基于以太网与CAN协议转换的节点自动配置系统及方法

本发明涉及现场板卡更换领域，更具体地说，涉及一种基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统及方法。

背景技术：

1、在众多工业生产及生活应用场景中，小型工业自动化控制系统的开发与应用展现出极高的稳定性和可靠性，成为推动工业技术进步与效率提升的重要动力。然而，在实际现场工作环境中存在需更新节点板卡程序或者节点板卡损坏的情况，就需要更换节点板卡，更换后的板卡需要实现与更换前板卡相同的功能以及设置相同的参数信息。目前实现上述功能主要是使用专用工具，人为在现场进行更换迭代以及刷写程序设置参数信息，显然面对种类众多的主控软件以及数量众多的节点设备，此方法显然会大大增加工作量，降低效率。

2、在更换板卡方面，主要面临两个问题，一个是更换后怎么识别到更换的板卡类型以及板卡的功能并进行相应的节点程序下载，一个是保存原有节点的参数信息并进行节点参数信息设置。

3、在节点程序下载方面，主要存在有线和无线两种通讯方式，两种通讯方式在通讯口设置、通讯波特率设置等方面不尽相同，并且在实际的工业自动化控制系统中，产品的电路板都会密封在外壳中，使用有线的下载线更新代码的话会比较麻烦。一般情况下，产品的外壳都会留有通信接口，若能通过这种通信方式对程序进行更新，则可以省去拆装的麻烦。在此基础上，若引入远距离或无线数据传输方案，更可以实现远程编程或无线编程。

4、在节点参数配置环节，需要用户手动记录下更换板卡的详细参数信息。之后在程序下载过程中对各项参数进行细致的设置，这一流程较为复杂。更棘手的是，若无法确定所更换板卡的原始参数信息，如遇到板卡损坏的情况，配置工作将难以顺利进行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统及方法，能实现对多种控制芯片类型以及多个节点更换时的自动识别并远程下载功能程序和参数信息自动配置。

2、本发明提供一种基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统，包括上位机子系统、协议转换子系统、至少一个底层节点子系统；上位机子系统与协议转换子系统通过以太网协议进行电连接，协议转换子系统与底层节点子系统通过can协议进行电连接；上位机子系统用于与协议转换子系统通过以太网协议进行通信，识别底层节点子系统是否被更换板卡，存储所有底层节点子系统的板卡类型信息、节点号、唯一标识、功能程序和功能参数；协议转换子系统用于将来自上位机子系统的以太网协议数据包自动转换为底层节点子系统的用户程序文件的16进制数据，并将转换后的数据转发给目的底层节点子系统，将底层节点子系统的唯一标识和功能参数转发给上位机子系统；底层节点子系统用于与协议转换子系统通过can协议进行通信，将本地的板卡类型信息、节点号、唯一标识和功能参数上传至上位机子系统。

3、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的上位机子系统包括人机交互界面，上位机界面用于显示底层节点子系统的数量、功能、节点板卡的型号、主控信息、状态、唯一标识、ip地址、端口号，下达控制命令以及对底层节点子系统进行程序更新和功能设置。

4、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的协议转换子系统包括转换板控制器模块、转换以太网通信模块、转换can通信模块和转换电源模块。

5、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的转换板控制器模块，由主控芯片及其外围电路的最小系统电路组成，主控芯片的通信引脚与转换以太网通信模块和转换can通信模块相连接，实现以太网与can协议的转换；转换以太网通信模块用于与上位机进行以太网通信；转换以太网通信模块包括通讯phy芯片和外围电路；转换can通信模块通过can总线协议与底层节点子系统进行通讯；转换电源模块，包括稳压隔离电源，用于协议转换子系统的不同功能区域的电气隔离。

6、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的底层节点子系统包括底层节点控制器模块、底层can通信模块、底层存储器模块、底层外设通信模块和底层电源模块。

7、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的底层节点控制器模块包括主控芯片、外围电路和第一存储器，主控芯片相应的引脚与底层can通信模块和底层外设通信模块相连接；第一存储器用于存储该底层节点子系统的功能程序；底层节点控制器模块用于对底层节点子系统的各个功能控制、对上层的数据通讯和对下层外设的通讯。

8、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的底层can通信模块，包括通讯隔离收发器；底层can通信模块用于通过can通信协议与协议转换子系统进行can通信，接收协议转换子系统转发的来自上位机子系统的程序指令，更新用户程序，更新节点参数信息，上传本地的参数信息和唯一标识。

9、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的底层存储器模块，包括第二存储器、第三存储器；第二存储器用于存储该底层节点子系统的唯一标识；第三存储器用于临时存储该底层节点子系统的功能程序。

10、进一步地，上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的底层外设通信模块，用于控制所在底层节点子系统与外设设备进行通讯控制外设驱动设备；底层电源模块，包括稳压隔离电源，用于所在底层节点子系统的不同功能区域的电气隔离。

11、本发明还提供一种应用于上述的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的方法，包括：步骤一：上位机子系统每隔预设时间间隔遍历访问基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统的所有底层节点子系统，底层节点子系统将本地的唯一标识上传至上位机子系统；若该唯一标识与上位机子系统所存储的对应位置的唯一标识一致，继续查询下一个节点；若该唯一标识与上位机子系统所存储的对应位置的唯一标识不一致，则将该底层节点子系统标识为更换板卡的底层节点子系统；步骤二：当标识出更换板卡的底层节点子系统时，上位机子系统将对应位置的功能程序以bin文件的形式通过协议转换子系统转发至该底层节点子系统，该底层节点子系统将该功能程序的bin文件存储到该底层节点子系统的第三存储器中；步骤三：将该底层节点子系统的第一存储器擦除，将第三存储器中的该功能程序的bin文件写入第一存储器；步骤四：上位机子系统将对应位置的功能参数传输至该底层节点子系统，利用该功能参数对底层节点子系统进行参数设置；将该底层节点子系统的第二存储器中的唯一标识作为新的对应位置的底层节点子系统的唯一标识。

12、实施本发明提供的基于以太网与can协议转换的节点自动配置系统及方法，具有以下有益效果：

13、自动配置can总线参数消除了手动为每个设备配置节点号以及参数的风险，从而减轻了操作人员的负担，特别是在稍复杂的节点网络中，手动配置节点参数可能是一项繁琐且容易出错的任务；

14、通过使用自动配置节点设备，设备可以自动获取相应的节点号以及参数信息，避免了手动配置可能导致的节点号冲突，有效减少了板卡节点故障的发生风险；

15、在实际现场环境中，在更换新设备接入节点网络时，自动配置能够迅速为其远程下载节点功能程序、分配相应位置节点号以及相应的节点参数信息，从而加速新设备的部署过程，这对于大规模的设备部署和快速更换板卡变更非常重要；本系统可以支持多种主控芯片，适应于大多数工业活动现场；

16、总之，本发明能简化管理、提高效率，并降低人工配置可能引起的错误。