專利名稱：：一種單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種在紡織、化工、食品、水處理等行業(yè)中普遍使用了大量的傳感器、執(zhí)行器和控制器來完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流程的監(jiān)控和自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，具體涉及一種數(shù)字化通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
背景技術(shù)：
：工業(yè)過程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備類型和數(shù)量很多，如一個(gè)5萬噸容量的糧情檢測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器、變送器、執(zhí)行器、控制器等不同設(shè)備，其中僅糧溫傳感器就需要4000只以上，而且分布在方圓2平方千米的監(jiān)控區(qū)域內(nèi)。基于工業(yè)過程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的特點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)的模擬傳感器+主機(jī)+多路采集卡或下位機(jī)的方式，需要使用大量的電纜、端子、槽盒、橋架，現(xiàn)場(chǎng)布線將非常復(fù)雜，而且監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)整、運(yùn)行、維護(hù)和檢修工作量很大，故障的定位和隔離也極為復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性較差?，F(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議(如LonWorks、DeviceNet、Profibus)和網(wǎng)絡(luò)傳感器協(xié)議(如IEEE1451SmartSensor、Dallas1-wire)將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入控制現(xiàn)場(chǎng)，使傳感器等設(shè)備通過串行總線或菊花鏈的方式與主機(jī)/上位機(jī)互聯(lián)，改模擬信號(hào)及控制指令為數(shù)字化傳輸，這大大簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)布線，也使主機(jī)可以處理更復(fù)雜的控制任務(wù)。但是現(xiàn)有協(xié)議不完全適合過程監(jiān)控系統(tǒng)的最前端部件(如傳感器、執(zhí)行器和控制器等)，主要由于(1)出于成本考慮，節(jié)點(diǎn)計(jì)算和存儲(chǔ)資源較少，而現(xiàn)有通訊協(xié)議棧(如TCP/IP，DeviceNet等)都較復(fù)雜；(2)部分總線的鏈路層協(xié)議適合于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊(如以太網(wǎng))，而傳感器網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)較少，傳輸內(nèi)容也較為簡(jiǎn)單；(3)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求高，對(duì)于某些異步事件，須實(shí)時(shí)反饋并處理。此外，現(xiàn)有大部分應(yīng)用層協(xié)議分為兩類，一類是根據(jù)傳感器本身應(yīng)用量身定制的，如Dallas溫度傳感器DS18B20(liire協(xié)議)，功能上不能擴(kuò)展，但使用方便，無須修改傳感器內(nèi)部軟(固)硬件設(shè)計(jì)；另一類為通用的，如基于LonWorks網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，協(xié)議只提供了節(jié)點(diǎn)間的通信機(jī)制，開發(fā)者還需要根據(jù)節(jié)點(diǎn)特性及應(yīng)用背景進(jìn)行二次開發(fā)。由于前種方式僅面向固定應(yīng)用，可擴(kuò)展性差，而后種方式則要求傳感器/執(zhí)行器的開發(fā)者掌握用戶的應(yīng)用背景，適應(yīng)性受限。因此，提供一種獨(dú)立于開發(fā)者和使用者，同時(shí)又具備擴(kuò)展性的應(yīng)用層協(xié)議很有必要?；跀U(kuò)展性應(yīng)用層協(xié)議研究，在傳感器的開發(fā)者和使用者之間建立一個(gè)透明的訪問接口，以加速網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)的開發(fā)，簡(jiǎn)化傳感器與應(yīng)用的集成和使用。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述缺陷，本發(fā)明提出一個(gè)簡(jiǎn)單有效的實(shí)時(shí)的單總線低成本通訊協(xié)議，采用差分驅(qū)動(dòng)，支持可選的多速率傳輸和傳輸距離要求，通訊節(jié)點(diǎn)的地址可動(dòng)態(tài)配置和熱插拔，支持多種通訊模式即主從、事件/動(dòng)作。協(xié)議應(yīng)盡可能的精簡(jiǎn)，以適應(yīng)傳感器/執(zhí)行器部件的要求，執(zhí)行器部件通常只具備有限的存儲(chǔ)單元、控制邏輯和處理能力，同時(shí)要有一定的容錯(cuò)性，能做到故障器件的自動(dòng)隔離。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)來解決上述問題-(1)在鏈路層引入幀類型，顯示區(qū)分事件、主從通訊、節(jié)點(diǎn)識(shí)別等消息，提高節(jié)點(diǎn)對(duì)異步事件的響應(yīng)速度，使應(yīng)用層中無須通過消息優(yōu)先級(jí)來區(qū)分實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)事件。同時(shí)保留了主從通信方式，簡(jiǎn)化從節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)。(2)在應(yīng)用層中引入事件/動(dòng)作模型，將節(jié)點(diǎn)抽象為多個(gè)通道組成的對(duì)象，每個(gè)通道上定義了一些事件源和動(dòng)作。這些抽象使每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為類似于軟件模型中的組件，具備屬性、事件和方法，使用者無須了解其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，而開發(fā)者也無須關(guān)心節(jié)點(diǎn)如何被調(diào)用。一種單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，遵循IS0/0SI標(biāo)準(zhǔn)模型，并實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層定義底層通訊介質(zhì)和驅(qū)動(dòng)方式，以及連接端子形式。本協(xié)議主要使用雙絞線為通訊介質(zhì)，采用差分驅(qū)動(dòng)的半雙工通訊。各節(jié)點(diǎn)總線控制器通過監(jiān)聽線路狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)有效的通訊。此外對(duì)于節(jié)點(diǎn)供電的方式進(jìn)行定義。物理層的定義并不排除采用其他的通訊介質(zhì)，如采用RF、電力線調(diào)制等方式。數(shù)據(jù)鏈路層定義節(jié)點(diǎn)的地址空間大小及編址方法，最大的傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)幀的組成方式，校驗(yàn)方式，仲裁方式等。數(shù)據(jù)鏈路層主要有以下特點(diǎn)*支持主從、事件/動(dòng)作兩種通訊模式。在主從模式下，主節(jié)點(diǎn)可以與單個(gè)、多個(gè)或者所有從節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通訊。在事件/動(dòng)作模式下，主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)預(yù)定一些事件，當(dāng)這些事件發(fā)生時(shí)，從節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)發(fā)送事件幀，這樣就會(huì)觸發(fā)與該事件相關(guān)的所有節(jié)點(diǎn)作出相應(yīng)的處理或動(dòng)作。*支持基于位的非破壞性逐位仲裁方式。規(guī)定總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只有兩種狀態(tài)T(隱性)和'0'(顯性)，采用線與方式，即多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線上最終邏輯信號(hào)為所有信號(hào)的與。該方式確保了在碰撞中仍有一個(gè)數(shù)據(jù)位可以發(fā)送成功，所以不會(huì)損失數(shù)據(jù)或浪費(fèi)帶寬，可以獲得一個(gè)最大的信息傳送率。采用CRC校驗(yàn)和輔助信息校驗(yàn)相結(jié)合的多層校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)中發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)采用相同的校驗(yàn)多項(xiàng)式，接收節(jié)點(diǎn)計(jì)算CRC的方法與發(fā)送節(jié)點(diǎn)相同。接收節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的CRC序列后，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，如果運(yùn)算結(jié)果一致，即代表CRC校驗(yàn)通過。輔助信息校驗(yàn)包括填充錯(cuò)誤，即在使用位填充法迸行編碼的信息中，出現(xiàn)了第6個(gè)連續(xù)相同的位電平；形式錯(cuò)誤，即一個(gè)固定形式的位場(chǎng)含有l(wèi)個(gè)或多個(gè)非法位。如果接收節(jié)點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)CRC錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤，就代表該幀已被正確接收，于是接收節(jié)點(diǎn)就會(huì)在確認(rèn)間隙期間用一"顯性"的位寫入發(fā)送節(jié)點(diǎn)的"隱性"位來作出確認(rèn)；否則不會(huì)做出確認(rèn)。*引入確認(rèn)與應(yīng)答機(jī)制。確認(rèn)機(jī)制的作用是當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)接收節(jié)點(diǎn)的CRC校驗(yàn)以及輔助信息校驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)沒有錯(cuò)誤時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)就會(huì)在確認(rèn)間隙用以一"顯性"的位寫入發(fā)送節(jié)點(diǎn)的"隱性"位來作出確認(rèn)，代表該幀數(shù)據(jù)發(fā)送成功。應(yīng)答機(jī)制主要與控制域的應(yīng)答位A位對(duì)應(yīng)，當(dāng)A位是"顯性"時(shí)，代表該幀需要應(yīng)答。如果接收節(jié)點(diǎn)同意對(duì)該幀做出回應(yīng)，就會(huì)在應(yīng)答間隙用一"顯性"的位寫入發(fā)送節(jié)點(diǎn)的"隱性"位來作出應(yīng)答。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的特點(diǎn)，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的四類操作，便于實(shí)時(shí)地獲取現(xiàn)場(chǎng)采集地?cái)?shù)據(jù)并作出快速處理，并可以根據(jù)不同傳感器的工作特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器工作方式的定制和數(shù)據(jù)收集方式的定制，極大地提高了協(xié)議的應(yīng)用通用性。同時(shí)，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又能滿足各種傳感器的使用要求，廠家能對(duì)照協(xié)議方便地開發(fā)出應(yīng)用節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)了協(xié)議的應(yīng)用適用性。根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議，可以在一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器的集成，最多可達(dá)63個(gè)數(shù)字量傳感器或504個(gè)開關(guān)量傳感器，節(jié)約傳感器廠家的開發(fā)成本，提高協(xié)議的經(jīng)濟(jì)適用性。應(yīng)用層主要有以下特點(diǎn)*支持主一從和中斷的數(shù)據(jù)訪問方式，增加組網(wǎng)的靈活性。*節(jié)點(diǎn)事件和動(dòng)作可以配置，從而減輕了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)速度。*精簡(jiǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性采集和快速處理。支持節(jié)點(diǎn)的通道操作，利于集成、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。*支持自定義參數(shù)的設(shè)置，滿足不同開發(fā)商的需求。發(fā)明效果和優(yōu)點(diǎn)1、支持主從、事件/動(dòng)作兩種通訊模式，增加組網(wǎng)的靈活性。2、支持基于位的非破壞性逐位仲裁方式。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)想要訪問網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不會(huì)要求優(yōu)先權(quán)高的節(jié)點(diǎn)重發(fā)數(shù)據(jù)，從而不會(huì)損失數(shù)據(jù)或浪費(fèi)帶寬。3、總線控制器具備容錯(cuò)功能，即能將總線從錯(cuò)誤狀態(tài)中復(fù)位，并能發(fā)現(xiàn)和隔離故障節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)提供一定的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢，在此基礎(chǔ)上主機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的故障診斷和錯(cuò)誤處理機(jī)制；4、實(shí)時(shí)性要求。對(duì)于一些重要的報(bào)警信號(hào)，能在一定的時(shí)限內(nèi)傳遞到主節(jié)點(diǎn)。采取事件/動(dòng)作的通訊模式，避免了有些傳感器網(wǎng)絡(luò)只支持主從通訊，異常事件必須由主節(jié)點(diǎn)檢測(cè)才能發(fā)現(xiàn)的問題，在節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多、通訊負(fù)荷較大情況下，也可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。5、支持節(jié)點(diǎn)事件和動(dòng)作的配置以及節(jié)點(diǎn)的通道操作，減輕了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)利于節(jié)點(diǎn)的集成、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。圖1傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明相對(duì)物理媒介獨(dú)立，接口設(shè)計(jì)能夠接收網(wǎng)絡(luò)通訊線路上的變化，但并未定義物理媒介。協(xié)議規(guī)定了通過識(shí)別幀實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)即插即用特性的過程。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)首次接入總線或者在接收到主節(jié)點(diǎn)復(fù)位幀后，從節(jié)點(diǎn)置為復(fù)位狀態(tài)。處于復(fù)位狀態(tài)的從節(jié)點(diǎn)在總線空閑時(shí)發(fā)送識(shí)別幀，待主節(jié)點(diǎn)確認(rèn)后，從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。只有處于運(yùn)行狀態(tài)的從節(jié)點(diǎn)，才能正常接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。主節(jié)點(diǎn)可維護(hù)一個(gè)從節(jié)點(diǎn)表，該表記錄各節(jié)點(diǎn)的屬性和配置信息。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的從節(jié)點(diǎn)，則將該節(jié)點(diǎn)加入表中，隨后查詢并記錄新加入節(jié)點(diǎn)的有關(guān)屬性，如節(jié)點(diǎn)類型、名稱、通道，并將有關(guān)配置信息寫入該節(jié)點(diǎn)，這些配置信息來自上層的組態(tài)軟件。配置后的從節(jié)點(diǎn)需要(1)接收事件幀并觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作；(2)根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)發(fā)送事件幀，如溫度到達(dá)上限；(3)接收主機(jī)的請(qǐng)求并應(yīng)答。主節(jié)點(diǎn)可定期檢查從節(jié)點(diǎn)的存在，確認(rèn)從節(jié)點(diǎn)是否失效。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)失效后，主節(jié)點(diǎn)應(yīng)更新內(nèi)部節(jié)點(diǎn)及其狀態(tài)表。如圖1所示，傳感器網(wǎng)絡(luò)總線，采取單總線的方式，1是網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃?、3:主節(jié)點(diǎn)，只有一個(gè)處于活躍狀態(tài)，另一個(gè)處于備用狀態(tài)。4:從節(jié)點(diǎn)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀況，按照主節(jié)點(diǎn)的要求，發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。IS0/0SI標(biāo)準(zhǔn)定義的開放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)模型有七層，本發(fā)明遵循該標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是對(duì)物理層傳輸原始比特流的功能的加強(qiáng)，將物理層提供的可能出錯(cuò)的物理連接改造成為邏輯上無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。因此它需要提供的功能包括鏈路連接的建立、拆除和分離；幀定界和幀同步；順序控制；差錯(cuò)檢測(cè)和恢復(fù)等。本協(xié)議使用固定的數(shù)據(jù)幀格式，幀結(jié)構(gòu)如表l所示<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>每一幀包括幀起始(S0F)、仲裁域(ABT)、控制域(CTL)、長(zhǎng)度域(LEN)、數(shù)據(jù)域(DATA)、校驗(yàn)域(CRC)、確認(rèn)域(CFM)、應(yīng)答域(ACK)、幀結(jié)束(EOF)九個(gè)部分，仲裁域包括幀類型(TYP)、地址域(ADD)。當(dāng)總線空閑時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)。如果有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就通過仲裁域進(jìn)行仲裁。幀起始(S0F)幀起始占一位，當(dāng)主機(jī)需要傳輸或接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先必須等待總線空閑。當(dāng)總線空閑時(shí)就可以開始發(fā)送一個(gè)'0'表示隨后開始發(fā)送或接收幀。仲裁域(ABT)仲裁域包括幀類型和地址兩部分，它的功能就是當(dāng)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線時(shí)，通過一定仲裁機(jī)制來確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一"隱性"電平而監(jiān)控視到一"顯性"電平，那么該節(jié)點(diǎn)就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)。幀類型(TYP)包括復(fù)位幀、識(shí)別幀、連續(xù)幀、事件幀、普通幀以及三個(gè)擴(kuò)展幀。復(fù)位幀的功能是主機(jī)通過發(fā)送復(fù)位幀，使所有主從節(jié)點(diǎn)恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)和從節(jié)點(diǎn)在上電時(shí)自動(dòng)進(jìn)入初始狀態(tài)。識(shí)別幀的功能是當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于初始狀態(tài)時(shí)，即剛接入網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)復(fù)位，必須要與主機(jī)通信，完成識(shí)別，轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)后才能進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳送。連續(xù)幀的功能是表明該幀是前面幀的繼續(xù)，其內(nèi)容取決于前導(dǎo)幀。一個(gè)幀后面可以有0個(gè)至8個(gè)連續(xù)幀。事件幀的功能是當(dāng)從節(jié)點(diǎn)有預(yù)先定義的事件發(fā)生時(shí)，可以利用事件幀來獲得總線傳輸數(shù)據(jù)。普通幀的功能是主機(jī)通過輪詢方式與單個(gè)從節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。擴(kuò)展幀為保留幀。在不同類型幀中，地址域(ADD)有不同的含義。地址類型有三種，主機(jī)地址、節(jié)點(diǎn)地址、事件。這三種地址空間都是獨(dú)立的。主機(jī)地址是主機(jī)在復(fù)位時(shí)所提供的，主要用于在同一網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)主機(jī)時(shí)進(jìn)行仲裁，選擇一個(gè)活躍的主機(jī)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)，可以忽略主機(jī)地址。節(jié)點(diǎn)地址是在主從通信中主機(jī)用于選擇要通信的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)地址包括廣播地址和組播地址。節(jié)點(diǎn)地址是無結(jié)構(gòu)的，應(yīng)用需要保證在同一網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)地址不重復(fù)。事件號(hào)是一類特殊的地址空間，節(jié)點(diǎn)用事件來向主機(jī)或其他節(jié)點(diǎn)報(bào)告一些特殊事件，如溫度到達(dá)設(shè)定值，或某個(gè)光電開關(guān)打開。*控制域(CTL)控制域占四位，其中M位用于標(biāo)識(shí)該幀是否有連續(xù)幀，如果是則該位為"顯性"，否則該位為"隱性"；A位用于標(biāo)識(shí)該幀是否需要應(yīng)答，如果是則該位為"顯性"，否則該位為"隱性"；R位用于標(biāo)識(shí)該幀是否為重發(fā)幀，如果是則該位為"顯性"，否則該位為"隱性"；控制域的U位為保留位。*長(zhǎng)度域(LEN)長(zhǎng)度域指示了數(shù)據(jù)域里的字節(jié)數(shù)目。數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度允許的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù){0，1，7，……，15}。其他數(shù)值不允許使用。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼，如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*數(shù)據(jù)域(DATA)數(shù)據(jù)場(chǎng)由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為015個(gè)字節(jié)，每字節(jié)包含了8個(gè)位，首先發(fā)送MSB。*校驗(yàn)域(CRC)校驗(yàn)域有循環(huán)冗余序列(CRCSequence)和CRC界定符(CRCdelimiter)組成。為進(jìn)行CRC計(jì)算，被除的多項(xiàng)式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是幀起始、仲裁域、控制域、長(zhǎng)度域、數(shù)據(jù)域(假如有)，而15個(gè)最低位的系數(shù)是0。將此多項(xiàng)式被下面的多項(xiàng)式發(fā)生器除(其系數(shù)以2為模)X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+l這個(gè)多項(xiàng)式除法的余數(shù)就是發(fā)送到總線上的CRC序列(CRCSequence)。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一個(gè)單獨(dú)的"隱性"位。*確認(rèn)域(CFM)確認(rèn)域長(zhǎng)度為2個(gè)位，包含確認(rèn)間隙(ConfirmSlot)和確認(rèn)界定符(ConfirmDelimiter)。在確認(rèn)間隙，發(fā)送器發(fā)送一個(gè)"隱性"位，當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文，接收器就會(huì)在確認(rèn)間隙(ConfirmSLOT)期間用一"顯性"的位寫入發(fā)送器的"隱性"位來作出確認(rèn)。確認(rèn)界定符是確認(rèn)答域的第二個(gè)位，并且是一個(gè)必須為"隱性"的位。*應(yīng)答域(ACK)應(yīng)答域長(zhǎng)度為2個(gè)位，包含應(yīng)答間隙(ACKSlot)和應(yīng)答界定符(ACKDelimite:r)。在應(yīng)答間隙，發(fā)送器發(fā)送一個(gè)"隱性"位。當(dāng)控制域的A域?yàn)?顯性"時(shí)，表示該幀需要應(yīng)答，如果該幀經(jīng)接收器確認(rèn)可以應(yīng)答，則接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙(ACKSLOT)期間用一"顯性"的位寫入發(fā)送器的"隱性"位來作出應(yīng)答。應(yīng)答界定符是應(yīng)答域的第二個(gè)位，并且是一個(gè)必須為"隱性"的位。*幀結(jié)束(E0F)用1個(gè)"隱性"位來表示一幀的結(jié)束。本發(fā)明允許遵循規(guī)范的各個(gè)應(yīng)用層之間能夠進(jìn)行互相操作。為了實(shí)現(xiàn)互相操作，各個(gè)應(yīng)用層相應(yīng)的應(yīng)用程序必須以用一協(xié)議棧運(yùn)行，每一個(gè)協(xié)議棧都符合本發(fā)明規(guī)范。但并不是所有應(yīng)用程序都必須全部符合本發(fā)明規(guī)范，而是應(yīng)用程序只利用協(xié)議棧中的某些部分，并且協(xié)議棧中的某些附加垂直協(xié)議子集恰恰是用于支持主要應(yīng)用的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中的通信根據(jù)主體不同可分為兩類，一類是由主機(jī)發(fā)起的，如復(fù)位幀、普通幀等；一類是由從機(jī)發(fā)起的，發(fā)事件幀，連續(xù)幀等。由主機(jī)發(fā)起的對(duì)從機(jī)的操作都以普通幀的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，從節(jié)點(diǎn)對(duì)主機(jī)的響應(yīng)則以連續(xù)幀的方式返回?cái)?shù)據(jù)。從節(jié)點(diǎn)還可以中斷方式向總線發(fā)出事件幀，主機(jī)及其它結(jié)節(jié)偵聽到總線的事件幀后作出相應(yīng)的處理或動(dòng)作。通信過程中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)打包在鏈路層的數(shù)據(jù)域里進(jìn)行傳送。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，高位先發(fā)送。應(yīng)用層數(shù)據(jù)中用到的一些符號(hào)含義如表3<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>根據(jù)操作目標(biāo)的不同，可分為對(duì)節(jié)點(diǎn)的操作和對(duì)通道的操作。通道0為每個(gè)節(jié)點(diǎn)默認(rèn)的全局通道，即對(duì)通道0的操作即為對(duì)節(jié)點(diǎn)的操作。因通道o為邏輯通道，其余通道為物理通道，所以對(duì)通道o的操作與對(duì)其它通道的操作略有不同?，F(xiàn)以指令的方式對(duì)不同的命令進(jìn)行區(qū)分。活動(dòng)主機(jī)與從節(jié)點(diǎn)之間主要以主一從方式進(jìn)行通信。主機(jī)通過4種操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)的輸入輸出。操作類型代碼見表4。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>*READ:主機(jī)通過READ操作獲取從節(jié)點(diǎn)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。*WRITE:主機(jī)通過WRITE操作向從節(jié)點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)。*GET:主機(jī)通過GET操作獲取從節(jié)點(diǎn)的屬性配置與狀態(tài)信息。*SET:主機(jī)可用SET操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屬性、事件與動(dòng)作等的設(shè)置，使從節(jié)點(diǎn)能夠按照預(yù)定的方式運(yùn)行?；顒?dòng)主機(jī)對(duì)從節(jié)點(diǎn)操作的通用命令數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表5。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>說明-1.訪問通道O等同于對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作。2.為與鏈路層數(shù)據(jù)長(zhǎng)度匹配，參數(shù)長(zhǎng)度不能超過13個(gè)字節(jié)。3.以高位在前的方式進(jìn)行傳送。如從節(jié)點(diǎn)接收到需返回?cái)?shù)據(jù)的命令，則通過普通幀將數(shù)據(jù)返回，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表6<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>說明返回?cái)?shù)據(jù)中的OP與CMD同取數(shù)據(jù)命令幀中的OP與CMD一樣，便于主機(jī)辨別是對(duì)哪個(gè)命令的響應(yīng)。從節(jié)點(diǎn)處于不同的狀態(tài)時(shí)，其響應(yīng)亦不一樣，其響應(yīng)方式如表7<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>主機(jī)對(duì)返回幀的響應(yīng)方式如表8<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>節(jié)點(diǎn)有以下幾種類型的寄存器*節(jié)點(diǎn)狀態(tài)寄存器有兩個(gè)字節(jié)，其每一位表示一種狀態(tài)類型，從最高位開始每位的含義如下(1)0:正常；1:故障；(2)0:在線；1:離線；(3)0:在線工作；1:在線掛起；(4)(16)自定義。其中(1)、(2)、(3)三個(gè)狀態(tài)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須實(shí)現(xiàn)。用戶還可以根據(jù)自己的需要定制其它的狀態(tài)類型。參節(jié)點(diǎn)屬性寄存器有4個(gè)字節(jié)共32位。節(jié)點(diǎn)的屬性及屬性寄存器的分配如下(1)通道數(shù)用第一個(gè)字節(jié)表示，其中0通道不參與計(jì)數(shù)。邏輯通道數(shù)不能超過63個(gè)。(2)通用寄存器數(shù)屬于通道0的通用寄存器數(shù)，用第二個(gè)字節(jié)表示。(3)通道異同此節(jié)點(diǎn)所含通道是否為同一類型。所謂同一類型，即除物理端口不同外，其狀態(tài)，屬性，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，參數(shù)等都采有相同的格式。用第三個(gè)字節(jié)的最高位表示，"0"表示相同，"l"表示不同。(4)寄存器訪問單位通道O中單個(gè)寄存器的訪問單位，"0"為8位，"1"為16位。用第三字節(jié)的第二位表示。(5)自定義屬性前面所描述的屬性為固定格式，其含義與順序不得更改，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須實(shí)現(xiàn)。用戶可根據(jù)自己的需要往后增加自定義的屬性。*節(jié)點(diǎn)通用寄存器為可選項(xiàng)，用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)定其個(gè)數(shù)及含義。通用寄存器地址從00H開始編排。此指令為批量讀取格式，參數(shù)中第一字節(jié)指明起始通用寄存器的地址，第二字節(jié)指明從此地址開始讀取的通用寄存器個(gè)數(shù)。讀取的總長(zhǎng)度不能超過11個(gè)字節(jié)。*節(jié)點(diǎn)控制寄存器為一個(gè)字節(jié),從最高位開始，其每位含義如下(1)置1，喚醒節(jié)點(diǎn)；(2)置l，掛起節(jié)點(diǎn)；(3)置，卸載節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)收到后指令并執(zhí)行相應(yīng)操作后，自動(dòng)將控制寄存器清零。通道有以下幾種類型的寄存器*通道狀態(tài)寄存器每個(gè)通道只有一個(gè)2字節(jié)的狀態(tài)寄存器可有18個(gè)狀態(tài)值，除每一通道須實(shí)現(xiàn)的固定狀態(tài)外，可根據(jù)需要自定義通道的狀態(tài)。固定狀態(tài)如下，按最高位開始，其序號(hào)對(duì)應(yīng)狀態(tài)寄存器的位次序。(1)0:正常；1:故障(2)0:運(yùn)行；1:待機(jī)；(3)0:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中；1:數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好；(4)(8)自定義。*通道屬性寄存器包含三個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)說明此通道包含的通用寄存器個(gè)數(shù)；每二字節(jié)其各位含義如下所示(1)輸入或輸出類型。"1"為輸入，"0"為輸出。(2)開關(guān)量或數(shù)字量。"1"為開關(guān)量，固定每個(gè)通道只能有最多16個(gè)開關(guān)量，不足8個(gè)的取低位，高位無意義。"0"為數(shù)字量(3)(5)數(shù)據(jù)類型。000:無符號(hào)整型、8位開關(guān)量；001:無符號(hào)雙整型、16位開關(guān)量；010:有符號(hào)雙整型；011:十六位浮點(diǎn)型；100:壓縮BCD碼；101:字符串。(6)寄存器訪問單位"0"為8位，"1"為16位。(7)(8)自定義屬性，如未定義，則"0"填充。第三個(gè)字節(jié)意義自定義。*通道通用寄存器為可選項(xiàng)，用戶可根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)定其個(gè)數(shù)及含義。寄存器地址從00H開始編排。此指令為批量讀取格式，參數(shù)中第一字節(jié)指明起始寄存器的地址，第二字節(jié)指明從此地址開始讀取的寄存器個(gè)數(shù)。推薦實(shí)現(xiàn)如下通用寄存器功能(1)寄存器0:通道標(biāo)定值參數(shù)；(2)寄存器l:通道上限參數(shù)；(3)寄存器2:通道下限參數(shù)；(4)寄存器3:通道自定義參數(shù)。*通道控制寄存器通過指令可啟動(dòng)通道開始運(yùn)行或命令其停止。通道寄存器為一個(gè)字節(jié)，從最高位開始，其每位含義如下(1)置1，使通道停止；(2)置l，啟動(dòng)通道；(3)置1，通道工作狀態(tài)取反；(4)置1，按通道通用寄存器0中的值進(jìn)行通道標(biāo)定；(5)置1，按通道通用寄存器1中的值進(jìn)行通道上限設(shè)定；(6)置1，按通道通用寄存器2中的值進(jìn)行通道下限設(shè)定。(7)置l，按通道通用寄存器3中的值進(jìn)行通道自定義設(shè)定。(1)(3)為必須實(shí)現(xiàn)的控制指令，(4)~(6)推薦實(shí)現(xiàn)。從節(jié)點(diǎn)收到后指令并執(zhí)行相應(yīng)操作后，自動(dòng)將控制寄存器清零。事件類型有基本類型和自定義類型，如下所示*事件類型1.故障；2.越上限；3.越下限；4.增量絕對(duì)值上限；5.增量絕對(duì)值下限；6.狀態(tài)改變(或數(shù)據(jù)改變)；7.定時(shí)到；8255.自定義。*事件號(hào)由兩個(gè)字節(jié)組成。事件號(hào)由主機(jī)生成。事件參數(shù)用一個(gè)字節(jié)表示(1)OOH，設(shè)定事件；(2)OIH，按事件號(hào)取消事件；(3):02H，取消此通道所有事件。權(quán)利要求1.一種單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，并實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，物理層定義底層通訊介質(zhì)和驅(qū)動(dòng)方式，以及連接端子形式，其特征在于數(shù)據(jù)鏈路層定義節(jié)點(diǎn)的地址空間大小及編址方法，最大的傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)幀的組成方式，校驗(yàn)方式，仲裁方式；通信過程中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)打包在鏈路層的數(shù)據(jù)域里進(jìn)行傳送，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)包括操作碼、通道號(hào)、指令碼、與指令有關(guān)的參數(shù)、發(fā)送的數(shù)據(jù)、填充數(shù)據(jù)以及本幀參數(shù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、參數(shù)、數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其特征在于數(shù)據(jù)鏈路層的每一幀包括幀起始(SOF)、仲裁域(ABT)、控制域(CTL)、長(zhǎng)度域(LEN)、數(shù)據(jù)域(DATA)、校驗(yàn)域(CRC)、確認(rèn)域(CFM)、應(yīng)答域(ACK)、幀結(jié)束(EOF)九個(gè)部分，仲裁域包括幀類型(TYP)、地址域(ADD)。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其特征在于幀類型包括復(fù)位幀、識(shí)別幀、連續(xù)幀、事件幀、普通幀以及三個(gè)擴(kuò)展幀，復(fù)位幀的功能是主機(jī)通過發(fā)送復(fù)位幀，使所有主從節(jié)點(diǎn)恢復(fù)到初始狀態(tài)；識(shí)別幀的功能是當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于初始狀態(tài)時(shí)，必須要與主機(jī)通信，完成識(shí)別；連續(xù)幀的功能是表明該幀是前面幀的繼續(xù)，其內(nèi)容取決于前導(dǎo)幀，一個(gè)幀后面可以有0個(gè)至8個(gè)連續(xù)幀；事件幀的功能是當(dāng)從節(jié)點(diǎn)有預(yù)先定義的事件發(fā)生時(shí)，可以利用事件幀來獲得總線傳輸數(shù)據(jù)；普通幀的功能是主機(jī)通過輪詢方式與單個(gè)從節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)；擴(kuò)展幀為保留幀。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其特征在于地址類型有主機(jī)地址、節(jié)點(diǎn)地址、事件，主機(jī)地址是主機(jī)在復(fù)位時(shí)所提供的，主要用于在同一網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)主機(jī)時(shí)進(jìn)行仲裁，選擇一個(gè)活躍的主機(jī)；節(jié)點(diǎn)地址是在主從通信中主機(jī)用于選擇要通信的節(jié)點(diǎn)；事件號(hào)是一類特殊的地址空間，節(jié)點(diǎn)用事件來向主機(jī)或其他節(jié)點(diǎn)報(bào)告一些特殊事件。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其特征在于應(yīng)用層主機(jī)通過4種操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)的輸入輸出，主機(jī)通過READ操作獲取從節(jié)點(diǎn)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；主機(jī)通過WRITE操作向從節(jié)點(diǎn)輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)；主機(jī)通過GET操作獲取從節(jié)點(diǎn)的屬性配置與狀態(tài)信息；主機(jī)可用SET操作對(duì)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行屬性、事件與動(dòng)作等的設(shè)置，使從節(jié)點(diǎn)能夠按照預(yù)定的方式運(yùn)行。6、根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其特征在于節(jié)點(diǎn)有四種寄存器，包括節(jié)點(diǎn)狀態(tài)寄存器、節(jié)點(diǎn)屬性寄存器、節(jié)點(diǎn)通用寄存器、節(jié)點(diǎn)控制寄存器，節(jié)點(diǎn)的每個(gè)通道都有四種寄存器，包括通道狀態(tài)寄存器、通道屬性寄存器、通道通用寄存器、通道控制寄存器。全文摘要本發(fā)明涉及一種單總線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，并實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，物理層定義底層通訊介質(zhì)和驅(qū)動(dòng)方式，以及連接端子形式，其特征在于數(shù)據(jù)鏈路層定義節(jié)點(diǎn)的地址空間大小及編址方法，最大的傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)幀的組成方式，校驗(yàn)方式，仲裁方式；通信過程中應(yīng)用層的數(shù)據(jù)打包在鏈路層的數(shù)據(jù)域里進(jìn)行傳送，應(yīng)用層的數(shù)據(jù)包括操作碼、通道號(hào)、指令碼、與指令有關(guān)的參數(shù)、發(fā)送的數(shù)據(jù)、填充數(shù)據(jù)以及本幀參數(shù)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、參數(shù)、數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)。發(fā)明效果和優(yōu)點(diǎn)是支持主從、事件/動(dòng)作兩種通訊模式，增加組網(wǎng)的靈活性；支持基于位的非破壞性逐位仲裁方式；實(shí)時(shí)性要求；支持節(jié)點(diǎn)事件和動(dòng)作的配置以及節(jié)點(diǎn)的通道操作，減輕了主機(jī)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)利于節(jié)點(diǎn)的集成、降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。文檔編號(hào)H04L12/26GK101374082SQ200710070998公開日2009年2月25日申請(qǐng)日期2007年8月24日優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日發(fā)明者朱微微,琚春花,鑫袁,趙文敏,邢建國(guó),菁黃申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)