[發明專利]物聯層現場總線中的主站模塊及其對總線上的從站設備進行初始化方法

有效

• 申請號: 202010927488.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112134646B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 王慈;黃昊然
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/22;H04L29/08;G06F13/40
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 夏思秋

1.一種物聯層現場總線中的主站模塊，其特征在于，包括：DC/DC轉換模塊，前端模擬模塊，傳輸控制器，數據交換區，存儲器，MCU及調試模塊；其中，

所述DC/DC轉換模塊從物聯層總線中轉換出直流電壓并向主站模塊及其外設供電；

所述前端模擬模塊將MCU的輸出信號以時分形式耦合在電源線上，通過電流沉降技術實現信道傳輸編碼，并且將該電流信號直接加載在物聯層總線的直流電壓上，或者時分的將物聯層總線上的信號解耦合后再饋入MCU作為輸入；

所述數據交換區將以MCU為中心的子系統中的輸出數據緩存、轉成串行信號并饋入前端模擬模塊，同時數據交換器接收前端模擬模塊解耦合產生的串行信號，并在數據交換區中做緩存，以備MCU子系統讀取；

所述MCU與存儲器構成最小計算機系統，用于實現主站與從站之間的數據交換；

所述調試模塊實現對MCU的在線調試及程序下載；

所述傳輸控制器對物聯層總線的環境進行檢測，選擇最佳的傳輸速率及傳輸時隙分配策略。

2.如權利要求1所述的物聯層現場總線中的主站模塊，其特征在于，所述調試模塊為JTAG調試模塊。

3.如權利要求1所述的物聯層現場總線中的主站模塊，其特征在于，所述DC/DC轉換模塊由FPGA的外接電路組成。

4.一種如權利要求1-3之任一項所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1）：對總線上新添加的模塊進行探測；

步驟2）：為從站模塊分配地址；

步驟3）：對每個從站進行輪詢訪問，確定主站的通信速率；

步驟4）：以該速率為通信基準頻率，輪詢各從站，確定與各從站之間的通信策略；

步驟5）：物聯層現場總線正常工作。

5.如權利要求4所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，根據數據包丟包或者傳輸錯誤的差錯率選擇傳輸速率，包括如下步驟：

主站以曼徹斯特-II型編碼對二進制數據進行編碼，并激勵特定函數的模擬電流信號并耦合到物聯網總線上；每個傳輸比特具有邊緣變換，從站從物聯網總線解析通信信號后，對總線傳輸速率進行分析，根據邊沿的分布情況計算主機選擇的時鐘周期，進而正確解析出主站發出的信息。

6.如權利要求5所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，針對MCU輸出的曼徹斯特編碼信號的上升沿和下降沿對應的輸出信號分別為：

上式中，n為物聯層總線的傳輸周期，單位為微秒；t是時間變量。

7.如權利要求4所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，傳輸控制器對物聯層總線的傳輸速率進行配置；在系統運行建立時，對一定范圍內的時鐘周期進行掃描，根據從站返回的數據包的正確接收率，確定不同時鐘周期下的丟包率，進而將總線的工作時鐘鎖定在最優時鐘周期。

8.如權利要求4所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，主站根據從站的丟包率設置重發送次數，通過冗余傳輸來提高傳輸的可靠性。

9.如權利要求4所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，作為主站，MCU從上位機接收數據，并且轉發到物聯層總線上的從站節點，或者從物聯層的從站節點接收數據并轉發到作為上位機中；MCU從上位機獲取到需要轉發的數據以后，按照固定的數據格式對數據進行打包，再傳送到前端模擬模塊；MCU實現的功能包括：對從站進行地址分配，對從站寫參數，對從站發命令以及與從站之間進行數據交換。

10.如權利要求4所述的主站模塊對總線上的從站設備進行初始化方法，其特征在于，MCU對打包后的數據幀做曼徹斯特-II型編碼，將每個bit信號轉成上升沿和下降沿的編碼形式，其中在時鐘周期中的上升沿對應于比特0，反之，時鐘周期中的下降沿標識比特1；和/或，

主站與從站通信以交互式方式進行，即每次有主站發出請求，在完成主站請求后被訪問的從站立刻做出響應；在一定的時間間隔內，如果主站收不到從站的應答信號，則視為丟包。