【Servo】通信系统中涉及到的主站、从站和板卡是基础概念

我不是程序猿儿

于 2025-01-15 17:32:46 发布

阅读量754

点赞数 16

分类专栏： Servo C 文章标签：网络

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44939430/article/details/145119700

版权

Servo 同时被 2 个专栏收录

35 篇文章

订阅专栏

26 篇文章

订阅专栏

通信系统中涉及到的主站、从站和板卡是基础概念，尤其是在工业自动化和嵌入式开发领域，这些术语非常常见。如果想入门这一领域，将从概念、工作原理、典型协议以及入门路径来详细说明。

1. 主站 (Master)

定义

主站是通信网络中的核心控制设备，负责管理和控制整个网络上的数据通信。
主站主动发起数据请求，并与从站通信（如读取从站的状态、写入从站的控制命令）。

主要特点

主动性：主站始终是通信的发起者，从站只响应主站的请求。
管理功能：主站负责调度和协调网络中所有从站的工作。
处理能力较强：主站通常是较高性能的设备，例如 PLC（可编程逻辑控制器）、工业 PC 或嵌入式网关。

常见的主站设备

工业自动化中：
- PLC（可编程逻辑控制器）
- 工业 PC
- 嵌入式控制器
网络中：
- 主路由器 或 交换机

2. 从站 (Slave)

定义

从站是通信网络中的被控设备，响应主站的请求，向主站提供数据或执行命令。
从站本身不会主动发起通信，而是被动地接收和执行主站的命令。

主要特点

被动性：从站只能响应主站的指令。
专注性：从站通常只负责单一功能，例如读取传感器数据或驱动执行器。
资源受限：从站的硬件和计算资源通常较少，专注于特定任务。

常见的从站设备

传感器：读取环境数据（如温度、湿度、压力等）。
执行器：实现某种动作（如电机、继电器、伺服驱动器等）。
I/O 模块：提供数字或模拟信号的输入和输出。

3. 板卡

定义

板卡是硬件接口设备，通常用于主站或从站设备之间的通信或功能扩展。
在主站中，板卡可以作为硬件接口连接多个从站；在从站中，板卡可以扩展输入输出能力或实现通信功能。

主要特点

硬件接口角色：
- 板卡通常作为主站和从站之间的桥梁。
通信协议支持：
- 板卡支持特定的通信协议，如 EtherCAT、CANopen、Modbus 等。
安装形式：
- 常见为 PCIe 卡、PCI 卡，或者嵌入式单板。

常见的板卡用途

主站板卡：
- EtherCAT 主站控制卡。
- CAN 总线控制器。
- Profinet 通信卡。
从站板卡：
- EtherCAT 从站接口模块。
- GPIO/ADC/DAC 扩展模块。

4. 主站、从站、板卡之间的关系

在一个典型的工业通信系统中，主站、从站和板卡的关系如下：

主站：
- 是整个网络的核心，发起通信。
- 通过板卡与从站进行通信。
从站：
- 被主站控制，执行主站的命令。
- 通过通信协议将数据发送给主站。
板卡：
- 是主站和从站之间的接口。
- 主站通过板卡发送和接收数据。

举例：

在一个 EtherCAT 系统中：

主站是一台工业 PC 或 PLC。
从站是多个传感器、伺服驱动器或 I/O 模块。
主站板卡 是 EtherCAT 主站卡，安装在主站上，用于管理 EtherCAT 网络。

5. 典型工业通信协议

学习主站与从站的通信，必须了解一些常见的工业通信协议。

协议名称	描述	主站/从站关系
EtherCAT	高速实时以太网协议，用于传感器和执行器之间的高速通信，常用于运动控制。	主站控制从站设备
CANopen	基于 CAN 总线的协议，常用于汽车和工业控制，支持多主多从通信。	主站通过 CAN 网络管理从站
Modbus	一种简单的主从协议，有两种模式：Modbus RTU（串口）和 Modbus TCP（以太网）。	主站通过读取/写寄存器控制从站
Profinet	西门子主推的工业以太网协议，用于连接工厂级控制器和现场设备。	主站与从站基于以太网通信
IO-Link	点对点的通信协议，主要用于连接传感器和主站。	主站与单个从站点对点通信

6. 如何入门主站与从站通信？

以下是具体的入门学习步骤：

6.1 学习基础概念

了解工业通信协议：
- 学习 EtherCAT、Modbus、CANopen 等协议的工作原理和数据帧结构。
掌握主站与从站的工作原理：
- 理解主站如何发起通信请求，从站如何响应。

6.2 实际动手操作

硬件准备：
- 获取一套主站开发板（如 Beckhoff 的 EtherCAT 控制器）。
- 获取多个从站设备（如 EtherCAT I/O 模块、伺服驱动器或传感器）。
安装和配置开发环境：
- 安装 TwinCAT（用于 EtherCAT 主站开发）。
- 学习如何通过主站扫描和配置从站。
使用主站控制从站：
- 配置主站与从站之间的通信。
- 实现简单的任务，例如读取传感器数据、控制伺服电机。

6.3 编程实现通信

学习使用主站 API：
- EtherCAT 主站：学习 TwinCAT Automation Interface 或 ADS API。
- CANopen 主站：学习 CANopen 的 PDO 和 SDO 操作。
编写代码实现通信：
- 使用 C++ 或 C# 实现主站与从站的通信。
- 例如：
  - 扫描从站设备。
  - 读取从站的传感器数据。
  - 写入控制命令到从站。

6.4 模拟和调试

使用主站软件（如 TwinCAT 或 Codesys）模拟主站功能。
通过从站的调试接口监控通信状态（如 EtherCAT 的 ESI 文件查看）。

7. 入门推荐资源

硬件设备

主站设备：
- Beckhoff 的工业 PC 或带 EtherCAT 主站卡的控制器。
- Raspberry Pi 也可以作为简单的主站（使用开源 EtherCAT 堆栈）。
从站设备：
- EtherCAT 的 I/O 模块（如 Beckhoff EL 系列）。
- 伺服驱动器或常见传感器。