本發(fā)明涉及通訊方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于低成本子節(jié)點(diǎn)的高速串行通訊方法。

背景技術(shù)：
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在現(xiàn)場總線通訊中，主從結(jié)構(gòu)是一種廣泛使用的通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，包含一個(gè)主機(jī)和多個(gè)子機(jī)。絕大多數(shù)情況下，主機(jī)是通訊的發(fā)起者和控制者，主機(jī)通過某種子機(jī)識(shí)別機(jī)制與各個(gè)子機(jī)分別進(jìn)行通訊。

這種識(shí)別機(jī)制最常用的是總線地址機(jī)制。每個(gè)子機(jī)和主機(jī)在系統(tǒng)中有唯一的通訊地址，主機(jī)與某個(gè)子機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，將該子機(jī)的總線地址放在要發(fā)送的數(shù)據(jù)/指令前，一起發(fā)出，稱之為一個(gè)幀；各個(gè)子節(jié)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)聽總線數(shù)據(jù)，在收到幀后，先判斷該地址是否與自身的總線地址相等，若相等則處理收到的數(shù)據(jù)/指令，若不相等則拋棄之。

在通訊過程中，掛接在總線上的各個(gè)子機(jī)在監(jiān)聽總線的過程中不但能收到主機(jī)發(fā)出的幀，也能接收到其它所有子機(jī)發(fā)出的幀。由于子機(jī)發(fā)出的幀均是發(fā)給主機(jī)的，所以目的地址部分是主機(jī)的總線地址，其余子機(jī)均會(huì)收到這個(gè)幀，通過地址比較后發(fā)現(xiàn)不符合，則拋棄。在此過程中，不但需要硬件資源來接收這些數(shù)據(jù)，還需要運(yùn)算資源來分辨數(shù)據(jù)是從主機(jī)發(fā)出的，還是從另一個(gè)子機(jī)上發(fā)出的，因此現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：總線上設(shè)備因?yàn)閷o關(guān)數(shù)據(jù)處理帶來額外的消耗，對子機(jī)的系統(tǒng)硬件和軟件都提出較高要求，也相應(yīng)增加了系統(tǒng)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是一種適用于低成本子節(jié)點(diǎn)的高速串行通訊方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)成本高的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種適用于低成本子節(jié)點(diǎn)的高速串行通訊方法，該方法為:通訊的調(diào)制方式為電壓調(diào)制，在供電電纜上疊加一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)，表示數(shù)據(jù)‘0’，無調(diào)制擾動(dòng)時(shí)，表示數(shù)據(jù)‘1’，或者在供電電纜上疊加一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)，表示數(shù)據(jù)‘1’，無調(diào)制擾動(dòng)時(shí)，表示數(shù)據(jù)‘0’；所述調(diào)制擾動(dòng)由兩個(gè)連續(xù)的波動(dòng)組成，兩個(gè)波動(dòng)波形基本相同但極性相反；主機(jī)發(fā)送的調(diào)制擾動(dòng)和子機(jī)發(fā)送的調(diào)制擾動(dòng)的起始相位相反。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、有效降低成本：一般情況下，主機(jī)的硬件性能比較高，但因?yàn)橹鳈C(jī)在系統(tǒng)中的數(shù)量十分有限，通常為一個(gè)，對整個(gè)系統(tǒng)成本影響不明顯。子機(jī)是構(gòu)成主從通訊系統(tǒng)的主體，它的成本變化會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的成本。當(dāng)子機(jī)將數(shù)據(jù)傳回主機(jī)，表示位0和位1的信號與從主控計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號反相。這樣，連接在總線上的其它子機(jī)的總線解碼電路會(huì)過濾掉該數(shù)據(jù)，子機(jī)中的微控制單元完全不會(huì)接收到這些數(shù)據(jù)，不但節(jié)省了分辨數(shù)據(jù)是從主機(jī)發(fā)出的，還是從另一個(gè)子機(jī)上發(fā)出的時(shí)間，連接收這些數(shù)據(jù)(字節(jié)流)的時(shí)間消耗也省去了。在完全不增加任何編解碼復(fù)雜度的前提下避免了對總線上設(shè)備因?yàn)閷o關(guān)數(shù)據(jù)處理帶來的消耗，從而能用更加廉價(jià)的微控制器來構(gòu)成子機(jī)，因此大幅地降低了系統(tǒng)成本。

2、本發(fā)明方法用于供電電纜上，這樣可極大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)在現(xiàn)場的部署大大簡化，因?yàn)闆]有了通訊電纜，系統(tǒng)成本也進(jìn)一步明顯降低。

3、由于信號調(diào)制采用正負(fù)擾動(dòng)連續(xù)的方式，也可以有效的過濾供電電纜上常見的脈沖干擾。

附圖說明：

圖1現(xiàn)有的通訊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

圖2是主機(jī)發(fā)出的調(diào)制擾動(dòng)調(diào)制波形(以矩形波為例)；

圖3是子機(jī)發(fā)出的調(diào)制擾動(dòng)調(diào)制波形(以矩形波為例)。

具體實(shí)施方式：

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種適用于低成本子節(jié)點(diǎn)的高速串行通訊方法，該方法為:通訊的調(diào)制方式為電壓調(diào)制，在供電電纜上疊加一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)，表示數(shù)據(jù)‘0’，無調(diào)制擾動(dòng)時(shí)，表示數(shù)據(jù)‘1’，也可以定義成在供電電纜上疊加一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)，表示數(shù)據(jù)‘1’，無調(diào)制擾動(dòng)時(shí)，表示數(shù)據(jù)‘0’；

調(diào)制擾動(dòng)由兩個(gè)連續(xù)的波動(dòng)組成，兩個(gè)波動(dòng)波形基本相同但極性相反，從而在供電線纜上疊加的能量基本相互抵消；主機(jī)發(fā)送的調(diào)制擾動(dòng)和子機(jī)發(fā)送的調(diào)制擾動(dòng)的起始相位相反。

調(diào)制擾動(dòng)的波形，包括矩形波、三角波、正弦波等各種波形，只要是滿足前后兩部分相位相反、脈寬相同，波形相同，幅度滿足線路衰減的波動(dòng)都在本方案討論的調(diào)制擾動(dòng)之列。

下面以疊加調(diào)制擾動(dòng)，表示數(shù)據(jù)‘0’，無調(diào)制擾動(dòng)時(shí)，表示數(shù)據(jù)‘1’的情況為例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明：

本發(fā)明運(yùn)行于下列硬件環(huán)境，一根兩芯電纜連接主機(jī)和子機(jī)，電源位于主機(jī)，主機(jī)通過這根兩芯電纜為所有子機(jī)供電的同時(shí)，也通過這根兩芯電纜與各個(gè)子機(jī)進(jìn)行通訊。

參見圖2，以子機(jī)端為例，通訊調(diào)制模塊控制著2路控制信號的輸出，這兩路控制信號分別控制著兩個(gè)電子開關(guān)，兩個(gè)電子開關(guān)連接在一個(gè)三繞組互感器的兩繞組邊的兩個(gè)線圈上，分別可為互感器注入不同方向的電流。當(dāng)兩個(gè)電子開關(guān)向互感器順序注入的不同方向的電流，使互感器產(chǎn)生不同方向的磁通變化。根據(jù)磁耦合原理，在三繞組互感器的單繞組邊上產(chǎn)生相應(yīng)變化的感應(yīng)電動(dòng)勢。第一路控制信號輸出的脈沖最終感應(yīng)出一個(gè)電動(dòng)勢，將其極性記為正向，第二路控制信號輸出的的脈沖最終感應(yīng)出一個(gè)反向電動(dòng)勢。通訊過程中，第一路控制信號輸出一個(gè)脈沖后，緊接著第二路控制信號輸出一個(gè)相同的脈沖，來代表數(shù)據(jù)‘0’。從而，在三繞組互感器的單繞組邊輸出了一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)。

主機(jī)端發(fā)送信號的原理基本相同，只是繞組方式略有不同，第一路控制信號輸出的脈沖最終感應(yīng)出一個(gè)反向電動(dòng)勢，第二路控制信號輸出的脈沖最終感應(yīng)出一個(gè)正向電動(dòng)勢，從而，在直流供電線路上疊加輸出了一個(gè)與子機(jī)端相位相反的調(diào)制擾動(dòng)。

本發(fā)明接收時(shí)的工作原理是：

以子機(jī)端為例，直流供電線路經(jīng)過交流提取電路，將直流部分隔離，直流供電線路上的交流信號輸入三繞組互感器單繞組側(cè)，三繞組互感器的雙繞組側(cè)的兩個(gè)繞組上分別感應(yīng)調(diào)制擾動(dòng)的正向半波和反向半波。兩個(gè)半波信號分別經(jīng)過兩個(gè)電壓比較器，整形為兩個(gè)脈沖信號，這兩個(gè)脈沖信號分別對應(yīng)第一路控制信號和第二路控制信號。

因?yàn)橹鳈C(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)‘0’的調(diào)制信號的極性是先負(fù)后正，子機(jī)的解調(diào)模塊會(huì)將這個(gè)脈沖解調(diào)，并解釋為數(shù)據(jù)‘0’。

因?yàn)閯e的子機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)‘0’的調(diào)制信號的極性是先正后負(fù)，子機(jī)的解調(diào)模塊會(huì)忽略這樣的調(diào)制擾動(dòng)，從而過濾掉了其它子機(jī)發(fā)給主機(jī)的數(shù)字通訊對該子機(jī)的干擾。

主機(jī)端接收信號的原理基本相同，只是因?yàn)槔@組方式略有不同，兩個(gè)半波信號分別經(jīng)過兩個(gè)電壓比較器，整形出的兩個(gè)脈沖信號，這兩個(gè)脈沖信號分別對應(yīng)第一路控制信號和第二路控制信號。

因?yàn)樽訖C(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)‘0’的調(diào)制信號的極性是先正后負(fù)，主機(jī)的解調(diào)模塊會(huì)將這個(gè)脈沖解調(diào)，并解釋為數(shù)據(jù)‘0’；而其它子機(jī)會(huì)將其判定為無效的干擾。

在本方案中，在供電電壓上必須疊加一個(gè)調(diào)制擾動(dòng)，即連續(xù)兩段極性相反的擾動(dòng)，才可能被解碼為有效的數(shù)據(jù)，并且從子機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)通訊的調(diào)制方式與主機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)通訊的調(diào)制方式不同，相位相反。對于這兩種編碼方式，主機(jī)只接受子機(jī)的編碼方式，而子機(jī)只接受主機(jī)的編碼方式。

以下給出一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子：

在一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品的使用中，主機(jī)每10ms發(fā)起一次通訊，與總線上的子機(jī)依次通訊。假設(shè)總線上掛接了50個(gè)子機(jī)。在一秒鐘的時(shí)間內(nèi)主機(jī)和子機(jī)的數(shù)據(jù)處理情況如下:

由此可見，本方案的子機(jī)在一秒的時(shí)間內(nèi)接收到的字節(jié)數(shù)比地址過濾方式的子機(jī)接收到的字節(jié)數(shù)減少了96.31%。顯著降低了子機(jī)中微控制器的處理壓力。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。