專利名稱：總線通訊系統及該系統實現故障檢測的方法
技術領域：
本發明涉及一種總線技術，具體的說涉及一種總線通訊系統及該系統實現故障檢測的方法。
背景技術：
總線技術(例如RS-485總線、CAN總線等)廣泛應用于工業、交通、航天、醫療、商業等領域。通常一個總線通訊系統可以有數十到上百個通訊節點。為了布線方便和經濟性，絕大多數總線在電氣結構上采用線形并行結構，即所有節點都并連接在一條或兩條共享信號線上(除了地線外)進行數據發送和接收。
線形并行總線結構也存在其固有弱點，即當總線上一個節點發生短路故障，若不能得到及時有效的處理，往往會導致整個總線系統無法正常工作，而短路點的快速(實時)準確定位目前還是一個技術難題。現有技術中出現了一系列實時在線檢測技術，其主要做法是在原有通訊系統中注入檢測信號，如果系統出現故障，這些注入的檢測信號會被故障點反射，根據這些反射信號可以判斷故障點的位置和性質(短路、斷路等等)。在給定條件下，這些檢測技術可以達到實時在線故障檢測的目的。但是這些在線檢測技術還存在的主要問題為一、注入的檢測信號與原有系統的通訊信號之間相互干擾的問題，既影響了通訊效果，也降低了故障檢測的效果；二、針對不同的系統，需要對檢測信號兼容性設計，使干擾降到最低，沒有通用性，且同樣存在干擾性問題。三、針對不同的系統可以對檢測信號進行單獨設計，但此種方式設計成本較高。中國專利號“97193980. 2”公開了一種總線修補器，
公開日為1999年6月23日，包括一個與總線一起使用的協議觀測器，一個用來檢測總線上已知故障標志的狀態機，和一個適用于在總線上干擾以防止具有這些標志的故障出現的干擾器。使用這樣一個裝置的系統包括一個總線，一個連接到該總線上的第一代理模塊，一個連接到該總線上，用于按照一個總線協議向第一代理模塊通信的第二代理模塊，和連接到總線上的總線修補器，用來監測從第二代理模塊到第一代理模塊的通信以識別將會引起該裝置中一個錯誤的一個事件，并用來通知該通信該事件已被避免。協議觀測器，狀態機和/或干擾器中的任一個都可以是可編程的。此專利技術只適用于電腦內部的總線結構，且該裝置中的故障是指系統中的邏輯錯誤所引起的故障。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的總線故障檢測存在的上述問題，提供一種總線通訊系統及該系統實現故障檢測的方法，本發明使檢測信號與通訊信號融為一體，徹底解決了檢測信號與系統原有的通訊信號之間相互干擾的問題，且故障檢測的方法具有普適性，適用于目前常見的總線通訊系統及通訊協議。為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下一種總線通訊系統，包括總線通訊協議，其特征在于所述總線通訊協議包括用于故障檢測和系統同步的同步序列，所述同步序列為脈沖序列。所述同步序列為通訊協議中的物理層和鏈路層預先約定的一個脈沖序列，且所述同步序列為不全部為O或者不全部為I的序列。本發明還包括用于發出同步序列的第一附加處理器和在總線通訊系統中選取的控制節點；所述第一附加處理器的一端與選取的控制節點連接并檢測同步序列的故障回波，另一端連接到總線。本發明還包括第二附加處理器，所述第二附加處理器用于檢測同步序列并實現系統同步，一端與總線中除控制節點外的其他節點連接，另一端與總線連接。
所述第一附加處理器包括將同步序列信號注入總線系統的發射器和檢測由故障引起的同步序列回波的接收器。
所述第二附加處理器包括檢測由第一附加處理器發出的同步序列并達到幀同步的接收器。一種總線通訊系統實現實時在線故障檢測的方法，其特征在于，包括如下步驟
a、選定一個節點作為控制節點，將第一附加處理器連接到選定的控制節點；
b、在每一個數據包的幀起始位置，由所述控制節點控制第一附加處理器發出一個同步序列；
C、在有故障發生時，所述第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況；
d、在沒有故障發生時，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。所述a步驟中，控制節點選定為總線通訊系統中的任一節點，優選為位于總線最外端的節點。本發明的方法還包括在b步驟和c步驟之間，將總線上除控制節點外的各節點進行同步的步驟，具體過程為第二附加處理器接收第一附加處理器發出的同步序列，各節點根據第二附加處理器接收到的同步序列進行同步。所述b步驟中，由所述控制節點控制第一附加處理器的發射器發出一個同步序列；所述c步驟中，所述第一附加處理器的接收器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點。采用本發明的優點在于
一、本發明總線通訊系統，包括總線通訊協議，總線通訊協議包括用于故障檢測和系統同步的同步序列，所述同步序列為脈沖序列，使檢測信號與通訊信號融為一體，徹底解決了檢測信號與系統原有的通訊信號之間相互干擾的問題。二、本發明中的檢測系統包括用于發出同步序列的第一附加處理器和在總線通訊系統中選取的控制節點；所述第一附加處理器的一端與選取的控制節點連接并檢測同步序列的故障回波，另一端連接到總線，當系統發生故障，所述同步序列立即起到故障檢測及定位的作用，因此完全解決了系統中檢測信號與通訊信號之間相互兼容的問題，進一步說，由同步序列完成同步，與原有系統相比，提高了系統在低信噪比環境下可靠工作的能力。三、本發明中的檢測系統，所述第一附加處理器包括將同步序列信號注入總線系統的發射器和檢測由故障引起的同步序列回波的接收器，同步和檢測均由第一附加處理器發出的同步序列來完成，便于設計，無相互干擾問題，不需要另外設計系統就可以使系統具備在線故障檢測功能。四、本發明中的檢測系統還包括第二附加處理器，所述第二附加處理器用于檢測同步序列并實現系統同步，一端與總線中除控制節點外的其他節點連接，另一端與總線連接，同步序列在系統正常工作時起到同步的功能，所述第二附加處理器包括檢測由第一附加處理器發出的同步序列并達到幀同步的接收器，使每個節點的同步性能更好。五、與現有注入式在線檢測方法相比，本發明對現有的總線系統不需要單獨設計檢測信號，通用性更高，適用范圍更廣。六、本發明中的第一附加處理器和第二附加處理器，可以根據實際需要進行配置，既增加了系統安裝和配置的靈活性，也可以進一步降低成本。
七、本發明中，所述同步序列為通訊協議中的物理層和鏈路層預先約定的一個脈沖序列，且所述同步序列為不全部為O或者不全部為I的序列，使第二附加處理器更容易捕捉同步信號，抗干擾能力更強。


圖I為現有的DMX512協議幀結構圖 圖2為現有的CAN總線協議幀結構圖
圖3為本發明實施例3、實施例4及實施例5中的數據包幀結構示意圖 圖4為本發明實施例2、實施例4中DMX512數據包幀結構示意圖 圖5為本發明實施例2、實施例4中CAN數據包幀結構示意圖 圖6為本發明實施例3結構示意圖 圖7為本發明實施例4結構示意圖 圖8為本發明實施例5結構示意圖
具體實施例方式實施例I
一種總線通訊系統，包括總線通訊協議，總線通訊協議包括用于故障檢測和系統同步的同步序列，所述同步序列為脈沖序列。本發明中，所述同步序列為通訊協議中的物理層和鏈路層預先約定的一個脈沖序列。實施例2
一種總線通訊系統，包括總線通訊協議，所述總線通訊協議包括同步序列，所述同步序列替換原協議幀結構的幀起始信號。如圖4所示的DMX512數據包中，同步序列替換了原有幀結構中的幀起始標志。如圖5所示的CAN數據包中，同步序列替換了原有幀結構中的幀起始碼。本實施例中，DMX512協議和CAN協議只是用來舉例以方便說明,本發明并不局限于這兩種協議的應用。實施例3一種總線通訊系統，包括用于發出同步序列的第一附加處理器和在總線通訊系統的節點中選取的控制節點；所述第一附加處理器的一端與選取的控制節點連接并檢測同步序列的故障回波，另一端連接到總線。所述同步序列為通訊協議中的物理層和鏈路層預先約定的一個脈沖序列。本發明的優選實施方式為，所述同步序列不可以全部為O或者全部為I的序列。進一步優選為，所述同步序列不可以為01或10的單調重復序列。本發明的又一優選實施方式為，所述第一附加處理器包括將同步序列信號注入總線系統的發射器和檢測由故障引起的同步序列回波的接收器。一種總線通訊系統實現故障檢測的方法，包括如下步驟
a、選定一個節點作為控制節點，將第一附加處理器連接到選定的控制節點；
b、在每一個數據包的幀起始位置，由所述控制節點控制第一附加處理器發出一個同步序列；此方式中，第一附加處理器發出的同步序列如圖3所示，所述同步序列設置在原有協議幀結構之前。C、在有故障發生時，所述第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況，主要根據故障回波的波形及時延來判斷，故障情況包括故障的性質(短路或開路)及故障的位置；
d、在沒有故障發生時，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。所述a步驟中，控制節點選定為總線通訊系統中的任一節點，優選為位于總線最外端的節點。本發明的優選實施方式為，所述b步驟中，由所述控制節點控制第一附加處理器的發射器發出一個同步序列。本發明的又一優選實施方式為，所述c步驟中，所述第一附加處理器的接收器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點。如圖6所示，在沒有故障發生時，第一附加處理器發出的同步序列在總線終端均被終端匹配電阻吸收，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。在故障發生時，發出的同步序列在故障位置產生故障回波，第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況。實施例4
一種總線通訊系統，包括用于發出同步序列的第一附加處理器和在總線通訊系統中選取的控制節點；所述第一附加處理器的一端與選取的控制節點連接并檢測同步序列的故障回波，另一端連接到總線。本發明還包括第二附加處理器，所述第二附加處理器用于檢測同步序列并實現系統同步，一端與總線中除控制節點外的其他節點連接，另一端與總線連接。本發明的優選實施方式為，所述同步序列不可以全部為O或者全部為I的序列。進一步優選為，所述同步序列不可以為01或10的單調重復序列。本發明的又一優選實施方式為，所述第一附加處理器包括將同步序列信號注入總線系統的發射器和檢測由故障引起的同步序列回波的接收器。
本發明的又一優選實施方式為，所述第二附加處理器包括檢測由第一附加處理器發出的同步序列并達到幀同步的接收器。本實施方式中，第一附加處理器和第二附加處理器進一步地優選為，采用節點與附加處理器集成的方式。一種總線通訊系統實現故障檢測的方法，包括如下步驟
a、選定一個節點作為控制節點，將第一附加處理器連接到選定的控制節點；
b、在每一個數據包的幀起始位置，由所述控制節點控制第一附加處理器發出一個同步序列；此方式中，第一附加處理器發出的同步序列可以如圖3所示，既所述同步序列設置在原有協議幀結構之前；或者，第一附加處理器發出的同步序列替換原有協議幀結構的幀起始信號，例如，在圖4中替換DMX512協議中的幀起始標志，在圖5的CAN協議中替換原有幀結構中的幀起始碼。
C、在有故障發生時，所述第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況，主要根據故障回波的波形及時延來判斷，故障情況包括故障的性質(短路或開路)及故障的位置；
d、在沒有故障發生時，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。所述a步驟中，控制節點選定為總線通訊系統中的任一節點，優選為位于總線最外端的節點。本發明還包括在b步驟和c步驟之間，將總線上除控制節點外的各節點進行同步的步驟，具體過程為第二附加處理器接收第一附加處理器發出的同步序列，各節點根據第二附加處理器接收到的同步序列進行同步。本發明的優選實施方式為，所述b步驟中，由所述控制節點控制第一附加處理器的發射器發出一個同步序列。本發明的又一優選實施方式為，所述c步驟中，所述第一附加處理器的接收器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點。如圖7所示，在除選定的控制節點外的其它節點上，都設置有第二附加處理器。在沒有故障發生時，各節點根據第二附加處理器接收到的同步序列進行同步，發出的同步序列在總線終端均被終端匹配電阻吸收，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。在故障發生時，發出的同步序列在故障位置產生故障回波，第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況。本實施例中，DMX512協議和CAN協議只是用來舉例以方便說明，本發明并不局限于這兩種協議的應用。實施例5
本實施例與上述實施例基本相同，主要區別在于節點選擇性設置第二附加處理器。如圖8所示，除控制節點外的各節點，可以選擇性地設置第二附加處理器，沒有設置第二附加處理器的節點，同步性由原有協議中的幀同步信號來完成。此種方式主要是針對現有的系統進行改進。此方式中，第一附加處理器發出的同步序列如圖3所示，所述同步序列設置在原有協議幀結構之前。
權利要求
1.一種總線通訊系統，包括總線通訊協議，其特征在于所述總線通訊協議包括用于故障檢測和系統同步的同步序列，所述同步序列為脈沖序列。
2.根據權利要求I所述的總線通訊系統，其特征在于所述同步序列為通訊協議中的物理層和鏈路層預先約定的一個脈沖序列，且所述同步序列為不全部為O或者不全部為I的序列。
3.根據權利要求I或2所述的總線通訊系統，其特征在于還包括用于發出同步序列的第一附加處理器和在總線通訊系統中選取的控制節點；所述第一附加處理器的一端與選取的控制節點連接并檢測同步序列的故障回波，另一端連接到總線。
4.根據權利要求3所述的總線通訊系統，其特征在于還包括第二附加處理器，所述第二附加處理器用于檢測同步序列并實現系統同步，一端與總線中除控制節點外的其他節點連接，另一端與總線連接。
5.根據權利要求4所述的總線通訊系統，其特征在于所述第一附加處理器包括將同步序列信號注入總線系統的發射器和檢測由故障引起的同步序列回波的接收器。
6.根據權利要求4或5所述的總線通訊系統，其特征在于所述第二附加處理器包括檢測由第一附加處理器發出的同步序列并達到幀同步的接收器。
7.一種總線通訊系統實現實時在線故障檢測的方法，其特征在于，包括如下步驟 a、選定一個節點作為控制節點，將第一附加處理器連接到選定的控制節點； b、在每一個數據包的幀起始位置，由所述控制節點控制第一附加處理器發出一個同步序列； C、在有故障發生時，所述第一附加處理器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點，控制節點根據故障回波的信息判斷故障情況； d、在沒有故障發生時，第一附加處理器未接收到同步序列的故障回波，控制節點判斷為沒有故障發生。
8.根據權利要求7所述的總線通訊系統實現實時在線故障檢測的方法，其特征在于還包括在b步驟和c步驟之間，將總線上除控制節點外的各節點進行同步的步驟，具體過程為第二附加處理器接收第一附加處理器發出的同步序列，各節點根據第二附加處理器接收到的同步序列進行同步。
9.根據權利要求7或8所述的總線通訊系統實現實時在線故障檢測的方法，其特征在于所述a步驟中，控制節點選定為總線通訊系統中的任一節點。
10.根據權利要求7或8所述的總線通訊系統實現實時在線故障檢測的方法，其特征在于所述b步驟中，由所述控制節點控制第一附加處理器的發射器發出一個同步序列；所述c步驟中，所述第一附加處理器的接收器接收同步序列的故障回波并將接收到故障回波的信息發送到控制節點。
全文摘要
本發明公開了一種總線通訊系統及該系統實現故障檢測的方法，總線通訊系統包括總線通訊協議，總線通訊協議包括用于故障檢測和系統同步的同步序列，所述同步序列為脈沖序列。本發明使檢測信號與通訊信號融為一體，徹底解決了檢測信號與系統原有的通訊信號之間相互干擾的問題。
文檔編號H04L12/40GK102882744SQ201210362870
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者邱天 申請人:邱天