，WKC值会根据从站的操作方式和操作次数产生一个增量，一般读数据成功WKC加1，写数据成功WKC加2，读写操作成功WKC加3，失败的操作不会引起WKC自增。主站接收到返回的数据帧后，对每个子报文的预设WKC值和实际WKC值进行比较，若数值相等，说明子报文被从站正确操作了，若不相等，说明从站的操作过程存在问题。
步骤S3所述的影响因子包括：时延、数据丢包和设备噪声。
步骤S3的具体步骤为：
步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为/>，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：
，其中，n表示第n个从站设备，/>表示主站设备的本地系统时间，/>主站发送数据到从站设备的标准时间；
步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，/>表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，/>表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；
步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，/>表示主站发送第n个从站设备的原始数据，/>表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；
步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：
，其中，/>表示取上限函数，/>表示取下限函数，/>表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示设备噪声对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示时延对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子。
相关实验：对EtherCAT的主站和从站间通信进行测试，采用Wireshark软件进行抓包实验，Wireshark抓取的报文中可分析，报文完全符合EtherCAT协议数据帧的格式，主从站已经建立了通信。从底部状态栏可以看出，通信报文长度一共60个字节，分为以太网数据帧头(前14个字节)、EtherCAT帧头（2个字节）、EtherCAT数据（由2个子报文组成，每个子报文由10字节报文头，16字节的数据，2字节的工作计数器组成）。实验结果如表2-实验结果：
表2-实验结果
实验结果证明，对主站和从站设备间通信时，时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，大大提高了通信的效率和质量。
步骤S4中数据处理包括：数据解析，主站解析从站设备反馈的数据，并进行计算，和数据计算，计算从站设备反馈的数据，根据计算出的数据，准备下一次数据帧发送。
步骤S5中错误处理包括：重发数据帧，主站向从站设备重新发送数据帧，和报告错误信息，主站记录该次发送的错误信息。
实施例2
请参阅图5，本发明提供的另一种实施例：一种基于总线耦合器的通信系统，包括：
主站，用于发送数据给从站设备和接收从站设备反馈的数据；
主站选择：使用的EtherCAT主站为普通的个人PC，主机使用英特尔I3处理器，配置4GB内存，500GB硬盘，配置千兆以太网网卡，完全可以支持EtherCAT通信。除了硬件支持，PC主机作为主站，还需要安装相关的软件。EtherCAT主站软件部分直接采用TwinCAT3，首先需要安装网卡，将网卡添加到TwinCAT3的设备当中；然后建立项目文件，添加软件自带的PLC电机运动控制TC2_MC2库文件，实现对电机的控制。由于使用的软件自带的库文件，可以缩短开发周期，降低开发难度。主站TwinCAT3上还绘制了HMI界面，用来反映数据的传输速率和丢包情况，并用曲线进行显示。
从站设备，用于接收主站发送的数据，并经过数据处理后，再传输至主站；
从站软件部分的设计采用STM32F427自带的HAL库文件进行开发，从而实现在EtherCAT协议下进行通信。AX58100和主站通过EtherCAT进行通过通信，将接收的数据通过LocalBus总线的FSMC接口从STM32的存储其中拷贝出来，并根据EtherCAT的相关协议进行数据的解析。这些数据通过EtherCAT协议栈应用层的接口函数进行数据的映射，映射的数据最终会反馈回主站。
从站的运行流程为：STM32上电后首先执行HW_Iint（）函数，对STM32的GPIO及总线进行初始化配置，同时对EtherCAT的协议下的相关寄存器进行初始化。然后Main_Init()函数对AX58100的初始化，需要对其I/O口、模数转换等进行配置，根据EEPROM中的从站设备描述信息，对EtherCAT的协议栈进行初始化配置，并且建立AX58100与STM32的总线连接。接下来，通过CiA_Init()初始化函数，完成直流电机的参数和对象字典的配置，得到其控制入口的相关地址。最后，需要把从站设置成轮询模式，STM32不断查询事件请求寄存器。根据寄存器查询的状态，从站在主循环体中不断地实现周期性以及非周期性过程的数据交换。周期性事件中的数据，转到PDI_I()函数处理；非周期性事件的数据，转到ECAT_M()函数进行数据的处理。程序处理完周期性事件和非周期事件的数据后，返回继续查询事件请求寄存器。
EtherCAT总线耦合器，用于自动增量寻址、固定地址寻址和逻辑寻址；
数据处理模块，用于在主站与从站设备数据传输时，对影响因子时延、数据丢包和设备噪声进行耦合。
EtherCAT总线耦合器包括：总线耦合器、端子和终端，
所述总线耦合器用于识别所连接的端子；所述端子用于连接总线。
数据处理模块包括：时延补偿单元、数据丢包补偿单元和设备噪声补偿单元，
所述时延补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行时延补偿；
所述数据丢包补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行数据丢包补偿；
所述设备噪声补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行设备噪声补偿。
EtherCAT总线耦合器的特性：1）热连接，许多应用都需要在运行过程中改变I/O组态。例如，具备变更特性的处理中心，装备传感器的工具系统，智能化的传输设备，灵活的工件执行器，及可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT系统考虑到了这些需求：“热连接”功能可以将网络的各个部分连在一起或断开，或“动态”进行重新组态，从而针对变化的组态提供了灵活的响应能力；2）高可用性，可选的电缆冗余性可满足日益增长的对提高系统可用性的需求，这样无需关闭网络就可以更换设备，EtherCAT还支持带热待机功能的冗余主站。由于EtherCAT从站控制器在遇到中断时立即将帧自动返回，设备故障不会导致整个网络关闭。例如，可将电缆保护拖链特别配置为短棒的形式以防备断线；3）安全性，安全功能一般是从自动化网络、通过硬件或使用专用安全总线系统单独实现的。由于有了TwinSAFE（BeckhoFF的安全技术），现在可以使用EtherCAT安全协议，在同一网络上进行安全相关通讯和控制通讯。该安全协议基于EtherCAT的应用层，不影响较低层。此安全协议已根据IEC61508进行了认证，可达到安全集成级别(SIL)3，在采取相关措施后甚至可达到SIL4。数据长度可以变化，使得该协议对安全I/O数据和安全驱动技术同样适用。与其它EtherCAT数据一样，安全数据无需使用安全路由器或网关就可得到路由；4）开放性，EtherCAT技术不仅与以太网完全兼容，而且还有特别的设计开放性特点：该协议可与其他提供各种服务的以太网协议并存，并且所有的协议都并存于同一物理介质中-通常只会对整个网络性能有很小程度的影响。标准的以太网设备可通过交换机端子连接至一个EtherCAT系统，该端子并不会影响循环时间。配备传统现场总线接口的设备可通过EtherCAT现场总线主站端子的连接集成到网络中。UDP协议变体允许设备整合于任何插槽接口中。EtherCAT是一个完全开放式协议，它已被认定为一个正式IEC规范(IEC/PAS62407)。
EtherCAT总线耦合器寻址方式：（1）EtherCAT网段寻址：EtherCAT主站和从站网段有两种连接方式，分别是直连模式和开放模式。在直连模式中，从站所在的EtherCAT网段通过网线直接连接到主站的以太网控制器。在这种网络连接模式中，主站使用广播MAC地址，以太网帧头的目的地址设为0xFFFFFFFFFFFF，便可以找到EtherCAT的从站网段。在开放模式中，EtherCAT主站和从站网段都连接到一个标准的以太网交换机上，而且每个EtherCAT从站网段的第一个从站设备都有一个代表整个从站网段的MAC地址，这个从站被称作段地址从站。在这种模式下，主站发送EtherCAT报文时，以太网帧头的目的地址应该设置为目的从站网段的段地址；（2）设备寻址：EtherCAT数据帧的子报文头里的地址区有32位，其中前16位是EtherCAT从站设备的地址，后16位是从站设备内存偏移地址。EtherCAT报文首先根据前16位找到特定的从站设备，之后根据后16位将数据写入或读出从站设备相应的内存地址。设备寻址有两种方式：顺序寻址和设置寻址。使用顺序寻址时，从站的地址是由从站设备的物理连接顺序决定的。使用设置寻址时，从站的设备地址和物理连接顺序无关，而是系统上电初始化时主站配置给从站，或者从站从自身EEPROM的配置文件中读取的。在一个EtherCAT从站网段内，每个从站设备都拥有唯一的一个设备地址，用于获取EtherCAT数据帧中相应的子报文。
实施例3
请参阅图6，一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于总线耦合器的通信方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行一种基于总线耦合器的通信方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，包括：
步骤S1：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数；
步骤S2：在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输；
步骤S3：主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿；
步骤S4：主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理；
步骤S5：如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信；
所述步骤S1中所述的网络配置和通信参数包括：总线拓扑结构、访问地址和数据传输方式；
步骤S2所述数据帧包括：以太网帧头、Ethernet头、EtherCAT数据和帧校验序列；
所述步骤S3所述的影响因子包括：时延、数据丢包和设备噪声；
所述步骤S3的具体步骤为：
步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：
，其中，n表示第n个从站设备，/>表示主站设备的本地系统时间，/>表示主站发送数据到从站设备的标准时间；
步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，/>表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，/>表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；
步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，/>表示主站发送第n个从站设备的原始数据，/>表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；
步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：
，其中，/>表示取上限函数，/>表示取下限函数，/>表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示设备噪声对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示时延对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子；
所述步骤S4中数据处理包括：
数据解析：主站解析从站设备反馈的数据，并进行计算；
数据计算：计算从站设备反馈的数据，根据计算出的数据，准备下一次数据帧发送；
所述步骤S5中错误处理包括：
重发数据帧：主站向从站设备重新发送数据帧；
报告错误信息：主站记录该次发送的错误信息。
2.一种基于总线耦合器的通信系统，其特征在于，包括：
主站，用于发送数据给从站设备和接收从站设备反馈的数据；
从站设备，用于接收主站发送的数据，并经过数据处理后，再传输至主站；
EtherCAT总线耦合器，用于自动增量寻址、固定地址寻址和逻辑寻址；
数据处理模块，用于在主站与从站设备数据传输时，对影响因子时延、数据丢包和设备噪声进行耦合；
所述数据处理模块的具体步骤为：
步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：
，其中，n表示第n个从站设备，/>表示主站设备的本地系统时间，/>表示主站发送数据到从站设备的标准时间；
步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，/>表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，/>表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；
步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：
，其中，/>表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，/>表示主站发送第n个从站设备的原始数据，/>表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；
步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：
，其中，/>表示取上限函数，/>表示取下限函数，/>表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示设备噪声对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，/>表示时延对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子。
3.如权利要求2所述的一种基于总线耦合器的通信系统，其特征在于，所述EtherCAT总线耦合器包括：总线耦合器、端子和终端，
所述总线耦合器用于识别所连接的端子；所述端子用于连接总线。
4.如权利要求3所述的一种基于总线耦合器的通信系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：时延补偿单元、数据丢包补偿单元和设备噪声补偿单元，
所述时延补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行时延补偿；
所述数据丢包补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行数据丢包补偿；
所述设备噪声补偿单元，用于在主站和从站设备数据传输时，进行设备噪声补偿。
5.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述的一种基于总线耦合器的通信方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机指令，当计算机指令运行时执行权利要求1所述的一种基于总线耦合器的通信方法的步骤。
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