【正文】 .............................................15 6. 開(kāi)發(fā)工具 ...............................................................................................................................17 硬件開(kāi)發(fā)工具 ...............................................................................................................17 軟件開(kāi)發(fā)工具 ...............................................................................................................17 7. 調(diào)試過(guò)程 ...............................................................................................................................18 本地主系統(tǒng)調(diào)試設(shè)置 ...................................................................................................18 本地主系統(tǒng)功能展示 ...................................................................................................18 通信協(xié)議調(diào)試 ...............................................................................................................18 本地主系統(tǒng)與從機(jī)通信 ......................................................................................18 從機(jī)對(duì)錯(cuò)誤幀的響應(yīng) ..........................................................................................20 主機(jī)對(duì)錯(cuò)誤響應(yīng)的處理 ......................................................................................20 8. 課程心得體會(huì)和建議 ...........................................................................................................22 9. 參考資料 ...............................................................................................................................23 10. 附錄 .....................................................................................................................................24 程序清單 .....................................................................................................................24 第 1頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 1. 概述 編寫(xiě)說(shuō)明 遠(yuǎn) 程測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)用到了數(shù)據(jù)采集測(cè)量、信號(hào)傳輸及主從系統(tǒng)通信等多方面的知識(shí)，具有一定的復(fù)雜程度。本報(bào)告主要介紹了本組解決方案中本地主系統(tǒng)的硬件及軟件的實(shí)現(xiàn)方法以及用于信息交互的通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方法。 名詞定義 RS422【 1】 RS422 標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。由 于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比 RS232 更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)。接收器輸入阻抗為 4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是 10 4k+100Ω（終接電阻）。 RS232【 2】 個(gè)人計(jì) 算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì) (Electronic Industries Association， EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。 第 2頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 2. 系統(tǒng)總體說(shuō)明 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)概述 本遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)由五大模塊組成，這五大模塊分別是全局主系統(tǒng)、本地主系統(tǒng)、超聲波測(cè)距子系統(tǒng)、水溫測(cè)量控制子系統(tǒng)、電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量控制子系統(tǒng)。 整個(gè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖 所示。 獲取子系統(tǒng)的狀態(tài) 用戶在本地主系統(tǒng)的操作界面上可以獲得以下關(guān)于各個(gè)子系統(tǒng)的信息： 1. 各個(gè)子系統(tǒng)是否在線； 2. 用戶可以對(duì)在線的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，如控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止、以多大的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，控制水溫子系統(tǒng)的加熱與停止加熱，控制超聲波子系統(tǒng)的測(cè)量。只要打開(kāi)對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)控功能，用戶便可免去手動(dòng)問(wèn)詢的操作，由系統(tǒng)定時(shí)的發(fā)送問(wèn)詢命令獲得動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)并反映在操作界面上。 錯(cuò)誤命令的檢測(cè)與報(bào)告 通過(guò)對(duì)通信協(xié)議中幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使得主機(jī)與從機(jī)之間能夠相互檢測(cè)命令的錯(cuò)誤與否，并且把出錯(cuò)的原因報(bào)告給出錯(cuò)的一方。其中本地的無(wú)線通信模塊的通信器材和全局主系統(tǒng)通信模塊的基本一致，所以無(wú)線通信模塊的硬件實(shí)現(xiàn)請(qǐng)參見(jiàn)全局主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告部分。 本地主系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 第 5頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 接口定義 該模塊有 2 個(gè) RS232 接口，一個(gè)用于本地主系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)的通信另一個(gè)用于對(duì)本地主系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)的監(jiān)聽(tīng)；另外的 3 個(gè) RS422 接口用于實(shí)現(xiàn)與 3 個(gè)從機(jī)子系統(tǒng)的通信。 實(shí)現(xiàn)方式 芯片介紹 MAX483 芯片介紹 本次實(shí)驗(yàn)中主要采用了 MAX483 芯片，該芯片的作用是可以制作總線的收發(fā)器，該芯片的管腳定義如圖 所示。 5 腳 GND 接地。 第 6頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 MAX232 芯片介紹 MAX232 芯片的管腳定義、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外圍電路如圖 所示。 第 7頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 實(shí)現(xiàn)電路 本模塊基本實(shí)現(xiàn)的是從本地主系統(tǒng)輸 入的 RS232 電平信號(hào)，既要通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成 RS422 信號(hào)下行傳給給下位機(jī)即各子系統(tǒng)，又要傳給監(jiān)聽(tīng)電路部分來(lái)監(jiān)聽(tīng)本地主系統(tǒng)輸出的 RS232 信號(hào)。 圖 集成板模塊電路的實(shí)現(xiàn)框圖 [3] 本模塊內(nèi)部具體的實(shí)現(xiàn)電路如圖 所示。圖 中給出了外圍電路以實(shí)現(xiàn)芯片的工作。 該電路利用兩塊 MAX483 芯片和外圍電路實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖 所示。 發(fā)射機(jī)功能是把 4 號(hào)管腳輸入的單片機(jī)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分信號(hào)從 7 號(hào)和 6 號(hào)管腳輸出給RS422 總線。 第 9頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 4. 主從通信協(xié)議 【 6】 信息幀的基本結(jié)構(gòu) 通信主機(jī)和從機(jī)間信息傳輸，以信息幀（數(shù)據(jù)包）方式進(jìn)行，信息幀的組成結(jié)構(gòu)應(yīng)符合表 。 由通信主機(jī)發(fā)往從機(jī)的信息幀，稱為命令幀；由通信從機(jī)發(fā)往主機(jī)的信息幀，稱為響應(yīng)幀。響應(yīng)幀是對(duì)確定的單播命令幀的回復(fù)，兩者有一 一對(duì)應(yīng)關(guān)系；從機(jī)收到廣播命令幀，不回復(fù)任何響應(yīng)幀。 起始標(biāo)識(shí)和結(jié)束標(biāo)識(shí) (SOI 和 EOI) 起始標(biāo)識(shí)采用字符 ’~’，相應(yīng) ASCII 代碼為 0x7E。 通信協(xié)議版本號(hào) (VER) 對(duì)應(yīng)為 0x10。以下說(shuō)明地址編碼的分配情況。 1~254（ 0x01~0xFE）：分配給各通信從機(jī)的地址碼，從 ADR 的地址容量角度看，本應(yīng)用中最多可同時(shí)容納 254 個(gè)通信從機(jī)。 命令碼 命令碼 2 (CMD CMD2) 在命令幀中，命令碼 CMD1 和 CMD2 組合表示一條命令代碼。 CMD1 和CMD2 的編碼方式，由協(xié)議使用者根據(jù)業(yè)務(wù)需要自行確定。通信主機(jī)收到該響應(yīng)幀時(shí)，可通過(guò)閱讀 RSPD 段，檢驗(yàn)是否是與所發(fā)命令幀相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，減少錯(cuò)誤響應(yīng)對(duì)通信系統(tǒng)正常工作的影響。 通信從機(jī)應(yīng)按以下順序，依次對(duì)命令幀進(jìn)行解析： 4. 檢查 VER 段； 5. 檢驗(yàn) CHKSUM； 6. 判斷 CMD CMD2 的合法性和有效性； 7. 檢驗(yàn) LENGTH與 INFO 段實(shí)際長(zhǎng)度是否相符； 8. 判斷 INFO 段中各參數(shù)的合法性和有效性。 第 11頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 表 3 返回碼 意義 編碼 正?；貜?fù) 00 VER 錯(cuò) 01 CHKSUM 錯(cuò) 02 非法或無(wú)效命令 03 參數(shù)段長(zhǎng)度錯(cuò) 04 非法或無(wú)效參數(shù) 05 參數(shù)段長(zhǎng)度 LENGTH LENGTH： 0~255（ 00H~0FFH） CHKSUM的計(jì)算： 除 SOI、 EOI 和 CHKSUM 外，其他字節(jié)累加求模 256 和，取結(jié)果的補(bǔ)碼 (原碼取反加 1)。 參數(shù)段 INFO INFO 段格式及編碼，由協(xié)議使用者根據(jù)業(yè)務(wù)需要自行定義。 下行命令幀形式 在命令幀中，命令碼 CMD1 和 CMD2 組合表示一條命令代碼。 LENTH表示數(shù)據(jù)位的字節(jié)長(zhǎng)度， INFO 用以傳遞命令中必要涉及的數(shù)據(jù)，如設(shè)定水溫目標(biāo)值，設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，獲取超聲測(cè)距的結(jié)果等，當(dāng)命令中不必要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)（如要求讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速命令）則 INFO 為空。 表 本地主系統(tǒng)命令幀的格式和內(nèi)容 序號(hào) 通信對(duì)象 功能描述 命令幀 SOI VER ADDR CMD1 CMD2 LENGTH INFO CHECKSUM EOI 1 水溫控制 檢測(cè)狀態(tài) ~ 0x10 0x01 0x00 0x00 0x00 無(wú) 程序自動(dòng)計(jì)算 /r 設(shè)定溫度 ~ 0x10 0x01 0x01 0x01：開(kāi)始加熱 0x01 溫度 /r 0x00：停止加熱 讀取溫度 ~ 0x10 0x01 0x02 0x00 0x00 無(wú) /r 重啟系統(tǒng) ~ 0x10 0x01 0x03 0x00 0x00 無(wú) /r 2 電 機(jī)轉(zhuǎn)速 檢測(cè)狀態(tài) ~ 0x10 0x02 0x00 0x00 0x00 無(wú) /r 第 12頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 寫(xiě)工作方式 ~ 0x10 0x02 0x01 0x00:正轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn) 0x01 轉(zhuǎn)速 /r 0x01:正轉(zhuǎn)開(kāi)轉(zhuǎn) 0x02:反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn) 0x03:反轉(zhuǎn)開(kāi)轉(zhuǎn) 讀取狀態(tài) ~ 0x10 0x02 0x02 0x00 0x00 無(wú) /r 重啟系統(tǒng) ~ 0x10 0x02 0x03 0x00 0x00 無(wú) /r 3 超聲波測(cè)距 檢測(cè)狀態(tài) ~ 0x10 0x03 0x00 0x00 0x00 無(wú) /r 寫(xiě)工作方式 ~ 0x10 0x03 0x01 0x00 0x01 工作方式 /r 讀取測(cè)量值 ~ 0x10 0x03 0x02 0x00 0x00 無(wú) /r 重啟系統(tǒng) ~ 0x10 0x03 0x03 0x00 0x00 無(wú) /r 上行響應(yīng)幀形式 當(dāng)目的接收機(jī)（某通信從機(jī)）正常接收命令幀（基本結(jié)構(gòu)要素完整，即 SOI 和 EOI 存在，長(zhǎng)度符合要求），并正確解析命令后，應(yīng)按要求回復(fù)響應(yīng)幀，且在 RTN 段中指示“正?；貜?fù)”。 從機(jī)根據(jù)解析結(jié)果確定響應(yīng)幀的 RTN 位，若命令幀無(wú)錯(cuò)誤，則執(zhí)行該命令。從機(jī)給本地主系統(tǒng)響應(yīng)幀結(jié)構(gòu)如表 所示。 表 4 通信時(shí)序特性 符號(hào) 最小值 MIN 最大值 MAX Tbb 0 20 ms Tcr 0 500 ms Trc 0 — 注：若 TbbTbbMAX，則通信接收方可判定幀傳輸中止；若 TcrTcrMIN 或 TrcTrcMIN ，則存在通信接收方無(wú)法正確接收的風(fēng)險(xiǎn)；若 TcrTcrMAX，則通信主機(jī)可判定目的從機(jī)不在線。本部分以本地主機(jī)的下行 通信控制模塊的程序模板為例來(lái)說(shuō)明主從通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 功能描述 本地主系統(tǒng)下行通信控制模塊可以實(shí)現(xiàn)以下幾種功能： 15. 本地主系統(tǒng)在不與全局主系統(tǒng)相連時(shí)可以發(fā)送一些命令幀。 17. 對(duì)三個(gè)下屬?gòu)臋C(jī)進(jìn)行輪詢操作，通過(guò)串行通信端口與從機(jī)通信，向下傳遞命令并獲得相應(yīng)響應(yīng)幀。 5. 可對(duì)命令幀及響應(yīng)幀進(jìn)行命令解析。 7.