1 引言 在許多實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，經(jīng)常需要接收距離較遠(yuǎn)的測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)，如何快速可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸是這些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題。在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，為了降低系統(tǒng)的成本，往往采用單片機(jī)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集和記錄單元。在中央控制中心，常常利用PC機(jī)來(lái)完**機(jī)會(huì)話及與監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的通信。
本文介紹一套用于電動(dòng)裝置出廠性能檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用的主從式（Master/Slave）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)的下位機(jī)是以32位的ARM單片機(jī)（LPC2214）為CPU，兩片CPLD（XC95108）擴(kuò)展I/O口對(duì)外圍器件如加載電機(jī)、卸載電機(jī)、光電編碼器和AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制的單片機(jī)系統(tǒng)，并有鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和液晶屏顯示各功能界面，以及打印機(jī)打印測(cè)試合格產(chǎn)品的性能參數(shù)記錄。上位機(jī)的管理平臺(tái)則基于VisualBasic610。此系統(tǒng)通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的性能參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格避免不合格產(chǎn)品出廠，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
通訊系統(tǒng)以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的雙絞線為通訊媒介，上位機(jī)利用VB610的通訊控件MSComm實(shí)現(xiàn)了與下位機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通訊，下位機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)，取得了滿意效果。
2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理
2.1 結(jié)構(gòu)組成
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由控制中心和多個(gè)遠(yuǎn)程單元RTU（RemoteTerminalUnite）組成（圖1）。控制中心由上位機(jī)和RS232/485轉(zhuǎn)換器組成，各遠(yuǎn)程單元是以ARM單片機(jī)為核心的電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)（圖2）。
圖2 電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2工作原理
控制中心作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Da2taTerminalEquipment），負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別、存儲(chǔ)等。PC機(jī)通過(guò)485通訊電纜與遠(yuǎn)端電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)相連，其傳輸速率為9600bps，端口數(shù)據(jù)傳輸速率可根據(jù)系統(tǒng)需要設(shè)為1200bps～19200bps〔1〕。
各遠(yuǎn)端電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)光電編碼器和AD轉(zhuǎn)換器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的性能參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用MAX1480芯片與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)2片CPLD實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出開關(guān)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制和參數(shù)測(cè)量。電動(dòng)裝置性能檢測(cè)系統(tǒng)還有復(fù)位、故障報(bào)警及芯片正常工作檢測(cè)等系統(tǒng)。
通訊系統(tǒng)以控制中心PC機(jī)和遠(yuǎn)端單片機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)485通訊電纜以同頻異步半雙工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸，PC機(jī)通過(guò)串口發(fā)送令牌到遠(yuǎn)端單元，遠(yuǎn)端單元收到自己的令牌后發(fā)送數(shù)據(jù)到PC機(jī)，PC機(jī)收到數(shù)據(jù)后回送正確信息。從而實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。
3 實(shí)時(shí)串行通訊程序設(shè)計(jì)
3.1 通訊協(xié)議
（1）一楨數(shù)據(jù)由1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位校驗(yàn)位、1位停止位共11位組成。
（2）波特率為9600bps。電動(dòng)裝置測(cè)試系統(tǒng)的單片機(jī)的串口選用UART0進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為了得到準(zhǔn)確的波特率，ARM單片機(jī)采用振蕩頻率為1110592MHz的晶振。PC機(jī)串口波特率通過(guò)VB通訊控件MSComm的Setting屬性設(shè)置，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，兩者的波特率必須一致。
（3）系統(tǒng)采用異步通訊方式，上位機(jī)通過(guò)令牌傳遞總線（token-passingbus）方式與遠(yuǎn)端單元進(jìn)行通訊〔2〕。PC機(jī)發(fā)送的信息為固定4個(gè)字節(jié)。第1個(gè)字節(jié)和第2個(gè)字節(jié)分別為起始標(biāo)志符和遠(yuǎn)端單元的具體地址號(hào)，第3個(gè)字節(jié)表示發(fā)送的是令牌還是命令，第4個(gè)字節(jié)為結(jié)束標(biāo)志符。
圖3 主-從查詢-回應(yīng)周期
（4）遠(yuǎn)端單元接收到令牌后，對(duì)照令牌的地址號(hào)與本單元地址進(jìn)行判斷，得知令牌是本單元的，此時(shí)總線處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。此單元開始發(fā)送信息，發(fā)送的信息共158個(gè)字節(jié)。第1個(gè)字節(jié)和第2個(gè)字節(jié)分別表示起始標(biāo)志符和命令符，第3個(gè)字節(jié)表示數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，第4個(gè)到第157個(gè)字節(jié)表示采集的測(cè)試數(shù)據(jù)，第158個(gè)字節(jié)表示結(jié)束標(biāo)志符。如果地址不符，則將令牌轉(zhuǎn)發(fā)到下一單元〔3〕。其通訊方式如圖3所示。
3.2 遠(yuǎn)端單片機(jī)控制系統(tǒng)的串行通訊程序設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)端ARM單片機(jī)采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，基于軟件ADS112編程與上位機(jī)進(jìn)行通訊，上位機(jī)通訊子程序流程圖以及下位機(jī)中斷子程序流程圖分別如圖4和圖5所示。
控制中心上位PC機(jī)始終在循環(huán)發(fā)送令牌，當(dāng)遠(yuǎn)端單元接收到與本機(jī)地址相同的令牌時(shí)，置接受數(shù)據(jù)標(biāo)志，接收到自己的令牌后，遠(yuǎn)端單元開始上傳數(shù)據(jù)到上位PC機(jī)，與此同時(shí)PC機(jī)停止發(fā)送令牌并處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，等到接收數(shù)據(jù)完畢并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)合格后發(fā)送確認(rèn)命令到此遠(yuǎn)端單元，如果沒(méi)收到數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)不合格發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志到此遠(yuǎn)端單元。如果收到的令牌與本機(jī)地址不同時(shí)，程序返回中斷入口處，繼續(xù)執(zhí)行其他操作。這樣可保證遠(yuǎn)端單元把數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地發(fā)送到上位機(jī)PC機(jī)。
圖4 上位機(jī)通訊子程序流程圖
圖5 ARM單片機(jī)中斷子程序流程圖
3.3 上位PC機(jī)串行通訊程序設(shè)計(jì)方法
上位機(jī)利用VB610進(jìn)行編程，用VB610開發(fā)串行通訊程序普遍采用兩種方法：一種是利用Windows的API函數(shù)；另一種是采用VB的通訊控件MSComm。利用API函數(shù)編寫串行通訊程序較為復(fù)雜，需要調(diào)用許多繁瑣的API函數(shù)，而VB610的MSComm通訊控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、事件和方法，用戶不必了解通信過(guò)程中的底層操作和API函數(shù)〔4〕，從而比較容易、高效的實(shí)現(xiàn)了串口通信。
MSComm控件提供了兩種功能完善的串口數(shù)據(jù)接收和發(fā)送功能：一種是查詢法，通過(guò)Com2mEvent的值來(lái)輪詢（polling）事件和通訊狀態(tài)，可以使用定時(shí)器和DO.Loop程序來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種是事件驅(qū)動(dòng)法（Event-driven），利用MSComm控件OnComm事件來(lái)捕獲串口通訊錯(cuò)誤或事件，并在OnComm事件中編寫程序進(jìn)行相應(yīng)的處理〔5〕。本軟件系統(tǒng)采用了定時(shí)器來(lái)發(fā)送令牌以及接收遠(yuǎn)端單片機(jī)的回執(zhí)信息，使PC機(jī)作出更快的反應(yīng)。
軟件采用定時(shí)器Timer1控件來(lái)實(shí)現(xiàn)令牌的循環(huán)發(fā)送。其中設(shè)置定時(shí)器響應(yīng)一次的時(shí)間為10ms（Timer11Internal=10）。
3.4 下位機(jī)ARM2210系列單片機(jī)串行通訊程序設(shè)計(jì)方法
下位機(jī)利用軟件ADS112進(jìn)行編程，此軟件是專為ARM單片機(jī)開發(fā)的一種軟件，其語(yǔ)言類似于C語(yǔ)言，有很好的應(yīng)用性。
4 結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)應(yīng)用在對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，其通訊網(wǎng)絡(luò)部分運(yùn)行平穩(wěn)，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率低，傳輸速度符合要求，效率高，操作簡(jiǎn)單，組網(wǎng)方便，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)和控制要求。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于高精度的工業(yè)測(cè)控和數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域中。