基于自动寻址方式的烟火探测器及通讯方法

技术领域

本发明涉及探测器通讯技术领域，具体的说，涉及一种基于自动寻址方式的烟火探测器及通讯方法。

背景技术

高速动车组是系统高度集成化的载人工具，运动速度快，结构复杂。其电气设备多种多样，空间密闭。一旦发生火情，如若未及时发现，难以及时采取相应措施，将会带来较大人员伤亡和财产损失。因此，发明一种安全、可靠的高速动车组烟火在线监控系统意义重大。

列车上探测器的个数随需求而更改，每种车型、每节车厢上探头数目并不固定，所以烟火系统要设计成一种灵活、可随意调整探头数目的系统，同时，作为动车组安全监控系统的一种，探头与主机间通信的冗余必不可少。

CAN通信是车辆系统常用的一种通信方式，通常设备悬挂于CAN总线，通过软件或硬件对设备地址配置，来对设备进行识别。如中国专利号CN201310169768公开一种动车组烟火报警系统，该报警系统的微处理器具有两个CAN总线接口，烟火探测器有多个，相互之间通过CAN总线串联。数据传输时为双路传输，采用不同的CAN邮箱，一路传输至控制器的一个CAN总线收发器，另一路向相反的放线传输到控制器的另一个CAN总线收发器，当一路CAN总线断开后，另一路仍可工作，保证数据的正常传输。即上述报警系统将多个探测器悬挂于一条CAN总线，需要在软件或硬件上对探测器进行地址编码，即需要总线上的每一个探测器均设置自己的地址，以此来识别相应的探测器，这对于探测器数量多且要求配置较灵活的探测器较为限制。又如中国专利号CN200920001739公开一种高速列车火灾报警控制系统，该控制系统的CAN总线收发模块将各个探测器和控制器之间连接起来，每个连接都是一个独立的CAN总线，每个探测器和控制器带有两个地址。即上述控制器与探测器以及探测器与探测器之间，虽采用独立CAN总线连接，但仍需各探测器设置独立的地址，以此来识别相应的探测器，影响配置灵活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自动寻址方式的烟火探测器及通讯方法，通过转发通讯机制，自动确定探头地址。

本发明的技术方案是：一种基于自动寻址方式的烟火探测器，该烟火探测器包括火灾控制器FSDCU和n个探测器FSD，火灾控制器FSDCU和各探测器FSD均设有端口CAN#0和端口CAN#1，端口CAN#0和端口CAN#1均具备帧地址接收与发送功能；火灾控制器FSDCU的端口CAN#0连接第一探测器FSD1的端口CAN#1，第一探测器FSD1的端口CAN#0连接下一探测器FSD的端口CAN#1，下一探测器FSD的端口CAN#0连接第n探测器FSDn的端口CAN#1，第n探测器FSDn的端口CAN#0连接火灾控制器FSDCU的端口CAN#1；火灾控制器FSDCU与邻近探测器FSD之间，以及相邻探测器FSD之间通过独立设置CAN总线连接，各探测器FSD内部均设有数据转发模块，通过数据转发模块对接收到的命令帧地址进行修改及转发。

本发明公开一种基于自动寻址方式的烟火探测器的通讯方法，该通讯方法包含两种通讯机制，即烟火探测器的火灾控制器FSDCU主节点命令相对于探测器FSD从节点命令分为两种类型：群发-应答机制和点名-应答机制。

一种烟火探测器的通讯方法采用群发-应答机制，群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程，群命令发送和群命令应答为一对多命令，火灾控制器FSDCU发出命令后，所有探测器FSD都响应火灾控制器FSDCU主节点命令，同时接收及转发来自其它探测器FSD从节点的应答命令帧。

所述群命令发送中，火灾控制器FSDCU主节点向探测器FSD从节点的群命令发送过程采用命令帧地址递加运算，火灾控制器FSDCU通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自火灾控制器FSDCU的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递加处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD。

所述群命令应答过程中，第n探测器FSDn通过其端口CAN#1发送和转发本节点的应答从命令帧地址，并通过其端口CAN#0接收来自其它从节点的应答帧ID；第n探测器FSDn转发本节点的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址发送至上一探测器FSD。

发明公开的另一种基于自动寻址方式的烟火探测器的通讯方法，采用点名-应答机制。所述点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程，点名命令发送和点名命令应答为一对一命令，火灾控制器FSDCU主节点包含有探测器FSD从节点的地址信息，火灾控制器FSDCU发出点名命令后，仅点名命令与与本节点地址相符的探测器FSD从节点响应该点名命令，并向火灾控制器FSDCU主节点反馈响应的节点信息。

优选的是，所述点名命令发送中，火灾控制器FSDCU主节点向探测器FSD从节点的命令发送过程采用命令帧地址递减运算，火灾控制器FSDCU通过其端口CAN#0发送命令帧，第一探测器FSD1接收来自火灾控制器FSDCU的命令帧并进行转发，转发的同时对命令帧地址进行址递减处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器FSD。

优选的是，所述点名命令应答中，第n探测器FSDn端口CAN#1的命令帧地址与火灾控制器FSDCU主节点点名命令的命令帧地址相符合，仅第n探测器FSDn响应点名命令，并转发本节点的应答从命令帧的同时对从命令帧地址进行址递加处理，计算出新的从命令帧地址反馈至上一探测器FSD。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

1)可配置性强，不需在软件或硬件上对探头进行地址编码，该通信方法通过探测器转发时，对探测器的CAN帧地址的进行递加或递减运算，而区分各探测器的CAN帧地址，探测器在收到地址不同CAN帧时，应答帧的地址也不相同，省去了对探测器进行地址编码的过程，增强系统的可配置性；

2)该通信方法用一个CAN环路的两个方向形成了两路CAN通信，实现冗余功能，与现有两条CAN总线互冗余方式相比，减少走线数量。

附图说明

图1为本发明群命令发送过程示意图；

图2为本发明群命令应答过程示意图；

图3为本发明点名命令发送过程示意图；

图4为本发明点名命令应答过程示意图；

图5为3只火灾探测器的群命令发送示意图；

图6为3只火灾探测器的群命令应答示意图；

图7为3只火灾探测器的点名命令发送示意图；

图8为3只火灾探测器的点名命令应答示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明公开一种基于自动寻址方式的烟火探测器及通讯方法，本发明的烟火探测器包括火灾控制器和火灾探测器，火灾控制器通过其内部总线，实时管理、监测各火灾探测器，能够及时探测到各位置的火灾探测器的故障、火警状态和内部网络总线状态。本发明烟火探测器的内部采用CAN通讯网络，其中，火灾控制器在CAN通讯网络中充当网络主节点，火灾探测器在CAN通讯网络中充当网络从节点。

在烟火探测器通过CAN总线实现火灾控制器与多个火灾探测器之间的连接，即火灾探测器与邻近火灾探测器之间，以及相邻火灾探测器之间通过独立设置的CAN总线连接，多个火灾探测器之间通过数据转发机制进行数据发送和反馈。

如图1-4所示，火灾控制器为FSDCU，火灾探测器分别为第一探测器FSD1、第二探测器FSD2……和第n探测器FSDn。火灾控制器和火灾探测器每个单元均设有两个端口，分别为端口CAN#0和端口CAN#1，端口CAN#0和端口CAN#1均可用于数据收发。火灾探测器内部均设有数据转发模块，可对接收到的命令帧地址进行数据逻辑运算并转发。

上述烟火探测器的火灾控制器与火灾探测器的连接方式具体为：火灾控制器FSDCU的端口CAN#0连接到第一探测器FSD1的端口CAN#1，第一探测器FSD1的端口CAN#0连接至第二探测器FSD2的端口CAN#1，第二探测器FSD2的端口CAN#0连接至……，以此类推，第n-1探测器FSD(n-1)的端口CAN#0连接至第n探测器FSDn的端口CAN#1，第n探测器FSDn的端口CAN#0连接至火灾控制器FSDCU的端口CAN#1。

火灾控制器主节点命令相对于火灾探测器从节点命令分为两种类型：群发-应答机制和点名-应答机制。

群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程。群命令发送和群命令应答为一对多命令，即主节点发出命令后，所有从节点都响应主节点命令，同时接收以及转发来自其它从节点的应答命令帧。

群发-应答机制的具体工作过程为：

(1)群命令发送的工作过程为：参见图1，火灾控制器FSDCU作为该烟火探测器的网络主设备，首先通过其端口CAN#0发送命令帧ID＝COM_Frame_ID，第一探测器FSD1的端口CAN#1接收来自火灾控制器FSDCU的命令帧ID＝COM_Frame_ID后，通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对命令帧地址按照下述公式(1)进行处理：

TX_COM_Frame_ID＝COM_Frame_ID+1…………………(1)

其中，COM_Frame_ID表示火灾控制器FSDCU发出的命令帧地址；TX_COM_Frame_ID表示第一探测器FSD1转发后的命令帧地址。

即对探测器的命令帧地址进行地址递加，计算出新的命令帧地址TX_COM_Frame_ID，并将新的命令帧地址TX_COM_Frame_ID通过第一探测器FSD1的端口CAN#0发送至第二探测器FSD2的端口CAN#1。同理，第二探测器FSD2内的数据转发模块对命令帧地址按照上述公式(1)进行地址递加处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器，以此类推，直至第n探测器FSDn的端口CAN#0将相应命令帧地址发送至火灾控制器FSDCU的端口CAN#1，火灾控制器FSDCU根据COM_Frame_ID值的不同，选择应答或不应答相应命令帧地址。

(2)群命令应答的工作过程为：

参见图2，在群命令的命令帧地址转发过程中，如第一探测器FSD1端口CAN#1在收到火灾控制器FSDCU的端口CAN#0发出的命令帧ID＝COM_Frame_ID后，一方面要通过第一探测器FSD1的端口CAN#0向连接至本节点的第二探测器FSD2转发该命令帧，即上述的群命令发送过程；另一方面，通过第一探测器FSD1端口CAN#1发送本节点从命令帧地址以响应命令帧ID＝COM_Frame_ID，同时，通过第一探测器FSD1端口CAN#0接收来自第二探测器FSD2端口CAN#1的应答帧ID＝REP_Frame_ID。其中，从命令帧ID通过公式(2)计算获得：

TX_REP_Frame_ID＝REP_Frame_ID+1…………………(2)

其中REP_Frame_ID表示第一探测器FSD1接收到来自其它从节点的响应主节点的应答帧ID；TX_REP_Frame_ID表示第一探测器FSD1通过端口CAN#1向火灾控制器FSDCU发送或转发的应答从命令帧地址。

同理，第n探测器FSDn依据上述原则通过其端口CAN#1发送和转发本节点的应答从命令帧地址，及通过其端口CAN#0接收来自其它从节点的应答帧ID，接收的应答帧ID同样包括火灾控制器FSDCU的端口CAN#1的应答帧。

点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程。点名命令发送和点名命令应答为一对一命令，即主节点包含有从节点的地址信息，各从节点收到点名命令后首先检查是否与本节点地址相符合，只有点名命令与本节点地址相符的从节点才响应该点名命令，并反馈响应的节点信息。

点名-应答机制的具体工作过程为：

(1)点名命令发送的工作过程为：

参见图3，火灾控制器FSDCU作为该烟火探测器的网络主设备，首先通过其端口CAN#0发送命令帧ID＝COM_Frame_ID，第一探测器FSD1的端口CAN#1接收来自火灾控制器FSDCU的命令帧ID＝COM_Frame_ID后，通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对命令帧地址按照下述公式(3)进行处理：

TX_COM_Frame_ID＝COM_Frame_ID-1…………………(3)

其中，COM_Frame_ID表示火灾控制器FSDCU发出的命令帧地址；TX_COM_Frame_ID表示第一探测器FSD1转发后的命令帧地址。

即对探测器的命令帧地址进行地址递减，计算出新的命令帧地址TX_COM_Frame_ID，并将新的命令帧地址TX_COM_Frame_ID通过第一探测器FSD1的端口CAN#0发送至第二探测器FSD2的端口CAN#1。

同理，第二探测器FSD2内的数据转发模块对命令帧地址按照上述公式(3)进行地址递减处理，计算出新的命令帧地址发送至下一探测器，以此类推，直至第n探测器FSDn的端口CAN#0将相应命令帧地址发送至火灾控制器FSDCU的端口CAN#1，火灾控制器FSDCU根据COM_Frame_ID值的不同，选择应答或不应答相应命令帧地址。

(2)点名命令应答的工作过程为：

参见图4，在点名命令的命令帧地址转发过程中，若第n探测器FSDn端口CAN#1的命令帧地址与主节点点名命令的命令帧地址相符合，则第n探测器FSDn响应点名命令，并按照公式(4)反馈从命令帧地址以响应命令帧ID，其中，从命令帧ID通过公式(4)计算获得：

TX_REP_Frame_ID＝REP_Frame_ID+1…………………(4)

其中REP_Frame_ID表示第n探测器FSDn的端口CAN#0响应主节点的的应答帧ID；TX_REP_Frame_ID表示第n探测器FSDn通过端口CAN#1向火灾控制器FSDCU发送或转发的应答从命令帧地址。在点名命令应答过程中，与主节点点名命令的命令帧地址不相符的从节点的命令帧地址，不响应点名命令。

图5-图8以具体烟火探测器结构，即以火灾控制器和3个火灾探测器组成的烟火探测器为例，描述群发-应答机制和点名-应答机制两个过程。

图5和图6的烟火探测器采用群发-应答机制，火灾控制器为FSDCU，火灾探测器包括第一探测器FSD1、第二探测器FSD2和第三探测器FSD3；群命令帧为0x100，应答帧ID为0x200。

(1)群命令发送的工作过程为：

参见图5，火灾控制器FSDCU通过其端口CAN#0发送群命令帧0x100，第一探测器FSD1的端口CAN#1接收该群命令帧0x100，通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对命令帧0x100进行地址加1，得到新命令帧0x101，将命令帧0x101通过第一探测器FSD1的端口CAN#0发送至第二探测器FSD2的端口CAN#1，通过第二探测器FSD2内的数据转发模块对命令帧0x101进行地址加1，得到新命令帧0x102，将命令帧0x102通过第二探测器FSD2的端口CAN#0发送至第三探测器FSD3的端口CAN#1，通过第三探测器FSD3内的数据转发模块对命令帧0x102进行地址加1，得到新命令帧0x103，通过第三探测器FSD3的端口CAN#0将命令帧0x103发送至火灾控制器FSDCU的端口CAN#1。

(2)群命令应答的工作过程为：

上述群命令发送过程中，每个探测器收到群命令后，通过各自的端口CAN#1发送应答帧0x200，将探测器信息反馈给主节点。

参见图6，即第一探测器FSD1的端口CAN#1、第二探测器FSD2的端口CAN#1和第三探测器FSD3的端口CAN#1均收到应答帧0x200。第三探测器FSD3的端口CAN#1发送应答帧0x200至第二探测器FSD2的端口CAN#0，第二探测器FSD2的端口CAN#1发送应答帧0x200至第一探测器FSD1的端口CAN#0。同时，第二探测器FSD2的端口CAN#0接收第三探测器FSD3的端口CAN#1发送的应答帧0x200，并通过第二探测器FSD2内的数据转发模块对应答帧0x200进行地址加1，得到新应答帧0x201，并通过第二探测器FSD2的端口CAN#1发送新应答帧0x201至第一探测器FSD1的端口CAN#0。

同样的，第一探测器FSD1的端口CAN#0接收第二探测器FSD2的端口CAN#1发送的应答帧0x200和新应答帧0x201，并通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对应答帧0x200和新应答帧0x201进行地址加1，相应的得到新应答帧0x201和新应答帧0x202。如此，每个探测器的应答帧均有一个不同的ID，实现探测器的自动编码。

图7和图8的烟火探测器采用点名-应答机制，火灾控制器为FSDCU，火灾探测器包括第一探测器FSD1、第二探测器FSD2和第三探测器FSD3；点名命令帧ID为0x300，实际命令帧ID为0x302；应答帧0x200。点名命令用于主节点需要指定的探测器FSD回应命令，图7和图8为需要第三探测器FSD3反馈信息，即第三探测器FSD3被点名。

(1)点名命令发送的工作过程为：

参见图7，火灾控制器FSDCU通过其端口CAN#0发送实际命令帧0x302，第一探测器FSD1的端口CAN#1接收该群命令帧0x302，通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对命令帧0x100进行地址减1，得到新命令帧0x301。

将命令帧0x301通过第一探测器FSD1的端口CAN#0发送至第二探测器FSD2的端口CAN#1，通过第二探测器FSD2内的数据转发模块对命令帧0x301进行地址减1，得到新命令帧0x300，将命令帧0x300通过第二探测器FSD2的端口CAN#0发送至第三探测器FSD3的端口CAN#1，第三探测器FSD3收到命令帧0x300时，会识别该命令帧ID与点名命令帧ID一致，并通过第三探测器FSD3的端口CAN#0反馈至火灾控制器FSDCU的端口CAN#1。

(2)点名命令应答的工作过程为：

参见图8，点名命令应答过程中，仅第三探测器FSD3收到命令帧后，通过其端口CAN#1发送应答帧0x200至第二探测器FSD2的端口CAN#0，第二探测器FSD2的端口CAN#0接收第三探测器FSD3的端口CAN#1发送的应答帧0x200，并通过第二探测器FSD2内的数据转发模块对应答帧0x200进行地址加1，得到新应答帧0x201，并通过第二探测器FSD2的端口CAN#1发送新应答帧0x201至第一探测器FSD1的端口CAN#0；第一探测器FSD1的端口CAN#0接收第二探测器FSD2的端口CAN#1发送的新应答帧0x201，并通过第一探测器FSD1内的数据转发模块对新应答帧0x201进行地址加1，得到新应答帧0x202，并发送至火灾控制器FSDCU的端口CAN#0。

本发明的烟火探测器区别于现有探测器，通过一条CAN总线悬挂多个探头的结构，本发明的火灾探测器与邻近火灾探测器之间，以及相邻火灾探测器之间的CAN总线连接为独立设置，各火灾探测器内部均设置数据转发模块，通过数据转发模块对接收到的命令帧地址进行修改及转发，命令帧地址的修改采用数据逻辑运算，其中数据逻辑运算为对接收到的命令帧地址进行递加或递减，通过命令帧地址递加或递减后的从节点的帧地址，区分各火灾探测器的帧地址，通过应答帧地址反馈，主节点自动识别火灾探测器个数，无需对各个探头单独进行地址编码。

此外，本发明烟火探测器的群发-应答机制包括群命令发送和群命令应答两个过程，同样的点名-应答机制包括点名命令发送和点名命令应答两个过程，群命令发送与群命令应答以及点名命令发送和点名命令应答各自形成一条CAN通讯环路，两条环路的两个方向均能进行数据接收与转发，相当于两条CAN总线，两条CAN总线互相冗余，增加通讯准确性。