基于I2C结构模型身份识别及信息交互平台和通信协议单元 【技术领域】
本发明涉及一种身份识别(简称ID，是Identity的缩写)及信息交互平台，尤其涉及一种基于I2C(Inter Integrated Circuit Bus，芯片间集成电路传输总线)结构模型身份识别及信息交互平台和通信协议单元。
技术背景
串行扩展通信接口是PIC(Periphery Interface Chip，外围接口芯片)单片机与外围器件或其他计算机之间进行数据交换的平台和重要渠道。一般单片机都配置有多个串行通信模块，其中比较有代表性的就是I2C通信模式。I2C总线是一种芯片间同步串行传输总线，工作性能比较稳定，目前被大量地用于系统内部的数据传输总线。I2C总线结构非常简单，仅仅依靠两根信号线：即同步串行数据线SDA(Serial Data，串行数据线)和同步串行时序信号线SCL(Serial Clock，串行时序信号线)。I2C数据传送方式是采用主、从器件分时合用一条数据线SDA，可以包含字节数据信息、地址识别码和双方应答握手信号；I2C数据传送的速率取决于时钟脉冲信号SCL的频率。
I2C结构总线，一般用于计算机、单片机或其它控制模块之间点对点的数据传送，但在多单片机组成的网络化系统中，如何解决多单片机构成身份识别及信息交互平台及多单片机组网站点地址识别和数据信息交换之通信协议是本发明所解决的关键问题。
【发明内容】
本发明目的在于提供一种基于I2C结构模型身份识别及信息交互平台和通信协议单元，构建一个单片机网络化系统环境，能够识别单片机站点地址及身份，实现有效数据传输，并且通信方式安全可靠。
本发明之一：一种基于I2C结构模型身份识别及信息交互平台，其特征在于，它由采用I2C结构模型互连方式的若干台PIC单片机以及与每台PIC单片机连接的包括键盘和显示器的人机交互模块构成一个网络架构，其中：若干台PIC单片机用于相互间身份的识别和信息交互；人机交互模块用于数据输入和输出。
在上述的I2C结构模型身份识别及信息交互平台中，由每台PIC单片机接口引脚RC0接上拉电阻后对应互连构成I2C结构模型中的数据总线的SDA以及由每台PIC单片机接口引脚RC1接上拉电阻后对应互连构成I2C结构模型中的时序总线SCL。
在上述的I2C结构模型身份识别及信息交互平台中，人机交互模块的键盘为4*4矩阵键盘；显示器为3位数码动态显示器。
本发明之二，一种用于上述基于I2C结构模型所构成的身份识别及信息交互平台的通信协议单元，包括三层网络化的通信协议。
第一层协议，包括帧头子程序、帧尾子程序、以及发送和接收一个字节数据的子程序，它是面向硬件，承担对总线实施操作的功能，属于最底层的物理传输协议或约定；
第二层协议，也引入了数据帧(包)的概念，在一帧的信息中包括三部分数据内容：接收者ID身份识别码、发送者ID身份识别码和要发送的数据内容。另外，该数据帧信息将最底层大量的硬件处理操作对应用层实施屏蔽效果，使应用层协议的编程设计得到较大的简化，这样做也便于对程序进行联网调试或修改；
第三层协议，还包含在键盘扫描模块中，实现工作状态的切换、数据的采集(设定)和显示，是面向应用层的交互协议。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明提出了一套完整的单片机网络协议单元，在I2C模拟时序状态下实现数据的有效传送和身份识别，轻松实现PIC单片机系统间可控定向数据传送平台，从而为实现单片机网络化管理和数据交换奠定了技术基础。
【附图说明】
图1是本发明之一的身份识别及信息交互平台原理示意图；
图2是本发明之二的身份识别及信息交互平台的通信方式示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1，图中示出了本发明之一的一种基于I2C结构模型身份识别及信息交互平台，该网络化身份识别及信息交互平台是基于I2C结构模型，它包括若干台没有固定主、从角色之分的PIC单片机21，构成单片机及人机交互模块2，即包括数据及功能输入4×4矩阵键盘23和8段数码显示22；还包括均接有4.7K欧姆上拉电阻11的一根数据总线SDA对应互连和一根时序总线SCL对应互连，从而构成标准的I2C结构模型，如模块1。
本实施例中，PIC单片机为三台，其中，RC0、RC1分别定义为I2C结构模型通信的一根数据总线SDA和一根时序总线SCL，均接有一个4.7K欧姆上拉电阻，数据总线SDA和时序总线SCL分别对应互连，PIC单片机采用型号为PIC16F877。
请参阅图2，图中示出了本发明之二的一种基于I2C结构模型身份识别及信息交互平台的示意图，是网络系统中任意一个单片机与其它单片机之间进行数据或信息交换的通道。所基于I2C结构模型互连的单片机，通过对数据总线SDA的功能定义和设置，成为其角色可以随时交换的既可作为主动发送端3又可以成为从动接收端4，这将由数据和信息流的方向决定。单片机所构建的控制单元，基于I2C结构模型所建立的网络协议能够该网络协议框架结构，主要是根据数据信息交换功能设计为三层协议内容，描述了网络化环境条件之下任一数据发送主体与数据接收客体之间的协议关系。所实现的功能描述如下：
其中第一层为物理传输协议层，属于最底层的协议或约定，主要有发送端模块3中发送数据模块33和接收端模块4中接收数据模块43组成，是信息交换主、客体之间面向硬件的协议通道。
第二层为中间层协议，在发送端3和接收端4引入数据帧(包)的概念，将一帧地信息中所包括的三部分数据内容(接收者ID身份识别码、发送者ID身份识别码和要发送的数据)，通过整合数据模块32将数据集成，然后在拆分数据模块42中对数据进行分解。
第三层为应用层协议，是一个用户层面的设计，在满足系统交互协议的基础上，可根据个性化的人机交互界面(包括键盘和显示)进行拓展处理和设置，具体完成原始数据采集(发送端采集数据模块31)和后续数据处理(接收端处理接收数据模块41)。
所构建的I2C结构模型身份识别及信息交互平台的网络化通信协议单元，是单片机间进行数据交换的法则，可以实现系统工作状态(侦听/准备/发送)间的转换、用户端和客户端身份识别码的变更方式和发送数据的刷新等一系列操作，能够使单片机智能地进入接收、发送或等待环节。
具体实施过程及完成的能够如下：
首先必须确定总线控制权的占有方式，任何一个系统将可以通过帧头子程序将数据总线SDA和时序总线(常态方式下为高电平)拉至低电平并保持一段时间(一般采用30μs)，足以使接收方(除该系统以外的其它单片机系统)都能检测到总线已被占用，从而这些系统均开始转入接收数据阶段。在接收过程中，接收方始终处于被动状态有序逐位接收数据，直至收到完整一帧数据的内容后接收方将主动停止接收。
其次，每个接收方将独立进入ID身份识别检验和比对，只有当与自身的ID身份码一致的时候才会去识别发送者ID身份码并处理所接收到的数据信息。同时也采用I2C通信协议类似的确认信号机制，接收方将暂时占有总线控制权，回送一个带有接收方的ID身份识别码，表示已经收到相关的数据。而发送方在执行完帧尾子程序后立即释放总线，等待接收方的回送确认信号；
最后，如果在一定的时间(一般采用50μs)内收不到确认信号，发送方将重新占有总线并重新发送原来的那帧数据；而如果收到了确认信息后，将迅速交出总线控制权，自觉转换到监听状态。
在本实施例中，只用两位十进制数来表示发送者或接收者的身份识别码，但理论上识别码的长度是可以无限扩充的，即网络中单片机系统的终端结点数可以有无限多个。系统数码显示器位数大小决定着可有多少台识别码独立的结点存在于网络系统中，同样传送的数据内容也受限于所表达十进制数的位数，但可根据使用情况进行扩充。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。