[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

本發明公開了一種物聯層現場總線中的主站模塊，由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外設供電；前端模擬模塊將MCU的輸出信號以時分形式耦合到電源線，通過電流沉降實現信道傳輸編碼，將該電流信號加載在物聯層總線的直流電壓上，或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；數據交換區將以MCU為中心的子系統中的輸出數據緩存、轉成串行信號饋入前端模擬模塊；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；MCU與存儲器構成最小計算機系統，實現主站與從站之間的數據交換；調試模塊實現對MCU的在線調試及程序下載；傳輸控制器對物聯層總線的環境進行檢測，選擇傳輸速率及傳輸時隙分配策略。

技術領域

本發明屬于工業自動化領域，涉及一種物聯層總線的控制方法，將對底層設備的執行級信號疊加于功率線之上，實現基于直流供電的信號傳播，通過對傳輸速率的動態控制以及各從站帶寬的優化配置提高系統的抗干擾能力。

背景技術

在工業4.0的藍圖中，以信息物理融合系統CPS(Cyber-Physical Systems)為核心的未來工業系統將設備與設備、設備與系統、系統與系統之間緊密連接在一起。現場總線是工業現場各個設備和系統之間信息交換和傳輸的通道，是工業4.0實現萬物互聯的重要基礎。現場總線技術以其高效的通信性能，給工業自動化領域帶來了革命性的沖擊，廣泛應用于工業流水線智能控制和智能物流等工業現場控制系統。世界各大控制設備提供商都相繼開發了各自的現場總線產品。

現場總線可進一步分為上層的網絡層以及底層的物聯層。網絡層主要包括PROFIBUS、P-NET、FF HSE、SWIFT NET、WORLDFIP、INTERBUS、EPA等，大多數屬于實時以太網的形式，用以解決系統級的通信問題；物聯層，也稱為感知層，主要包括SDS、ASI、DeviceNet和CAN等，用以解決底層設備級和器件級(如繼電器、開關、傳感器)的信號交換和傳輸。CPS系統通常是將網絡層和物聯層的現場總線相連接組成復雜的控制網絡。對物聯層現場總線而言，傳感器和執行器等設備和器件大量分散在生產線或大型裝置的各個角落，這就對物聯層現場總線也提出了信號傳輸穩定可靠、抗干擾能力強、安裝簡單便捷等要求。

發明內容

本發明涉及一種物聯層現場總線的主模塊設計方法，所述模塊包括：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。

所述DC/DC轉換模塊由FPGA的外接電路組成，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；

所述調試模塊為JTAG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。

本發明提出了一種主站模塊對總線上的從站設備進行初始化的方法，該方法包括以下步驟：

1)對總線上新添加的模塊進行探測；

2)為從站模塊分配地址；

3)對每個從站進行輪詢訪問，確定主站的通信速率；

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；

5)物聯層現場總線正常工作。