以单片机为核心的ASI通迅控制从站模块实现方法与流程

以单片机为核心的asi通迅控制从站模块实现方法
技术领域
1.本发明涉及asi通信技术领域，更具体地说，本发明以单片机为核心的 asi通迅控制从站模块实现方法。


背景技术：

2.asi全称是actuator-sensor-interface,是1994年由欧洲西门子等几大 行业公司一起制定的公开通迅协议，并被纳入了国家标准，是一种工业通讯 网络中最底层的通讯协议，通过俩根既是电源也是信号的线直接与现场的传 感器、执行器等连接，实现一对多的数字信息通讯。
3.asi网络主要由一个主站一个asi电源和一个或多个从站构成，而本发明 说的是其中的从站部分。
4.目前国内的asi从站模块的实现，通常都是以专用的asi通讯ic为核心去实 现，而这些专用ic都被国外垄断，价格昂贵，难以购买，买家缺少议权能力。 并且，这些专用ic，功能比较固化单一，容易发热，通讯失败等问题，通常它 们实现的是4输入4输出的开关量控制，当比如要扩展输入输出口的数量，只能 增加专用的asi通讯ic，但会成倍增加成本并且浪费有限的从站地址，或是外加 处理ic走模拟通道的歪路来传输数字量信号，电路构成需翻倍复杂，主站端的 相应配置也变得繁琐，使用极其不便。
5.而本发明，是以通用的单片机为核心加上自主研发的单片机软件一起实 现，由于通用单片机不管国内国外都有很多适用的产品，来源多样充足，容 易购买，使硬件价格降低，功能可灵活定制，使用方便。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供以单片机为核心的 asi通迅控制从站模块实现方法，通过单片机，以解决上述背景技术中提出的 问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：。
8.在一个优选地实施方式中，包括通信机理模块，报文模块、网络拓扑模 块，工作过程模块、以及技术实现模块，所述通信机理模块采用apm技术， 将传输的数据转换成manchester编码进行传输，将编码后的数据传输至报文 模块，所述报文模块在asi网络中，主站通过轮询的方式和从站之间进行通 信，通信中的所有数据交换都是通过报文的形式来实现，将报文传输至网络 拓扑模块，所述网络拓扑模块网络的结构能根据工厂以及现场的具体要求进 行任何形式的连接，所述工作过程模块的数据传输原理asi原始数据为每位 数据的时间宽度为6us的bit特流，把原始数据转换成曼彻斯特编码后，再 把数据送到调制器，经载波调制后进入放大器，经切割后解码，得到原始数 据，送往后面处理，所述技术实现模块用通用单片机代替了专用的asi通讯 ic。
9.在一个优选地实施方式中，所述通信机理模块采用apm技术，将传输的 数据转换成manchester编码进行传输，asi网络中只有一个主站，各种报文 的传递均在该主站和它
所组态的从站中进行，主站通过轮询的方式和从站之 间进行通信，每次主站向一个从站发出请求报文，从站检测到是自己的报文 后，向主站发出响应报文，主站收到这个响应报文后，向下一个从站发出轮 询请求，这样一直进行下去，对所有的从站轮询完毕，主站从头开始下一轮 的循环，主站和从站之间的操作控制过程分为三个阶段，在每个阶段都有不 同的控制任务，
10.a、初始化阶段，初始化的操作在离线的状态下进行，在线状态下，as-i 系统复位，也进入初始化阶段；
11.b、进入系统启动阶段后，所有被检测到的正确从站都进入激活状态；
12.c、进入正常的周期性数据交换和系统处理阶段。
13.在一个优选地实施方式中，所述报文模块在asi网络中，主站通过轮询的方 式和从站之间进行通信，通信中的所有数据交换都是通过报文的形式来实现， 本发明中模块核心电路原理如图6所示，原理图中，j1接到asi网络线缆上， 分为asi+和asi俩根线。报文接收通路为：从j1 2脚asi+经电感l4、保险 f4、二极管d10，然后经由电容c17和电阻r11组成的解耦电路，得到去掉直 流成分的asi信号，再由u6(双运放ic)中的一个运放为核心组成的滤波放 大电路处理后，输出到由u4为核心组成的a相提取电路提取出a相信号，由 u5为核心组成的b相提取电路提取出b相信号，然后分别输入到u3单片机的 45脚和46脚，再由u3单片机软件进行后续的asi信号解码，逻辑处理，报 文回应处理等，同时，u3单片机还包括对现场执行机构的各种传感器信号读 取、输出由主站传输而来的控制信号到现场执行机构，本发明中从站接收处 理软件流程如图3所示，当捕捉到a相上升沿中断时，接收到逻辑1放入缓 存区，timer0启动计时，当捕捉到b相上升沿中断时测得逻辑1对应的时间 并放入缓存，timor0清0并收到逻辑0，当接收完一帧数据时，根据缓存中 收到的数据和对应的时间值解析出曼彻斯特编码数据流，当曼彻斯特编码流 解析成功时，解码曼彻斯特码，得到接收到的原始数据，对数据进行校验， 当数据校验成功时解析主站的请求指令，从站根据指令，做相应的动作，对 动作数据结果封装成回应报文，将回应报文存入缓存，交由发送处理流程进 行报文回应给主站，报文回应电路通路为：u3单片机从19脚和18脚分别输 出报文数据和载波信号到由u7为核心组成的调制电路，经调制电路处理后， 信号一路流经电阻r26输入到u6中另一个运放，运放放大信号后输给q1驱 动电路，由q1驱动，将信号经电阻r14、电阻r13、二极管d2和d10、保险 f4和电感l4之后，发送到asi线缆上传输给主站，另外，u2为核心组成的 稳压电路从asi+中提取出直流电压并稳压输出5v电和u1稳压输出3.3v电给 电路提供工作电源，本发明中从站回应报文数据发送软件的流程如图4所示， 将待发送的数据加入校验码，变成固定长度为7bit的回应报文，将待发送数 据编码成曼彻斯特码数据流，编码成曼彻斯特码流后，每个数据bit的数据 宽度变成固定的3us，长度为14bit，将数据放入发送缓存区，并启动timer 1进行发送数据位的数据宽度计时timer2产生调制载波，在timer1的计时控 制下，将14bit数据按3us的宽度一位位地从单片机io口发送出去。
14.在一个优选地实施方式中，所述网络拓扑模块asi网络的结构能根据工 厂以及现场的具体要求进行任何形式的连接，每个网段的网络走线是线型， 能有分支，树型结构是常用的结构之一，网络拓扑限制是不能为环型，asi网 络不需要终端电阻，主站和供电单元能放在asi网络中的任何地方，对主站 和每个从站来说，必须保证正常供电，电压降不能超过所允许的值，能使用 中继器扩展asi网络的长度，中继器把2个asi网段连接起来，提供信
高频载波信号也送入调制器(121)中，对发送的数据波形进行调制，调制后的 信号经放大器(122)后送到驱动器(123),驱动器再把信号发送到asi+电缆上， 回应报文给主站。
17.本发明的技术效果和优点：
18.本发明使用通用mcu代替了受垄断且昂贵的专用asi芯片，使成本降低， 零件容易采购利于生产。用软件的方式实现逻辑功能，可灵活配置。比如要 增加io，只需增加少量的外围io相关的零件，核心电路无需改变，也不会多 占用asi从站的地址，也无需用模拟量的方式传输数字io开关量，省却主站 和plc程序繁琐复杂的配置，带来使用上的便利。由于使用软件的方式，核 心硬件不需要改动，通过更改软件即可又做成各种数字量，开关量的传感器 从站或一些有特殊应用的从站。同时，本asi从站模块也兼容原来系统的配 置方式，支持使用原有的手持配置工具对本asi从站进行参数配置，也支持 通过usb方式配置，使应用上更加方便。
附图说明
19.图1为本发明的模块数据传输原理图。
20.图2为本发明的模块构成框图。
21.图3为本发明的从站接收处理软件流程图。
22.图4位本发明的从站回应报文数据发送软件流程图。
23.图5为本发明的系统结构框图。
24.图6位本发明的模块核心电路原理图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.本实施例提供了如图2所示的以单片机为核心的asi通迅控制从站模块 实现方法，包括通信机理模块，报文模块、网络拓扑模块，工作过程模块、 以及技术实现模块，所述通信机理模块采用apm技术，将传输的数据转换成 manchester编码进行传输，将编码后的数据传输至报文模块，所述报文模块 在asi网络中，主站通过轮询的方式和从站之间进行通信，通信中的所有数 据交换都是通过报文的形式来实现，将报文传输至网络拓扑模块，所述网络 拓扑模块网络的结构能根据工厂以及现场的具体要求进行任何形式的连接， 所述工作过程模块的数据传输原理asi原始数据为每位数据的时间宽度为6us 的bit特流，把原始数据转换成曼彻斯特编码后，再把数据送到调制器，经 载波调制后进入放大器，经切割后解码，得到原始数据，送往后面处理，所 述技术实现模块用通用单片机代替了专用的asi通讯ic。
28.本实施例中，具体需要说明的是通信机理模块，所述通信机理模块采用 apm技术，将传输的数据转换成manchester编码进行传输，asi网络中只有 一个主站，各种报文的传递均在该主站和它所组态的从站中进行，主站通过 轮询的方式和从站之间进行通信，每次
主站向一个从站发出请求报文，从站 检测到是自己的报文后，向主站发出响应报文，主站收到这个响应报文后， 向下一个从站发出轮询请求，这样一直进行下去，对所有的从站轮询完毕， 主站从头开始下一轮的循环，主站和从站之间的操作控制过程分为三个阶段， 在每个阶段都有不同的控制任务，
29.a、初始化阶段，初始化的操作在离线的状态下进行，在线状态下，as-i 系统复位，也进入初始化阶段；
30.b、进入系统启动阶段后，所有被检测到的正确从站都进入激活状态；
31.c、进入正常的周期性数据交换和系统处理阶段。
32.本实施例中，具体需要说明的是报文模块，所述报文模块在asi网络中， 主站通过轮询的方式和从站之间进行通信，通信中的所有数据交换都是通过 报文的形式来实现，本发明中模块核心电路原理如图6所示，原理图中，j1 接到asi网络线缆上，分为asi+和asi俩根线。报文接收通路为：从j1 2脚 asi+经电感l4、保险f4、二极管d10，然后经由电容c17和电阻r11组成的 解耦电路，得到去掉直流成分的asi信号，再由u6(双运放ic)中的一个运 放为核心组成的滤波放大电路处理后，输出到由u4为核心组成的a相提取电 路提取出a相信号，由u5为核心组成的b相提取电路提取出b相信号，然后 分别输入到u3单片机的45脚和46脚，再由u3单片机软件进行后续的asi 信号解码，逻辑处理，报文回应处理等，同时，u3单片机还包括对现场执行 机构的各种传感器信号读取、输出由主站传输而来的控制信号到现场执行机 构，本发明中从站接收处理软件流程如图3所示，当捕捉到a相上升沿中断 时，接收到逻辑1放入缓存区，timer0启动计时，当捕捉到b相上升沿中断 时测得逻辑1对应的时间并放入缓存，timor0清0并收到逻辑0，当接收完 一帧数据时，根据缓存中收到的数据和对应的时间值解析出曼彻斯特编码数 据流，当曼彻斯特编码流解析成功时，解码曼彻斯特码，得到接收到的原始 数据，对数据进行校验，当数据校验成功时解析主站的请求指令，从站根据 指令，做相应的动作，对动作数据结果封装成回应报文，将回应报文存入缓 存，交由发送处理流程进行报文回应给主站，报文回应电路通路为：u3单片 机从19脚和18脚分别输出报文数据和载波信号到由u7为核心组成的调制电 路，经调制电路处理后，信号一路流经电阻r26输入到u6中另一个运放，运 放放大信号后输给q1驱动电路，由q1驱动，将信号经电阻r14、电阻r13、 二极管d2和d10、保险f4和电感l4之后，发送到asi线缆上传输给主站， 另外，u2为核心组成的稳压电路从asi+中提取出直流电压并稳压输出5v电 和u1稳压输出3.3v电给电路提供工作电源，本发明中从站回应报文数据发 送软件的流程如图4所示，将待发送的数据加入校验码，变成固定长度为7bit 的回应报文，将待发送数据编码成曼彻斯特码数据流，编码成曼彻斯特码流 后，每个数据bit的数据宽度变成固定的3us，长度为14bit，将数据放入发 送缓存区，并启动timer1进行发送数据位的数据宽度计时timer2产生调制 载波，在timer1的计时控制下，将14bit数据按3us的宽度一位位地从单片 机io口发送出去。
33.本实施例中，具体需要说明的是网络拓扑模块，所述网络拓扑模块asi 网络的结构能根据工厂以及现场的具体要求进行任何形式的连接，每个网段 的网络走线是线型，能有分支，树型结构是常用的结构之一，网络拓扑限制 是不能为环型，asi网络不需要终端电阻，主站和供电单元能放在asi网络中 的任何地方，对主站和每个从站来说，必须保证正常供电，电压降不能超过 所允许的值，能使用中继器扩展asi网络的长度，中继器把2个asi网
载波产生器(119)产生一高频载波信号也送入调制器(121)中，对发送的数据 波形进行调制，调制后的信号经放大器(122)后送到驱动器(123),驱动器再把 信号发送到asi+电缆上，回应报文给主站。
36.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。