CN107786403A - 用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，包括一个主机和多个从机，每个从机节点具有各自对应点对点地址，主机节点在对下发送数据命令中包含点对点地址，在主机节点通过一根下发数据总线对下发送数据至各从机节点传输信息时，并对下发送数据用通讯编码数据的占空比对数据加密，各从机节点通过各自独立的上发数据线向主机节点对上发送数据传输信息时，在同一时刻各从机节点通过各自的上发数据线向主机节点对上发送不同的数据，各从机节点接收主机节点对下发送数据后，解析出主机地址并与各自的地址进行比对，一致则进行命令应答，否则不做处理。本发明能够同时处理多路从机并发发送数据，并能够直接在发送数据进行数据加密。

Description

用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，属于通讯技术领域。
背景技术
随着时代的发展，信息化程度的深入，以及物联网技术的普及，主从通讯方式被越来越多的运用到各行各业中，如工控、医疗、电子等等领域。主从式多机通信一种主机发送的信息可以传送到各个从机或指定的从机，而各个从机的信息只能发送给主机的通讯方式。正因为这种一主多从的通讯方式被广泛的使用，所以现在对于从设备数据上传的高效性、实时性以及安全性有着越来越高的要求。
现在常用的主从通讯方式主要包括485通讯、I2C通讯、CAN总线通讯以及SPI通讯方式等。这四种通讯方式中，前三中通讯方式都属于半双工通讯，无法在主机数据下发的同时从机进行数据上传；而SPI通讯模式虽然可以进行全双工通讯，但是该种通讯方式也只能在同一时间与一台从机进行通讯，无法在同一时间两台及其以上数量的从机进行数据上传。另外这些通讯方式自身不带有加密方式，如果需要实现数据加密，需要将明文通过一定的方式加密成密文，然后发送密文的形式来实现加密的过程。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述目前技术存在的不足，提供一种能够同时处理多路从机并发发送数据的通讯模型，并能够直接在发送数据进行数据加密的用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：包括一个主机和多个从机，每个从机节点具有各自对应、且互不同的点对点通信地址和广播通信地址，主机节点在对下发送数据命令中包含至少一个从机节点的点对点通讯地址或/和广播地址，在主机节点通过一根共用下发数据总线对下发送数据至各从机节点传输信息时，主机节点对下发送数据用通讯编码数据的占空比对数据加密，各从机节点通过各自独立的上发数据线向主机节点对上发送数据传输信息时，在同一时刻两个以上的从机节点通过各自的上发数据线向主机节点对上发送不同的数据，各从机节点接收主机节点对下发送数据后，解析出主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址，并与各自的通信地址或/和广播通信地址进行比对，在主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址与自身的通信地址或/和广播通信地址一致则进行命令应答，否则不做处理。
本发明的通讯处理方法采用一个主机和多个从机，主机节点在对下发送数据时，采用共用下发数据总线，而主机节点对下发数据包括从机节点点对点的通讯地址或/和广播地址，而多个从机节点均具有各自对应、且互不同的点对点通信地址或/和广播通信地址，当主机节点在通过共用下发数据总线对下发送数据时，使所有从机都能接收到，各从机节点解析出主机命令中的地址并进行比对，仅在地址与自身地址一致时，才进行命令应答。本发明每个从机节点对上发送数据均为采用独立的上发数据线，在主机节点对下发送数据的同时，任意一个从机节点都能对主机节点进行对上数据的传输，且各从机节点能向主机节点进行对上发送不同的数据，使一台主机在同一时间能与多台从机进行双向数据的传输，实现双向全双工通讯。本发明在主机节点在对下发送数据时，用通讯编码数据的占空比对数据加密，能够直接实现发送数据时就能进行加密，防止信息泄露，安全性好，能简化通讯处理方式，便于硬件实施，适用于短距离，中低速的一主多从的双向全双工通讯网络中。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明主机与多个从机之间通讯线连接示意图。
图2是本发明Bit“0”通讯编码示意图。
图3是本发明Bit“1”通讯编码示意图。
图4是本发明主机发送电路和从机接收电路的电原理图。
图5是本发明从机发送电路和主机接收电路的电原理图。
具体实施方式
见图1所示，本发明用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，包括一个主机和多个从机，每个从机节点具有各自对应、且互不同的点对点通信地址和广播通信地址，可使主机与各从机进行点对点的通讯。本发明主机节点在对下发送数据命令中包含至少一个从机节点的点对点通讯地址或/和广播地址，在主机节点通过一根共用下发数据总线对下发送数据至各从机节点传输信息时，主机节点对下发送数据用通讯编码的占空比对数据加密，本发明主机节点进行单向传输数据时只需采用一根数据总线Tx而共用，且在通讯中又自身带有加密方式，便于硬件的实施。
见图1所示，本发明各从机节点通过各自独立的上发数据线向主机节点对上发送数据传输信息时，每个从机节点给主机节点对上发送数据，都采用独立的各自的上发数据线rxn，在同一时刻两个以上的从机节点通过各自的上发数据线向主机节点对上发送不同的数据，实现一主多从的全双工通讯。各从机节点接收主机节点对下发送数据后，解析出主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址，并与各自的通信地址或/和广播通信地址进行比对，在主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址与自身的通信地址或/和广播通信地址一致则进行命令应答，否则不做处理。
本发明主机节点通过共用下发数据总线进行单向传输下发送数据时，数据信息通过通讯编码Bit“0”和Bit“1”传输至各从机节点，并控制Bit“0”数据及Bit“1”数据的占空比进行数据加密，即通过自定义的占空比τ1/T进行数据加密。见图2、3所示，是本发明定义了Bit“0”和Bit“1”的通讯编码格式，一个数据位发送所用时间为T，通讯编码Bit“0”是在一个数据位发送所用时间的周期T内，前τ1时间段内为低电平，后续时间跳变为高电平，即产生一个上升沿；而通讯编码Bit“1”是在一个数据位发送所用时间的周期T内，前τ1时间段内为高电平，后续时间跳变为低电平，即产生一个下降沿，本发明自定义的通讯编码“0”和“1”，每个Bit数据的发送所用的时间T都是相同的，Bit“0”使用下降沿表示，Bit“1”使用上降沿表示，且无起始位、停止位以及校验位。由于数据通讯的波特率由T决定，而T越大波特率越小；相反，T越小，波特率越大；而τ1为相对时间，不是绝对时间，所以能通过控制τ1/T的比值即占空比来实现数据加密。
本发明主机节点通过共用下发数据总线进行单向传输对下发送数据时，按Byte发送数据，且Byte包括8bit，从任意一个bit开时并按顺序统一发送，如每Byte由D7至D0，8bit组成，发送时可以D7在前，D0最后，也可以D0在前，D7在最后，所有数据的发送顺序统一。
见图3所示，本发明主机节点对下发送数据经主机发送电路、共用下发数据总线至从机接收电路。本发明主机发送电路包括电阻R1TX～R5TX、滤波电容C1TX、加速电容C2TX、三极管TQ1、TQ2以及二极管D1TX,主机节点对下发送数据经电阻R2TX接三极管TQ1的基极，三极管TQ1的发射极接电源、集电极经电阻R3TX接三极管TQ2的极基，通过电阻R3TX起到限流作用，滤波电容C1TX跨接在电阻R2TX的两端，电阻R2TX和滤波电容C1TX起到限流滤波作用，电阻R1TX跨接在三极管TQ1的基极与发射极上，为三极管TQ1提供基极偏置电流，加速电容C2TX跨接在三极管TQ1的集电极和三极管TQ2的基极之间，修正电路纹波，加速三极管开关速度。
见图3所示，本发明主机发送电路的三极管TQ2的集电极经电阻R5TX接电源、发射极接地，电阻R4TX跨接在三极管TQ2的基极与发射极上，为三极管TQ2提供基极偏置电流，二极管D1TX接在电源与地之间，以防止电流倒灌，接在三极管TQ2的集电极上的对下发数据总线TX与从机接收电路中各通讯线连接。本发明采用三极管TQ1和TQ2构成两级开关放大电路，根据***参数的调节，控制三极管的开关速度和放大系数，起到调整电压的作用，并能将来自主机CPU的信号通过两级三极管进行信号保护和放大，增大数据传输距离，同时将CPU的电源与数据通讯部分的电源隔离，增加主机CPU工作的稳定性。
见图3所示，本发明从机接收电路包括多个独立并联的从机接收支路，从机接收支路包括电阻R1RX～R4RX、滤波电容C1RX、加速电容C2RX、三极管RQ1、RQ2，各通讯线经电阻R1RX接三极管RQ1的基极，三极管RQ1的发射极接电源、集电极经电阻R3RX接三极管RQ2的极基，滤波电容C1RX跨接在电阻R1RX两端，通过滤波电容C1RX和电阻R1RX起到限流滤波作用，而加速电容C2RX跨接在三极管RQ1的集电极和三极管RQ2的基极之间，以修正电路纹波，加速三极管开关速度，电阻R3RX跨接在三极管RQ1的基极与三极管RQ2发射极上，向三极管RQ2提供基极偏置电流，三极管RQ2集电级经电阻R4RX接电源，且连接在三极管RQ2集电级的通讯线接对应的从机节点的输入端，将数据线上的信号通过三极管信号隔离之后传输到从机CPU进行处理。
见图4所示，本发明各从机节点对上发送数据经从机发送电路、上发数据线至主机接收电路。从机发送电路包括多个独立的从机发送支路，主机接收电路包括多个独立的主机接收支路，从机发送支路通过各自对应的上发数据线rxn与主机接收支路连接。见图4所示，本发明从机发送支路包括电阻R1tx～R5tx、滤波电容C1tx、加速电容C2tx、三极管TQ3、TQ4以及二极管D1tx,从机节点对上发送数据经电阻R2tx接三极管TQ3的基极，三极管TQ3的发射极接电源、集电极经电阻R3tx接三极管TQ4的极基，滤波电容C1tx跨接在电阻R2tx的两端，通过电阻R2tx和滤波电容C1tx起到限流滤波作用，电阻R1tx跨接在三极管TQ3的基极与发射极上，为三极管TQ3提供基极偏置电流，加速电容C2tx跨接在三极管TQ3的集电极和三极管TQ4的基极之间，修正电路纹波，加速三极管开关速度。三极管TQ4的集电极经电阻R5tx接电源、发射极接地，电阻R4tx跨接在三极管TQ4的基极与发射极上，为三极管TQ4提供基极偏置电流，二极管D1tx接在电源与地之间，防止电流倒灌，接在三极管TQ4的集电极上的传输通讯线与各自的上发数据线rxn连接。本发明采用三极管TQ3和TQ4构成两级开关放大电路，能根据***参数的调节，控制三极管的开关速度和放大系数，起到调整电压的作用，并能将来自数据通讯的信号通过两级三极管进行信号保护和放大，增大数据传输距离，同时将数据通讯部分的电源与主机CPU电源隔离，增加CPU工作的稳定性。
见图4所示，本发明主机接收支路包括电阻R1rx～R4rx、滤波电容C1rx、加速电容C2rx、三极管RQ3、RQ4，上发数据线rxn经电阻R1rx接三极管RQ3的基极，三极管RQ3的发射极接电源、集电极经电阻R2rx接三极管RQ4的极基，滤波电容C1rx跨接在电阻R1rx两端，电阻R1rx和滤波电容C1rx起到限流滤波作用，加速电容C2rx跨接在三极管RQ3的集电极和三极管RQ4的基极之间，修正电路纹波，加速三极管开关速度，电阻R3rx跨接在三极管RQ3的基极与三极管RQ4发射极上，为三极管RQ4提供偏置电流，三极管RQ4的集电级经电阻R4rx接电源，接在三极管RQ4集电级上的通讯线接主机节点的端入端，将对上发送数据线上的信号通过三极管信号隔离之后传输到主机CPU进行处理。

Claims (6)

1.一种用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：包括一个主机和多个从机，每个从机节点具有各自对应、且互不同的点对点通信地址和广播通信地址，主机节点在对下发送数据命令中包含至少一个从机节点的点对点通讯地址或/和广播地址，在主机节点通过一根共用下发数据总线对下发送数据至各从机节点传输信息时，主机节点对下发送数据用通讯编码数据的占空比对数据加密，各从机节点通过各自独立的上发数据线向主机节点对上发送数据传输信息时，在同一时刻两个以上的从机节点通过各自的上发数据线向主机节点对上发送不同的数据，各从机节点接收主机节点对下发送数据后，解析出主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址，并与各自的通信地址或/和广播通信地址进行比对，在主机节点命令中的通信地址或/和广播通信地址与自身的通信地址或/和广播通信地址一致则进行命令应答，否则不做处理。
2.根据权利要求1所述的用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：所述主机节点通过共用下发数据总线进行单向传输对下发送数据时，数据信息通过通讯编码Bit“0”和Bit“1”传输至各从机节点，并控制Bit“0”数据及Bit“1”数据的占空比进行数据加密。
3.根据权利要求2所述的用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：所述通讯编码Bit“0”是在一个数据位发送所用时间的周期T内，前τ1时间段内为低电平，后续时间跳变为高电平。
4.根据权利要求2所述的用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：所述的通讯编码Bit“1”是在一个数据位发送所用时间的周期T内，前τ1时间段内为高电平，后续时间跳变为低电平。
5.根据权利要求2所述用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：所述主机节点通过共用下发数据总线进行单向传输对下发送数据时，按Byte发送数据，且Byte包括8位，数据发送时从任意一个bit开时并按顺序统一发送。
6.根据权利要求1所述的用于多从机设备间突发与并发传输的通讯处理方法，其特征在于：所述的主机节点对下发送数据经主机发送电路、共用下发数据总线TX至从机接收电路；所述各从机节点对上发送数据经从机发送电路、对应的上发数据线至主机接收电路。
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