專利名稱：一種帶無線冗余的時(shí)間觸發(fā)通信控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通信控制裝置，尤其是實(shí)現(xiàn)可靠性，實(shí)時(shí)性傳輸?shù)耐?信控制裝置。屬現(xiàn)場總線、分布式系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，自動控制領(lǐng)域，如汽車、飛機(jī)等開始采用分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。每 個(gè)電子裝置作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了獨(dú)立完成各自的控制功能外，還可以 為其它控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用了網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，簡化了布線，減少 了電氣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，使裝配工作更為簡化，同時(shí)也增加了信息傳 送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個(gè)電子控制裝置，讀取故障碼對其 進(jìn)行故障診斷，使設(shè)備維修工作變得更為簡單。
可以看到，目前節(jié)點(diǎn)間采用的通信控制器大多數(shù)是基于事件觸發(fā)的。這種 控制器成本低，節(jié)點(diǎn)接入總線簡單。但是，隨著人們對可靠性和實(shí)時(shí)性的要求 的提高，這種總線控制器顯示出諸多不足，如這種觸發(fā)方式信道帶寬不高； 傳輸確定性差；信道會由于高優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)出錯(cuò)而完全癱瘓等。
近來，有一些總線控制器開始采用時(shí)間觸發(fā)，其能夠具有更好的時(shí)間確定 性。但它的靈活性不及事件觸發(fā)總線。為了實(shí)現(xiàn)一定的靈活性，各種時(shí)間觸發(fā) 總線協(xié)議都用犧牲一定實(shí)時(shí)性和復(fù)雜度的方法加入事件信息發(fā)送機(jī)制。同時(shí)附 帶增加了兩種機(jī)制的轉(zhuǎn)換判斷。另外其時(shí)間同步機(jī)制是決定時(shí)間觸發(fā)總線性能 優(yōu)劣的主導(dǎo)因素，通常要采用復(fù)雜的外部時(shí)鐘同步設(shè)備實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的同步， 而且還要在總線上加入總線監(jiān)控邏輯阻止那些誤發(fā)送信息。這大大增加了系統(tǒng) 的開發(fā)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了克服上述不足，本實(shí)用新型提供一種新型的采用時(shí)間觸發(fā)方式，采用 無線冗余的通信控制器設(shè)計(jì)方案。該通信控制器應(yīng)用于可靠性，實(shí)時(shí)性及靈活 性要求較高的自動控制領(lǐng)域，以滿足該領(lǐng)域的通信需求。
本實(shí)用新型所提出的帶無線冗余的時(shí)間觸發(fā)通信控制器主要由主控芯片， 總線收發(fā)器、無線收發(fā)器、電源模塊和存儲模塊組成。
本實(shí)用新型通信控制器的主控芯片采用Philips公司推出的ARM芯片 LPC2119。該芯片屬于ARM7系列。這款芯片內(nèi)嵌實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可以省去外部時(shí) 鐘電路?？偩€收發(fā)器采用TI公司生產(chǎn)總線驅(qū)動芯片SN65HVD33，該芯片是一 款完全符合工業(yè)RS485協(xié)議的總線驅(qū)動芯片。無線收發(fā)器采用TI公司生產(chǎn)的 433MHz的無線數(shù)字收發(fā)器CC1100。電源模塊采用220V交流轉(zhuǎn)9V的變壓器模 塊、9V轉(zhuǎn)5V的穩(wěn)壓芯片LM7805、 5V轉(zhuǎn)3.3V的穩(wěn)壓芯片LM1117-3.3及5V 轉(zhuǎn)1.8V的穩(wěn)壓芯片LM1117-1.8。存儲模塊采用雙口RAM，存儲主機(jī)的命令及 總線上待發(fā)送和已接收的數(shù)據(jù)。與主機(jī)的接口芯片采用具有256字節(jié)的雙口 RAMDS1609。該芯片僅24引腳封裝，接口簡單。
本實(shí)用新型的軟件主要完成通信幀設(shè)計(jì)，MAC層無線冗余調(diào)度算法設(shè)計(jì)， 與上層通信接口設(shè)計(jì)，時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)，時(shí)鐘修正設(shè)計(jì)等。
本實(shí)用新型的有益效果是
采用無線信道做冗余，提高了時(shí)間觸發(fā)總線的靈活性。通過不同的傳輸方 式，實(shí)現(xiàn)總線的冗余傳輸，得到更為可靠的通信效果。無線的采用可以使分布 式系統(tǒng)應(yīng)用到更為惡劣的環(huán)境。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。圖中標(biāo)號2代表網(wǎng)絡(luò)通信接口與主機(jī)的接 口，標(biāo)號8代表通信線路，標(biāo)號9代表天線。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路設(shè)計(jì)及連線圖。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的通信結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的控制器軟件分層示意圖。
具體實(shí)施方式

參照附圖1，本實(shí)用新型一種帶無線冗余的時(shí)間觸發(fā)通信控制器的實(shí)施例由 一塊主控芯片4，總線收發(fā)電路6，無線收發(fā)電路7和網(wǎng)絡(luò)通信接口電路1和電 源電路10組成。由于選用的主控芯片的功能強(qiáng)大，時(shí)鐘同步功能3和數(shù)據(jù)暫存 功能5都使用主控芯片的內(nèi)部資源來完成。時(shí)鐘同步功能采用控制器內(nèi)部自帶 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，數(shù)據(jù)暫存功能則由芯片內(nèi)部的內(nèi)存完成。
本實(shí)用新型的實(shí)施例中，主控芯片與總線收發(fā)電路連接，控制總線上數(shù)據(jù) 按照時(shí)間周期性的發(fā)送和接收。與此同時(shí)，主控芯片也控制無線收發(fā)電路，收 發(fā)與總線相同的信息實(shí)現(xiàn)信息的冗余。主控芯片通過網(wǎng)絡(luò)通信接口電路與主機(jī) 進(jìn)行交互，將主機(jī)需要的數(shù)據(jù)上傳到主機(jī)，將主機(jī)希望傳送的網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)讀 取下來。主控芯片內(nèi)部的時(shí)鐘同步單元周期性的更新系統(tǒng)時(shí)間，讓通信控制器 得到動作的時(shí)基。主控芯片將工作中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)緩存到自己的內(nèi)存中，用 于計(jì)算、打包、拆包等操作。電源電路為整個(gè)實(shí)施例中的各個(gè)單元提供電源。 主控芯片需要3.3V和1.8V電壓?？偩€收發(fā)器，無線收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)接口電路都 只需要3.3V電壓。這些都由電源電路供給。
附圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路連線圖。主控芯片Ul與總線收發(fā)器U3 通過圖中所示的RX1和TX1引腳連接。主控芯片Ul與無線收發(fā)器U4之間采用 標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行通信協(xié)議進(jìn)行通信，連接數(shù)據(jù)輸入引腳，數(shù)據(jù)輸出引腳，時(shí)鐘
引腳和片選引腳共4根線。主控芯片與用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信接口的雙口 RAM芯片 U2之間需要連接8根數(shù)據(jù)線AD7A AD0A，片選引腳CE，輸出使能引腳0E和寫 使能引腳WE。電源穩(wěn)壓芯片IC3將外部輸入的9V電壓穩(wěn)到5V，然后電源穩(wěn)壓 芯片IC1和IC2再將此電壓降到3. 3V和1. 8V供其他電路使用。
若干個(gè)本實(shí)用新型的實(shí)施例連接成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)的形式如附圖3中 所示。圖中所示是一種總線式拓?fù)?，本?shí)用新型的實(shí)施例也可以連接成星形拓 撲。本實(shí)用新型通信控制器與實(shí)現(xiàn)具體功能的主節(jié)點(diǎn)連接后，組成一個(gè)完整的 分布式系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)被正確安裝后，可完成特定的功能。節(jié)點(diǎn)通過向 總線上發(fā)送基于時(shí)間觸發(fā)的周期性的狀態(tài)信息，通知其他節(jié)點(diǎn)自己的狀態(tài)。節(jié) 點(diǎn)可以從總線上獲取其他節(jié)點(diǎn)為自己提供的信息，也可以為別的節(jié)點(diǎn)提供信息。 大型任務(wù)被分散到若干個(gè)節(jié)點(diǎn)中執(zhí)行，降低了對單個(gè)節(jié)點(diǎn)硬件的要求，節(jié)約了 成本。如果有一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，其他節(jié)點(diǎn)可以及時(shí)知道并將其從總線中去 除，從而保證系統(tǒng)仍然能夠正常運(yùn)行。這樣會比由單個(gè)節(jié)點(diǎn)完成的系統(tǒng)可靠性 高。
圖4中是本實(shí)用新型通信控制器內(nèi)主要完成的軟件程序。當(dāng)本通信控制器 上電后，會對自身和無線收發(fā)器進(jìn)行初始化配置。對自身的配置包括調(diào)用設(shè)計(jì) 好的時(shí)間觸發(fā)的靜態(tài)信息描述表，該表內(nèi)保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息收發(fā)順序；對無 線收發(fā)器的初始化配置包括復(fù)位，配置收發(fā)頻率，配置收發(fā)功率表等。完成初 始化工作之后，便開始按照信息描述表的順序接收或者發(fā)送信息。主機(jī)會將待 發(fā)送的信息預(yù)存到通信網(wǎng)絡(luò)接口中。當(dāng)輪到本通信控制器發(fā)送信息時(shí)，通信控 制器從通信網(wǎng)絡(luò)接口得到數(shù)據(jù)并立即分配給總線收發(fā)器和無線收發(fā)器進(jìn)行發(fā) 送。其他控制器收到該信息之后會在內(nèi)部對信息進(jìn)行比較，總線上的數(shù)據(jù)優(yōu)先 級高，當(dāng)無線收發(fā)器和總線收發(fā)器收到不同的信息后，總線數(shù)據(jù)被控制器采用。
系統(tǒng)的時(shí)間由主控芯片的實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生，使上述過程具有可靠的時(shí)基。主控芯 片根據(jù)系統(tǒng)接收到的信息對本地時(shí)基進(jìn)行修正，來保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)基的一致性。
權(quán)利要求1.一種通信控制器，基于時(shí)間觸發(fā)方式進(jìn)行通信。其特征為采用一塊主控芯片，帶有無線冗余信道，采用通信網(wǎng)絡(luò)接口與主機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)本地時(shí)基與網(wǎng)絡(luò)的同步；所述主控芯片，實(shí)現(xiàn)時(shí)間觸發(fā)調(diào)度算法，在總線上實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間觸發(fā)的通信，周期性的傳輸狀態(tài)信息。所述無線冗余信道，采用無線收發(fā)器，由主控芯片進(jìn)行調(diào)度，作為對總線的備份信道，提高通信系統(tǒng)的可靠性。所述通信網(wǎng)絡(luò)控制接口采用雙口RAM實(shí)現(xiàn)，主機(jī)和所述控制器可分別對此接口進(jìn)行存取操作，此接口具有數(shù)據(jù)暫存能力。所述本地時(shí)基由實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生，主控芯片通過網(wǎng)絡(luò)上接收到的信息對本地時(shí)基進(jìn)行修正，以達(dá)到與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局時(shí)間一致的效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信控制器，其特征是所述通信控制器的主控芯片與總線收發(fā)器和無線 收發(fā)器相連接，主控芯片連接雙口 RAM的一個(gè)控制端，主機(jī)連接雙口 RAM的另外一個(gè)控制端。無線收 發(fā)器配置外置天線。總線收發(fā)器連接到采用雙絞線材料的總線上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信控制器，其特征是所述通信控制器應(yīng)用在可靠性實(shí)時(shí)性要求高的自 動控制領(lǐng)域中，作為一個(gè)分布式系統(tǒng)的通信節(jié)點(diǎn)，需要與完成實(shí)際測量執(zhí)行功能的主機(jī)一同組成完整節(jié)點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型帶無線冗余的時(shí)間觸發(fā)通信控制器主要包括主控芯片，總線收發(fā)器，無線收發(fā)器，通信網(wǎng)絡(luò)接口，時(shí)鐘單元，暫存單元和電源模塊。主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)性可靠性要求較高的采用分布式控制的領(lǐng)域，如汽車，飛機(jī)內(nèi)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為為通信提供一條無線信道，實(shí)現(xiàn)對總線系統(tǒng)的冗余，可靠性高。采用時(shí)間觸發(fā)的通信方式，保證總線上各節(jié)點(diǎn)了解其他節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，便于系統(tǒng)查錯(cuò)和容錯(cuò)。通信控制器和主機(jī)對通信網(wǎng)絡(luò)接口都具有控制權(quán)，數(shù)據(jù)存取方便。通信控制器通過總線上的信息對本地時(shí)基進(jìn)行修正，保證本地時(shí)間與全局時(shí)間同步，保證時(shí)間觸發(fā)的有序性。本實(shí)用新型通信控制器提高了原有系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
文檔編號H04L7/00GK201191843SQ20082005761
公開日2009年2月4日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者穎 云, 劉薇薇, 艾春麗 申請人:艾春麗;劉薇薇;云 穎