專利名稱：基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置和方法
技術領域：
本發明涉及工業控制技術，尤其涉及一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置和方法。
背景技術：
高級數據鏈路控制(High-Level Data Link Control,以下簡稱:HDLC),是一個在同步網上傳輸數據、面向比特的數據鏈路層協議。HDLC是面向比特的數據鏈路控制協議的典型代表，具有如下的優點:該協議不依賴于任何一種字符編碼集；數據報文可透明傳輸，用于實現透明傳輸的“O比特插入法”易于硬件實現；另外，HDLC支持全雙工通信，具有較高的數據鏈路傳輸效率；所有HDLC的數據幀采用CRC檢驗，對信息幀進行順序編號，可防止漏收或重發，傳輸可靠性高；以及HDLC將傳輸控制功能與處理功能分離，具有較大靈活性。由于HDLC的上述優點，使其廣泛應用于工業控制領域，尤其是在機車、電力等領域都有著廣泛的應用。在HDLC應用的工業控制領域中，通常需要進行大量的開關量數據采集，通常需要為每一個采集的開關量都設置對應的采集設備和轉換設備，以將采集到的開關量信號轉換為適合在HDLC鏈路上傳送的數據，設備結構復雜，不適應于目前工業控制領域中對設備小型化的需求。

發明內容
本發明提供一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置和方法，用于適應目前工業控制領域中對設備小型化的需求。本發明提供了一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置，包括集成在同一電路芯片上的數字量采集模塊、中央處理模塊和高級數據鏈路控制收發器，其中，所述數字量采集模塊用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號后，向中央處理模塊發送；所述中央處理模塊，與所述數字量采集模塊連接，用于接收所述一個以上的二進制數字信號，以及根據所述一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀；所述高級數據鏈路控制收發器用于向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀。本發明實施例提供的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置和方法，其可以使用在同一電路芯片上集成的數字量采集模塊、中央處理模塊和HDLC收發器來實現，數字量采集模塊能夠采集一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號，然后由中央處理模塊根據一個以上的二進制數字信號生成HDLC數據幀，HDLC收發器將所述HDLC數據幀發送，實現了在一個電路芯片上完成對多個外部設備的開關量的采集和發送，滿足了目前對于設備小型化的需求，同時也降低了設備功耗，易于實現。


圖1為本發明基于HDLC的數字量輸入裝置的結構示意圖；圖2為圖1所示實施例中中央處理模塊的結構示意圖；圖3為本發明基于HDLC的數字量輸入方法的流程示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種基于HDLC的數字量輸入裝置和方法，圖1為本發明基于HDLC的數字量輸入裝置的結構示意圖，如圖1所示，該基于HDLC的數字量輸入裝置包括集成在同一電路芯片上的數字量采集模塊11、中央處理模塊12和HDLC收發器13，其中，所述數字量采集模塊11用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號后，向中央處理模塊12發送；所述中央處理模塊12，與所述數字量采集模塊11連接，用于接收所述一個以上的二進制數字信號，以及根據所述一個以上的二進制數字信號生成HDLC數據幀；所述HDLC收發器13用于向HDLC總線發送所述HDLC數據幀。本發明上述實施例提供的技術方案，其中在同一電路芯片上集成了數字量采集模塊11、中央處理模塊12和HDLC收發器13，數字量采集模塊11能夠采集一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號，然后由中央處理模塊根據一個以上的二進制數字信號生成HDLC數據幀，HDLC收發器發送所述HDLC數據幀，實現了在一個電路芯片上完成對多個外部設備的開關量的采集和發送，滿足了目前對于設備小型化的需求，同時也降低了設備功耗，易于實現。本發明上述實施例中，其中的數字量采集模塊可以是與一個外部設備的多個開關連接，也可以是和分布在不同外部設備上的多個開關連接，對于數字量采集模塊采集到的開關量信號，其電平等級可以有所不同，即一個以上的開關量信號包括多種電平等級的開關量信號，而數據量采集模塊具體用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，將采集的多種電平等級的開關量信號轉換為預定電平的二進制數字信號，并向中央處理模塊發送。例如，對于米集到的第一開關量信號為OV和55V,第二開關量信號為OV和110V，第三開關量信號為OV和220V，數據量采集模塊對于非零的開關量信號可以都轉換為5V，這樣也可以方便后續的中央處理模塊的處理。另外，對于上述實施例中的中央處理模塊12，如圖2所示，其具體的可以包括信號處理單元121、中央處理單元122和數據幀生成單元123，其中的信號處理單元121主要是起濾波作用，用于對數字量采集模塊轉換成的一個以上的二進制數字信號進行濾波處理，減小外界干擾對信號造成的影響；中央處理單元122，與所述信號處理單元121連接，用于從所述濾波處理后的一個以上的二進制數字信號中提取狀態值，具體的，可以是在某一時亥IJ，對一個以上的二進制信號進行提取，獲取各個二進制信號對應的開關的狀態值，對于狀態值為非零的二進制信號，則其對應的開關處于閉合狀態，對于狀態值為零的二進制信號，其對應的開關處于斷開狀態，因此，該狀態值對應著某一時刻各個檢測開關對象的狀態，具體的，可以根據用戶的設定，每間隔一段時間獲取上述狀態值。數據幀生成單元123用于將所述中央處理單元提取的狀態值寫入到HDLC數據幀的數據字段中，生成HDLC數據幀，以使HDLC數據幀中攜帶各個開關的狀態值。具體的，對于一個HDLC數據幀，其可以包括地址字段(ADDRESS)、控制字段(CONTROL)、數據字段(DATA)和幀校驗字段(frame check sequence,以下簡稱:FCS)，其中DATA字段的長度可以為O 128字節，本實例中可以使用數據字段中的每一個位代表一個開關對象的狀態，在上述數據量采集的基礎上，將其寫入到HDLC數據幀中，以使用HDLC數據幀傳輸各個檢測開關對象的狀態值。本發明上述實施例中生成的HDLC數據幀，其同樣為二進制數字量，對應的HDLC的標準信號可以是使用OV表示O，5V表示I。本實施例中，HDLC收發器可以是將HDLC數據幀的標準信號轉換為差分信號后向HDLC控制總線發送，該差分信號使用2.5V表示1，用-2.5V表不O,該技術方案可以提高傳輸信號的抗電磁干擾能力。本發明實施例還提供了一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法，圖3為本發明基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法實施例的流程示意圖，如圖3所示，其包括如下的步驟:步驟101、通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號；步驟102、根據所述一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀；步驟103、向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀。本發明實施例提供的技術方案，其中可以使用在同一電路芯片上集成數字量采集模塊、中央處理模塊和HDLC收發器來實現，數字量采集模塊能夠執行上述的步驟101，采集一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號，然后由中央處理模塊根據一個以上的二進制數字信號生成HDLC數據幀，HDLC收發器將所述HDLC數據幀發送，實現了在一個電路芯片上完成對多個外部設備的開關量信號的采集和發送，滿足了目前對于設備小型化的需求，同時也降低了設備功耗，易于實現。本發明上述實施例中，其中步驟101中的采集的一個以上的開關量信號包括多種電平等級的開關量信號，該步驟可以具體為:將采集的所述多種電平等級的、一個以上的開關量信號轉換為預定電平的、一個以上的二進制數字信號，即每一個二進制數字信號和一個開關量信號對應，也和一個檢測開關對象相對應。另外，本發明上述實施例中，其中步驟102中的根據一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀可以具體為:對轉換生成的一個以上的二進制數字信號進行濾波處理，上述的二進制數字信號可以由數字量采集模塊轉換生成；從所述濾波處理后的一個以上的二進制數字信號中提取狀態值，該步驟可以由中央處理單元執行，其中提取的每一個狀態值對應一個開關對象的狀態；將上述提取的狀態值寫入到高級數據鏈路控制數據幀的數據字段中，生成高級數據鏈路控制數據幀。另外，本發明上述實施例中，其中的步驟103中的向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀可以具體為:將攜帶所述高級數據鏈路控制數據幀的標準信號轉換為差分信號后向高級數據鏈路控制總線發送。本發明上述實施例中，其中的中央處理模塊可以是由一個可編程邏輯控制器實現，并且可以將中央處理模塊、數字量采集模塊和HDLC收發器集成到一個電路芯片上，使得設備結構小型化，適應了目前的對設備結構小型化的需求，同時也降低了設備功耗，易于實現。最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
權利要求
1.一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置，其特征在于，包括集成在同一電路芯片上的數字量采集模塊、中央處理模塊和高級數據鏈路控制收發器，其中，所述數字量采集模塊用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號，并向中央處理模塊發送；所述中央處理模塊，與所述數字量采集模塊連接，用于接收所述一個以上的二進制數字信號，以及根據所述一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀；所述高級數據鏈路控制收發器與所述中央處理模塊連接，用于向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀。
2.根據權利要求1所述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置，其特征在于，所述數字量采集模塊采集的一個以上的開關量信號包括多種電平等級的開關量信號，所述數字量采集模塊具體用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，將采集的所述多種電平等級的開關量信號轉換為預定電平的二進制數字信號，并向中央處理模塊發送。
3.根據權利要求1或2所述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置，其特征在于，所述中央處理器模塊包括: 信號處理單元，用于對所述數字量采集模塊轉換成的一個以上的二進制數字信號進行濾波處理； 中央處理單元，與所述信號處理單元連接，用于從所述濾波處理后的一個以上的二進制數字信號中提取狀態值； 數據幀生成單元，用于將所述中央處理單元提取的狀態值寫入到高級數據鏈路控制數據幀的數據字段中，生成高級數據鏈路控制數據幀。
4.根據權利要求1或2所 述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置，其特征在于，所述高級數據鏈路控制收發器用于將攜帶所述高級數據鏈路控制數據幀的標準信號轉換為差分信號，并向高級數據鏈路控制總線發送。
5.一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法，其特征在于，包括: 通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號； 根據所述一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀； 向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀。
6.根據權利要求5所述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法，其特征在于，所述采集的一個以上的開關量信號包括多種電平等級的開關量信號，將一個以上的開關量信號轉換為對應的一個以上的二進制數字信號包括: 將采集的所述多種電平等級的、一個以上的開關量信號轉換為預定電平的、一個以上的二進制數字信號。
7.根據權利要求5或6所述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法，其特征在于，所述根據所述一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀包括: 對轉換生成的一個以上的二進制數字信號進行濾波處理； 從所述濾波處理后的一個以上的二進制數字信號中提取狀態值； 將所述狀態值寫入到高級數據鏈路控制數據幀的數據字段中，生成高級數據鏈路控制數據幀。
8.根據權利要求5或6所述的基于高級數據鏈路控制的數字量輸入方法，其特征在于，所述向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀包括: 將攜帶所述高級數據鏈路控制數據幀的 標準信號轉換為差分信號后向高級數據鏈路控制總線發送。
全文摘要
本發明提供一種基于高級數據鏈路控制的數字量輸入裝置和方法，其中裝置包括集成在同一電路芯片上的數字量采集模塊、中央處理模塊和高級數據鏈路控制收發器，其中，數字量采集模塊用于通過外部輸出通道接收外部設備的一個以上的開關量信號，并將其轉換為對應的一個以上的二進制數字信號后，向中央處理模塊發送；中央處理模塊，與數字量采集模塊連接，用于接收所述一個以上的二進制數字信號，以及根據一個以上的二進制數字信號生成高級數據鏈路控制數據幀；高級數據鏈路控制收發器用于向高級數據鏈路控制總線發送所述高級數據鏈路控制數據幀。本發明還提供了對應的裝置。本發明的技術方案能夠適應目前工業控制領域中對設備小型化的需求。
文檔編號H04L29/08GK103200210SQ201210004708
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者杜振環, 楊冬 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發中心