CN204945691U - 一种c4总线 - Google Patents
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Abstract
一种C4总线，它是结合了RS485总线和CAN总线的优点，设备间采用RS485硬件线路，总线采用手拉手连接方式，协议采用类DMX512协议。当总线上的一个设备发送数据时，会将此帧数据发送给总线上所有的设备。其他设备通过串口总线接收数据，对所接受的数据帧进行解析，解析出对应自己的控制数据，进而执行相应的动作。在工业控制中，主控制单元CPU(中央处理单元)可通过广播形式，将控制数据发送到总线上，总线上的设备接收数据帧，解析出对应的数据。节省原RS485需轮询发送浪费的时间，节省硬件成本，也提高系统的稳定性和可靠性，提高总线的利用率和实时性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种总线形式，尤其涉及一种总线利用率高，实时性好的C4总线。
背景技术
现代工业通讯中常用的总线通讯有CAN通讯和RS485通讯。RS485通讯的优点是成本低，但RS485大多采用半双工通信，在整个网络中任一时刻只能有一个主节点处于发送状态并向总线发送数据，其他所有节点都必须处于接收状态。如果有两个或两个以上节点同时向总线发送数据，将会导致所有发送方的数据发送失败。另外，在RS-485总线构筑的半双工通信系统中，一般采用主从通信模式，即整个系统中只有一个为主节点，总线上所有其它节点都是从节点，通信方式一般是主节点循环轮询各个从节点。一旦主节点发生故障，将导致整个系统的崩溃。其次，系统通信效率低，因为无论某一个节点是否需要发送数据或需要使用总线，都要等到主节点轮询到自身，从而使得系统总线利用效率低，实时性差。也降低了系统的可靠性和灵活性。
CAN通讯可实现多主通讯，当CAN总线上的一个节点发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点，对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。不同的节点可同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性好，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。但CAN通讯的缺点是成本较RS485高很多。
发明内容
为解决RS485总线的利用率低，实时性差和CAN总线成本较高的问题，本实用新型提供一种C4总线。该总线采用类DMX512协议，采用RS485硬件总线形式，总线采用手拉手方式连接，既提高总线的实时性，也提高了系统的可靠性和灵活性，又降低成本。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：设备间在总线数据传输上采用485控制芯片，总线采用手拉手连接方式，设备数据间通讯协议采用类DMX512协议。当总线上的一个设备发送数据时，会将此帧数据发送给总线上所有的设备，其他设备通过串口总线接收数据，对所接受的数据帧进行解析，解析出对应自己的控制数据，进而执行相应的动作。数据帧包括帧头，功能码和数据位。帧头表示执行的动作类型(读/写)；功能码对应动作对象的类型(读写的设备类型)；数据位包含多字节数据，控制不同的设备动作。
为解决RS485总线上数据传输中出现的数据碰撞问题，采用载波侦听多路复用技术(CSMA)。载波侦听，指任何连接到总线的设备在欲发送帧前，必须对总线进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送数据帧；多路复用，指多个设备可以同时访问总线，一个设备发送的帧也可以被多个设备接收。载波侦听多路复用在发送数据时边发边检查，一旦检测到冲突，设备立即停止发送数据，有效减少冲突的发生，减低了误码率，提高了信道利用率。
DMX512数据协议是美国舞台灯光协会(USITT)于1990年发布的一种灯光控制器与灯具设备进行数据传输的标准。DMX512发送的信息包括2-513个字节，一个数据字节又和一个起始位和两个结束位一起组成一个帧。第一个字节是起始字节，接下来的字节是传送到控制设备上的数据。控制数据的第一个是回路1的，第二个字节给回路2，依次类推，直到最后在一根数据线传给总共512回路。
本实用新型的有益效果是，在降低成本的同时，提高系统的可靠性，稳定性和提高总线的利用率，实时性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1：载波侦听方式1。
图2：载波侦听方式2。
图3：本实用新型实施例1控制原理图。
图4：本实用新型实施例2控制原理图。
图中，1、CPU中央处理单元，2、DO，3、DI，4、AO，5、AI，6、磁保持继电器，7、数字输入模块，8、模拟输入模块，9、模拟输出模块。
具体实施方式
图1为数据发送时，为避免发生数据碰撞所采取的载波侦听的形式1，当主设备需要发送数据给从设备时，需先对总线侦听一段时间，检测总线上是否有数据传输(总线是否空闲)，若总线空闲，则直接发送数据给从设备；若总线上有数据传输(总线忙)，则间隔一段时间再侦听，直至总线空闲时再发送数据。
图2为发送数据时，为避免发生数据碰撞所采取的载波侦听的形式2，若检测总线时，超过一定时间无反馈则再次检测查询，直至确定总线空闲时再发送数据。
图3，为智能系统点位图，CPU(中央处理单元)(1)通过RS485总线连接DO(2)，DI(3)，AO(4)，AI(5)。CPU(中央处理单元)(1)下可扩展连接控制128个DO(2)，128个DI(3)，32个AI(5)和32个AO(4)(点位数量可根据要求定义)。其中CPU(中央处理单元)(1)本身包含8个DO(2)(DO0-DO7)和8个DI(3)(DI0-DI7)，故其还可扩展120个DO(2)(DO8-DO127)，120个DI(3)(DI8-DI127)，32个AO(4)(AO0-AO31)，32个AI(5)(AI0-AI31)。
图4中，每个磁保持继电器(6)包含8个DO(2)，每个数字输入模块(7)包括16个DI(3)，每个模拟输入模块(8)包括8个AI(5)，每个模拟输出模块(9)包括8个AO(4)。故一个CPU(中央处理单元)(1)下可通过RS485总线连接15个磁保持继电器(6)，7个数字输入模块(7)，4个模拟输入模块(8)和4个模拟输出模块(9)，连接方式为手拉手的接法。
当CPU(中央处理单元)(1)需控制RS485总线上的各种点位时，先侦听总线是否空闲，总线忙则继续侦听，空闲时可通过发送命令给RS485总线上的所有模块，每个模块都将收到控制命令，收到后通过解析，执行相应的动作。如当CPU(中央处理单元)(1)需写DO(2)时，可通过发送AA0200FF000F00F001000000000000000000给总线上的所有磁保持继电器(6)，发送的字节均为16进制。AA代表写点位状态，当为A5时，则是读取模块点位状态；02代表写的点位是DO(2)点，当为04时代表写AO(4)；其后的16个字节表示要写的128个DO(2)状态，根据二进制与十六进制的关系，一个字节表示8个DO(2)状态，16字节则是128个DO(2)的状态。当为1时，表示写相应的DO(2)为1，；当为0时，表示写相应的DO(2)为0。
如上00FF000F00F001000000000000000000，第1个字节表示要写的CPU(中央处理单元)(1)的8个DO(2)状态，第2个字节表示要写的第一个磁保持继电器(6)的8个DO(2)状态，依次类推，第16个字节表示要写的第15个磁保持继电器(6)的DO(2)状态。每个磁保持继电器(6)收到命令数据，将根据自身的点位定义对应相应的控制字节，从而执行相应的动作。
当CPU(中央处理单元)(1)要写AO(4)的数据时，通过发送命令AA04XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX给RS485总线上的所有模拟输出模块(9)。04代表写AO(4)，后面的32个XX代表要写入的32个AO(4)值的大小，范围在00-64(16进制)，一个字节代表一个AO(4)。
DI(3)和AI(5)只可读取，不可写入。AI(5)状态可主动上报，如A503000803DF03CE03F403E903B403EE03E403DF8F8F。A5表示读取点位状态，03表示读取AI(5)，当为01时表示读取DI(3)，为02时读DO(2)，为04时读取AO(4)；0008表示读取了8个AI(5)；03DF03CE03F403E903B403EE03E403DF表示读取的8个AI(5)状态值。点位值在0000-03FF之间。
DI(3)也可主动上报，当连接一个数字输入模块(7)时，上报A50108100000268B，A5代表读点位状态，01表示读取DI(3)，08表示DI(3)起始地址，从第9个DI(3)开始，10表示读取了16个DI(3)，0000表示DI(3)状态值，268B为校验码。
Claims (4)
1.一种C4总线，设备间采用RS485总线硬件手拉手连接，数据间通讯协议采用类DMX512协议，其特征在于当总线上的一个设备发送数据时，会将此帧数据发送给总线上所有的设备，其他设备通过串口总线接收数据，对所接受的数据帧进行解析，解析出对应自己的控制数据，进而执行相应的动作。
2.根据权利要求1所述的一种C4总线，其特征是采用载波侦听多路复用技术。
3.根据权利要求1所述的一种C4总线，其特征是RS485总线采用带隔离技术。
4.根据权利要求1所述的一种C4总线，其特征是数据以广播形式发送给总线上所有的设备。
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