CN1466329A - 局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局域网中的各种电器设备与网关设备建立控制联系的方法。该方法首先使电器设备信息化，把电器设备的各种参数、对象、应用等分类归并，然后按统一的信息代码结构写入电器设备的只读存储区，并为每台电器设备配置一台总线通信控制器。然后网关设备通过总线通信控制器解读电器设备的信息代码并将其分类存储于对应的信息存储区中。该方法可以使任意的电器设备接入局域网中，并以低的成本与网关之间建立控制联系。而其他的控制者均可以利用这种控制联系，方便地通过网关对网内的电器设备进行控制。

Description

局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法

技术领域：本发明涉及一种控制方法，特别是一种建立网关与网内任意电器设备之间的控制联系的方法。

技术背景：给家庭电器设备配置单片机、然后和网关设备构建成局域网，目前已经实现。一般称为家庭控制网或家庭控制系统，但构建的方式比较杂乱，缺乏通用性，且成本较高。而对于采用任意电器设备(例如家庭电器、工厂电器、各种控制电器等)构建的局域网目前尚未见应用。主要原因就在于，缺乏一种既不用改造现有各种电器设备的自身构造，又能以低的成本使得各种电器设备与网关建立控制联系的方法。

技术方案：本发明的目的在于、提供一种为局域网中的各种电器设备与网关设备建立控制联系的方法。该方法可以使配置有单片机的任意电器设备接入局域网中，并以低的成本与网关之间建立控制联系。而其他的控制者均可以利用这种控制联系，方便地通过网关对网内的电器设备进行控制。

本发明是这样实现的：局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法，其特征在于：

a、电器设备信息化：把电器设备的各种参数、对象、应用等分类归并，然后按统一的信息代码结构写入电器设备的只读存储区；并为每台电器设备配置一台总线通信控制器；

b、网关设备通过总线通信控制器解读电器设备的信息代码并将其分类存储于对应的信息存储区中。

上述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，所述的分类归并是将电器设备的各种参数、对象、应用归并为10类；即设备类、时间类、文本类、模拟类、枚举类、开关类、调度类、控制环类、报警类、嵌套类。

前述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，所述的信息代码结构是包含有对象类别代码、对象代码、对象名称代码、对象属性代码、参数代码、操作代码的信息代码结构。

前述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，对于不同的对象类别，其对应的信息代码中的对象属性、参数代码、操作代码的长度和内容可变。

前述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，所述的总线通信控制器是串行接口总线通信控制器，它的构成包括接口部分，总线部分和通信逻辑控制部分；接口部分的构成包括接口端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元1；总线部分的构成包括总线端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元2；通信逻辑控制部分包括通信控制单元、错误计数和错误处理电路，载波侦听多址访问冲突监测电路。

前述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，在所述的串行接口总线通信控制器的构成中，所述的接口端串行异步收发单元的构成包括接口端串行异步收发器，与收发器相接的串—并转换电路和并—串转换电路；所述的数据缓冲处理单元1的构成包括接口接收数据缓冲区和接口发送数据缓冲区；所述的总线端串行异步收发单元的构成包括总线端串行异步收发器，与其相接的并—串转换电路和串—并转换电路；所述的数据缓冲处理单元2的构成包括总线发送数据缓冲区和总线接收数据缓冲区；所述的通信控制单元包括，发送控制寄存器堆，累加和校验电路，循环冗余码生成电路，接收控制寄存器堆，累加和生成电路，地址检查电路，循环冗余码校验电路，超时检查电路。

前述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法中，在所述的串行接口总线通信控制器的构成中，所述的接口接收数据缓冲区包括数据缓冲区1、接口缓冲区控制电路1；接口发送数据缓冲区包括数据缓冲区2、接口缓冲区控制电路2；总线发送数据缓冲区包括数据缓冲区3、总线缓冲区控制电路1；总线接收数据缓冲区包括数据缓冲区4、总线缓冲区控制电路2；接收控制寄存器堆包括帧特征字寄存器堆2、接口发送控制寄存器堆、总线接收控制寄存器堆、应答电路2和应答电路4；发送控制寄存器堆包括帧特征字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、总线发送控制寄存器堆、应答电路1和应答电路3；接口端串行异步收发器包括接口异步收发器、帧格式打包电路1、帧格式解包电路1；总线端串行异步收发器包括总线异步收发器、帧格式打包电路2、帧格式解包电路2。

与现有技术比较，本发明充分利用了各种上网电器设备拥有的单片机，采用串行接口进行总线通信，并把对电器设备的各种描述设计成统一的信息代码结构，使任意一种电器设备与网关之间都可以低成本地建立一种唯一对应的控制联系。既实现了各种电器设备的联网，又为各种控制者提供了方便。在互联网、以太网、其他的局域网以及网内的控制者，均可通过与网关的对话，由网关利用与各种电器设备建立的控制联系，去实现控制者的要求。本发明具有设计合理，资源占用少，对现有设备适应性强，易于实施，实施成本低，实施效果好的特点。可用于构建含有各种电器设备的局域网中。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

附图1是本发明应用的网络构成示意图；

附图2是串行接口总线通信控制器的电路结构框图1；

附图3是串行接口总线通信控制器的电路结构框图2；

附图4是串行接口总线通信控制器的电路结构框图3；

附图5是对象类型的构成示意图；

附图6是信息代码的构成示意图；

附图7存入信息控制单元存储区的信息代码构成示意图；

附图8是网关与电器设备建立控制关系的工作流程图；

实施例：局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法，其步骤包括：a、电器设备信息化：把电器设备的各种参数、对象、应用等分类归并，然后按统一的信息代码结构写入电器设备的只读存储区；并为每台电器设备配置一台串行接口总线通信控制器(如附图1所示)。b、网关设备通过串行接口总线通信控制器解读电器设备的信息代码并将其分类存储于对应的信息存储区中。

其中：分类归并是将电器设备的各种参数、对象、应用归并为10类；即设备类、时间类、文本类、模拟类、枚举类、开关类、调度类、控制环类、报警类、嵌套类(如附图6所示)。其中：设备类主要包括设备的说明和设备状态查询、时间类主要包括时间对象、文本类主要包括网关与设备之间的数据传输、模拟类主要包括对模拟量的控制和检测、枚举类主要包括对枚举类型对象(例如对电视机的AV、AV1、TV的选择)的控制和检测、开关类主要包括对开关量的控制和检测、调度类主要包括设备可提供给网关进行调度的对象、控制环类主要包括局域网内设备之间的联系(例如网内的电视机作为主控设备对从设备空调机进行的操作)、报警类主要包括各种报警信息、嵌套类主要包括有嵌套关系的对象。信息代码构成包含有对象类别代码、对象代码、对象名称代码、对象属性代码、参数代码、操作代码(如附图5-2所示)；对于不同的对象类别，其对应的信息代码中的对象属性代码、参数代码、操作代码的长度和内容可变(如附图5-3、5-4、5-5所示)。

所用的串行接口总线通信控制器的构成如附图2所示，包括接口部分，总线部分和通信逻辑控制部分；接口部分的构成包括接口端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元1；总线部分的构成包括总线端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元2；通信逻辑控制部分包括通信控制单元、错误计数和错误处理电路，载波侦听多址访问冲突监测电路。如附图3所示，所述的接口端串行异步收发单元的构成可包括接口端串行异步收发器，与收发器相接的串—并转换电路和并—串转换电路；所述的数据缓冲处理单元1的构成可包括接口接收数据缓冲区和接口发送数据缓冲区；所述的总线端串行异步收发单元的构成可包括总线端串行异步收发器，与其相接的并—串转换电路和串—并转换电路；所述的数据缓冲处理单元2的构成可包括总线发送数据缓冲区和总线接收数据缓冲区；所述的通信控制单元可包括发送控制寄存器堆，累加和校验电路，循环冗余码生成电路，接收控制寄存器堆，累加和生成电路，地址检查电路，循环冗余码校验电路，超时检查电路。又如附图4所示，所述的接口接收数据缓冲区可包括数据缓冲区1、接口缓冲区控制电路1；接口发送数据缓冲区可包括数据缓冲区2、接口缓冲区控制电路2；总线发送数据缓冲区可包括数据缓冲区3、总线缓冲区控制电路1；总线接收数据缓冲区可包括数据缓冲区4、总线缓冲区控制电路2；接收控制寄存器堆可包括帧特征字寄存器堆2、接口发送控制寄存器堆、总线接收控制寄存器堆、应答电路2和应答电路4；发送控制寄存器堆可包括帧特征字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、总线发送控制寄存器堆、应答电路1和应答电路3；接口端串行异步收发器可包括接口异步收发器、帧格式打包电路1、帧格式解包电路1；总线端串行异步收发器可包括总线异步收发器、帧格式打包电路2、帧格式解包电路2。整个串行接口总线通信控制器可制作成一块集成电路芯片。具体制作时可用附图4所示的致命错误检测电路实现错误计数和错误处理功能，并—串转换电路和串—并转换电路可以归并于帧格式打包电路和帧格式解包电路中。

串行接口总线通信控制器的工作原理：设备采用通用异步串行通信的方式向串行接口总线通信控制器的异步串行接口IRX发送含有起始符、数据长度、控制命令字、目标地址、数据块、校验和以及结束符的帧序列。经过串行接口总线通信控制器内部接口端串行异步收发器，还原成8位的位流，由串—并转换电路变为并行数据存入接口接收数据缓冲区。同时，送累加和校验电路，确定传输数据是否正确无误，将结果送发送控制寄存器堆。发送控制寄存器堆从接口接收数据缓冲区中提取控制命令字、目标地址和传输数据，并存入总线发送数据缓冲区，加入本地地址，同时通过循环冗余码生成电路把校验码存入校验字段，并组织总线传输帧。(总线传输帧是具有起始符、目标地址、本地地址、控制命令字、长度、数据块、校验字段和结束符的帧序列。)发送控制寄存器堆根据不同的控制字决定将数据发送到总线是采用广播方式还是信息传递方式，启动发送。根据载波侦听多址访问冲突检测提供的信号，当为总线空闲，允许发送，则启动发送。总线发送数据缓冲区将数据送并—串转换电路形成串行序列。最后由总线端串行异步收发器经异步串行总线接口BTX向通信总线发送总线传输帧。发送过程中采用“边说边听”的方式确定是否发送成功，具体是由异步串行总线接口的BRX收到发送到总线的位序列和发送的位序列输入到载波侦听多址访问冲突检测电路比较是否一致。如果一致，则继续发送；如果不一致则立即通知发送控制寄存器堆和错误计数错误处理电路，停止发送。如果错误计数溢出，则进行错误处理，停止发送、产生出错标志等。

相反，如果通信总线发来一传输帧序列，首先经过异步串行总线接口BRX输入到总线端串行异步收发器，还原为8位的位流，送串并转换电路、循环冗余码校验电路、超时检查电路。串—并转换后则存入总线接收数据缓冲区；循环冗余码检验电路得到结果后送接收控制寄存器堆，确定传输帧是否有效；超时检查电路则提供帧序列是否结束的信号，使整个接收电路能够准确复位，进入新的等待接收状态。地址检查电路则从总线接收数据缓冲区中提取目标地址字段与本地地址比较，确定是发往本地的传输帧。由接收控制寄存器堆拷贝总线接收数据缓冲区中目标地址、控制命令字和数据块存入接口发送数据缓冲区。同时由累加和生成电路得到校验和，也存入接口发送数据缓冲区。接收控制寄存器堆启动接口发送，接口发送数据缓冲区数据经并串转换电路形成8位位流，送入接口端串行异步收发器经异步串行接口ITX发往设备。

帧特征字寄存器堆1是根据帧解包的结果，将代表帧的特征字存储到相应的寄存器堆，如命令字、帧长度、源地址、目的地址、本地更新地址、本地更新控制寄存器等。接口发送控制寄存器堆是控制接口发送接口缓冲区控制电路2何时启动工作；判断接口发送条件，启动发送；控制累加和生成(累加和生成模块)；控制接口帧格式打包(帧格式打包1)。总线接收控制寄存器堆是校验接收帧正误，判断帧头、帧尾，判断循环冗余码(循环冗余码校验模块)，判断信息位长度，判断接收超时(超时检查模块)，通过源地址、目的地址，判断帧发送方向；监察接口状态，判断是否向接口搬移帧信息；控制总线接收数据缓冲区控制模块2何时启动工作。帧特征字寄存器堆模块2根据帧解包的结果，将代表帧的特征字存储到相应的寄存器堆，如命令字、帧长度、源地址、目的地址、本地更新地址、本地更新控制寄存器等。接口接收控制寄存器堆是校验接收帧正误，判断帧头、帧尾，判断累加和(累加和检查模块)，判断帧长度，判断接收超时(超时检查模块)；监察总线状态，判断是否向总线搬移帧信息；控制接口缓冲区控制电路1何时启动工作。总线发送控制寄存器堆是控制总线缓冲区控制模块1何时启动工作；判断总线发送条件，启动发送；控制循环冗余码生成(循环冗余码生成模块)；控制总线帧格式打包(帧格式打包模块)。数据缓冲区包含接口接收数据缓冲区、接口发送数据缓冲区、总线接收数据缓冲区、总线发送数据缓冲区4块RAM，每块大小为8*32bit。缓冲区控制电路用于产生数据缓冲区(RAM)的读写控制信号、读写地址和清空缓冲区信号。帧结构解包模块是根据不同类型帧结构的特点，对帧数据进行解包。帧结构打包模块是根据不同类型帧结构的特点，对帧数据进行打包。异步收发器(UART)模块是接收和发送标准起止式字符结构，一个起始位、8位数据位和一个停止位。采样频率为接口波特率的十六分之一。如果字符结构错误，接口端自动丢弃；总线端则进行致命错误检测(致命错误检测模块)应答判断模块：对接收的应答帧进行相应的处理；对非应答帧的校验结果进行相应的应答处理；对芯片设置帧进行应答和软复位(只有接口有此功能)；根据总线应答情况控制接口启动发送传输应答帧(只有总线有此功能)。载波监听、冲突检测模块用于实时监听总线，冲突检测，判断地址优先级。致命错误检测电路是当固定格式的字符结构含有一个或多个非法位时，则检测到一个形式错误，当累计到128个形式错误时产生总线错误(致命错误)。并控制接口发送控制寄存器堆启动接口发送传输致命错误帧。

这是一种利用单片机的串行接口进行总线通信的总线通信控制器，它在满足局域网的通信要求的前提下，充分利用了控制对象的现有闲置资源，不用改造现有控制对象，而且接线简单，制作成本低。

由于各控制对象的单片机中都有一个可编程的具有UART(异步收发器)功能的全双工串行通信接口闲置未用，因此将串行异步通信控制器与此通信接口相接，既不用改造现有控制对象，又利用了控制对象闲置的资源，并且采用串行接口通信方式，连线只有几根，而采用并行接口通信方式，则需要十几根。

实现使局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的具体步骤如下：

将各种信息代码写入电器设备：写入设备只读存储器的信息代码的构成它包括若干个信息代码段，如图5-1所示。每个信息代码段包含控制对象的对象类型代码、对象代码、对象属性代码、参数代码、操作代码，如附图5-2所示。其中：控制对象类型分为10种，如图6所示。控制对象属性的长度和内容可变，由控制对象类型确定；同一控制对象类型的对象属性代码的长度和内容相同，如控制对象类型为“D(设备)”类时，对象属性代码可包括“国家代码”、“厂家代码”、“产品代码”、“设备类型代码”、“产品出厂ID”等内容(如图5-3所示)。如控制对象为“AV”、“SW”类时，对象属性代码可以为空(如附图5-4、5-5所示)。控制参数代码的长度和内容可变，也由控制对象类型确定，同一控制对象类型的控制参数代码的长度和内容相同，如频道和音量同属AV类型，其控制参数代码的总长度相同，内容均包括最小值、最大值、初始值、控制步长(如附图5-5所示)；控制操作代码包括“函数代码”、“函数名称”、“是否控制”、“是否返回”、“参数个数”，一个对象可以有多个操作代码(如附图5-3、5-4、5-5所示)。信息代码(包含所有的信息代码段)可采用屏幕问答方式填写后写入设备的EEPROM或ROM中，可以由设备生产厂家写入，也可由家庭控制网的安装者写入。

B、局域网的初始化：如附图8所示，局域网上电后，网关设备首先对所有网内电器设备进行设备地址登记，然后对每台设备的只读存储器进行读取操作，将每台设备的信息代码中的各信息代码段做如下处理：先增加设备地址代码和当前值代码(即上电后网关检测到的的初始值)为附图7所示构造，再根据控制对象类型代码，将控制对象按图6所示的控制对象类型进行分类；然后分类存储于控制单元信息存储区中(也可存储于数据库中)，控制单元信息存储区由10个子存储区构成，每个子存储区对应一种控制对象类型。局域网的初始化完成。

在互联网、以太网、其他的局域网以及网内的控制者，均可通过与网关的对话，去利用网关与各种电器设备建立起来的控制联系，实现控制者的要求。

Claims (7)

1、局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法，其特征在于：

a、电器设备信息化：把电器设备的各种参数、对象、应用等分类归并，然后按统一的信息代码结构写入电器设备的只读存储区；并为每台电器设备配置一台总线通信控制器；

b、网关设备通过总线通信控制器解读电器设备的信息代码并将其分类存储于对应的信息存储区中。

2、根据权利要求1所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法；其特征在于：所述的分类归并是将电器设备的各种参数、对象、应用归并为10类；即设备类、时间类、文本类、模拟量类、枚举类、开关量类、调度类、控制环类、报警类、嵌套类。

3、根据权利要求2所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法，其特征在于：所述的信息代码结构是包含有对象类别代码、对象代码、对象名称代码、对象属性代码、参数代码、操作代码的信息代码结构。

4、根据权利要求3所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法，其特征在于：对于不同的对象类别，对应的信息代码中的对象属性、参数代码、操作代码的长度和内容可变。

5、根据权利要求1至4中任一权利要求所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法；其特征在于：所述的总线通信控制器是串行接口总线通信控制器，它的构成包括接口部分，总线部分和通信逻辑控制部分；接口部分的构成包括接口端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元1；总线部分的构成包括总线端串行异步收发单元和与其相接的数据缓冲处理单元2；通信逻辑控制部分包括通信控制单元、错误计数和错误处理电路，载波侦听多址访问冲突监测电路。

6、根据权利要求5所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法；其特征在于：在所述的串行接口总线通信控制器的构成中，所述的接口端串行异步收发单元的构成包括接口端串行异步收发器，与收发器相接的串—并转换电路和并—串转换电路；所述的数据缓冲处理单元1的构成包括接口接收数据缓冲区和接口发送数据缓冲区；所述的总线端串行异步收发单元的构成包括总线端串行异步收发器，与其相接的并—串转换电路和串—并转换电路；所述的数据缓冲处理单元2的构成包括总线发送数据缓冲区和总线接收数据缓冲区；所述的通信控制单元包括，发送控制寄存器堆，累加和校验电路，循环冗余码生成电路，接收控制寄存器堆，累加和生成电路，地址检查电路，循环冗余码校验电路，超时检查电路。

7、根据权利要求6所述的局域网中各种电器设备与网关之间建立控制联系的方法；其特征在于：在所述的串行接口总线通信控制器的构成中，所述的接口接收数据缓冲区包括数据缓冲区1、接口缓冲区控制电路1；接口发送数据缓冲区包括数据缓冲区2、接口缓冲区控制电路2；总线发送数据缓冲区包括数据缓冲区3、总线缓冲区控制电路1；总线接收数据缓冲区包括数据缓冲区4、总线缓冲区控制电路2；接收控制寄存器堆包括帧特征字寄存器堆2、接口发送控制寄存器堆、总线接收控制寄存器堆、应答电路2和应答电路4；发送控制寄存器堆包括帧特征字寄存器堆1、接口接收控制寄存器堆、总线发送控制寄存器堆、应答电路1和应答电路3；接口端串行异步收发器包括接口异步收发器、帧格式打包电路1、帧格式解包电路1；总线端串行异步收发器包括总线异步收发器、帧格式打包电路2、帧格式解包电路2。

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