精密數(shù)字壓力表多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要,以計(jì)算機(jī)為主機(jī)、精密數(shù)字壓力表為從機(jī),從通信原理、硬件實(shí)現(xiàn)、主/從機(jī)軟 件設(shè)計(jì)方面介紹了精密數(shù)字壓力表多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)際應(yīng)用表明,釆用該方案設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的精密數(shù) 字壓力表及其與主機(jī)的RS232C通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在主機(jī)上實(shí)時(shí)顯示各個(gè)精密數(shù)字壓力表的測(cè)量值及查看 或設(shè)置壓力表測(cè)量參數(shù)的功能。
0.引言
近年來(lái),隨著工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的需要,儀器儀表 得到了蓬勃發(fā)展。精密數(shù)字壓力表作為原來(lái)工業(yè)指 針壓力表的替代品,廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的壓力測(cè) 量。PIC單片機(jī)由于性價(jià)比高而大量應(yīng)用于智能儀 器儀表的開發(fā)中。筆者選用PIC18F252為主控芯 片設(shè)計(jì)了一種精密數(shù)字壓力表,并利用其自帶的 USART模塊方便地實(shí)現(xiàn)了與監(jiān)控主機(jī)的RS232C 串行通信,使監(jiān)控主機(jī)能夠?qū)崟r(shí)顯示各個(gè)精密數(shù) 字壓力表的測(cè)量值,并隨時(shí)對(duì)其中某一個(gè)壓力表的 測(cè)量參數(shù)進(jìn)行查看或設(shè)置。
1.通信原理
RS232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（Electronic Industry Association ,EIA)制定的一*種串行物理接 口標(biāo)準(zhǔn)。目前RS232C是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用 最廣泛的一種串行接口，被定義為一種在低速率串 行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn),釆取不平衡傳 輸方式,最大傳輸距離約為20 m ,最大傳輸速率為 20 kbit/ s。PIC18F252 擁有 USART 資源,釆用 三線連接方式，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片將信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS232C標(biāo)準(zhǔn)電平,完成與主機(jī)上RS232C串口的 連接。然后在主機(jī)的VC++平臺(tái)下調(diào)用MSComm 控件,并設(shè)置PIC18F252的USART各相關(guān)寄存器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與PIC18F252的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
圖1為主機(jī)和多臺(tái)精密數(shù)字壓力表的連接方 式。其中計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，釆用查詢方式接收從機(jī) 發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù);各壓力表作為從機(jī)，釆用中斷方式接收 從主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。
為了實(shí)現(xiàn)多機(jī)無(wú)沖突可靠通信，通信協(xié)議的設(shè) 計(jì)格外重要。首先每臺(tái)從機(jī)必須有唯一的地址，通 過(guò)壓力表的菜單模式下壓力表地址設(shè)置選項(xiàng)進(jìn)行地 址設(shè)置。根據(jù)應(yīng)用需要，每臺(tái)從機(jī)有16個(gè)地址值可 供選擇，分別為1?16。其次是通信數(shù)據(jù)格式的定 義，為了使數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單化，以1個(gè)字節(jié)作為最小通 信單位。數(shù)據(jù)分為地址幀和數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不定 長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行和校驗(yàn)，保證收到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠; 地址幀主要用于主機(jī)對(duì)從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和設(shè)置時(shí) 的從機(jī)識(shí)別。
數(shù)據(jù)幀用于壓力值、報(bào)警值等數(shù)據(jù)的傳送，其格 式如下：
數(shù)據(jù)幀的起始符和結(jié)束符分別為0x5B、x5D ; 不同參數(shù)數(shù)據(jù)用3個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行區(qū)分，以字符 的ASCII碼作為標(biāo)識(shí)符；由于傳輸數(shù)據(jù)大小、類型 不一致，釆用不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;從機(jī)地址標(biāo)識(shí)符和校 驗(yàn)碼與地址幀的原理相同。如向主機(jī)傳輸壓力值、上下限壓力值報(bào)警、低電壓報(bào)警時(shí),其傳輸數(shù)據(jù)幀為 “0x5B(起始符）、0x43(C)、0x44(D)、0x3D( =)、N1 (液晶屏第一位數(shù)據(jù)）、N2(液晶屏第二位數(shù)據(jù)）、N3 (液晶屏第三位數(shù)據(jù)）、N4(液晶屏第四位數(shù)據(jù)）、N5 (液晶屏第五位數(shù)據(jù)）、POINT_flag (小數(shù)點(diǎn)位置標(biāo) 識(shí)）、ALARM_flag(上下限壓力值報(bào)警標(biāo)識(shí)）、LVD_ flag(低電壓報(bào)警標(biāo)識(shí)）、AD(壓力表地址標(biāo)識(shí)）、 0x5D(結(jié)束符）、UM(和校驗(yàn)碼)”。主機(jī)接收到數(shù) 據(jù)流之后進(jìn)行和校驗(yàn),如果傳輸錯(cuò)誤,發(fā)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀 給從機(jī),從機(jī)再次發(fā)送數(shù)據(jù)。如校驗(yàn)正確,按照協(xié)議 進(jìn)行解碼,并送對(duì)話框相應(yīng)控件顯示。當(dāng)然,從主機(jī) 傳輸?shù)綇臋C(jī)的數(shù)據(jù)也經(jīng)過(guò)和校驗(yàn)驗(yàn)證。多機(jī)通信必 須保證每時(shí)每刻只有1臺(tái)從機(jī)與主機(jī)通信,所以 每次通信的建立首先必須是主機(jī)對(duì)從機(jī)的查詢。
0x5A和0x5C作為地址幀的起始符和結(jié)束符， 各占用1個(gè)字節(jié)；由于主機(jī)軟件存在多個(gè)子頁(yè)面,分 別用于各種壓力表數(shù)據(jù)的顯示和設(shè)置,所以需要 1個(gè)字節(jié)的頁(yè)面標(biāo)識(shí)符;從機(jī)的地址識(shí)別占用1個(gè)字 節(jié);校驗(yàn)碼是起始符和結(jié)束符之間數(shù)據(jù)的和(不包括 起始符和結(jié)束符），占用1個(gè)字節(jié),超過(guò)1個(gè)字節(jié)則 自動(dòng)丟失高位數(shù)據(jù)。
2.硬件實(shí)現(xiàn)
該多機(jī)通信系統(tǒng)除了單片機(jī)RS232C通信的硬 件要求外,還釆用了一塊MAX3223ECAP芯片和 一個(gè)IN4148 二極管實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的硬件電路,如 圖2所示。
MAX3223ECAP 為一款雙向 TTL RS232C 標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換芯片。當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),從機(jī) 1的RXD0在收到數(shù)據(jù)的同時(shí),通過(guò)電平轉(zhuǎn)換連接 到從機(jī)2的RXD1端,MAX3223ECAP此時(shí)起增強(qiáng)信號(hào)的作用。從機(jī)1的TXD0端口向主機(jī)發(fā)送的 數(shù)據(jù)通過(guò)MAX3223ECAP電平轉(zhuǎn)換,再用二極管 進(jìn)行隔離,實(shí)現(xiàn)從機(jī)1 TXD0端與從機(jī)2 TXD1端 口互不干擾。以上連接方式理論上可以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)主 機(jī)對(duì)無(wú)限多臺(tái)從機(jī)的多機(jī)通信。在本文涉及的精密 數(shù)字壓力表系統(tǒng)中,只要求完成1臺(tái)主機(jī)對(duì)16臺(tái)從 機(jī)的通信,因此,該電路可滿足通信要求。
3.軟件實(shí)現(xiàn)
3. 1從機(jī)軟件
精密數(shù)字壓力表釆用PIC18F252作為主控芯 片,其軟件編程語(yǔ)言釆用C語(yǔ)言,在MAPLAB IDE 平臺(tái)上開發(fā),利用PICC- 18編譯工具編譯。從機(jī) 軟件功能為實(shí)現(xiàn)壓力表地址分配(不允許2臺(tái)不同 的壓力表具有相同的地址值）以及對(duì)主機(jī)查詢信息 命令的中斷響應(yīng)。壓力表地址分配是由按鍵處理子 文件實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)進(jìn)入壓力表的菜單模式下地址處 理子菜單St - AD進(jìn)行相應(yīng)按鍵操作,最終將設(shè)定 好的地址值保存到PIC18F252自帶的EEPROM 中。設(shè)定壓力表地址值后,主機(jī)對(duì)從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)查 詢時(shí),從機(jī)在USART接收中斷服務(wù)程序中完成對(duì) 數(shù)據(jù)的保存,并置位標(biāo)志位,等待主程序循環(huán)對(duì)所接 收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。從機(jī)數(shù)據(jù)接收及處理程序流程如 圖 3 所示 。
3.2主機(jī)軟件
主機(jī)軟件的設(shè)計(jì)是基于VC + +平臺(tái)的MFC 編程實(shí)現(xiàn)。首先建立一個(gè)模態(tài)對(duì)話框，添加 MSComm控件,對(duì)所用計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置 及初始化。數(shù)據(jù)接收是通過(guò)對(duì)GetCommlvenl()事 件的響應(yīng),然后將數(shù)據(jù)校驗(yàn)、保存并處理,在軟件前臺(tái)顯示。主機(jī)數(shù)據(jù)接收程序流程如圖4所示。
數(shù)據(jù)發(fā)送功能是通過(guò)按鈕或者定時(shí)器控件調(diào)用 數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，在此不予詳述。
4.結(jié)語(yǔ)
本文根據(jù)精密數(shù)字壓力表的實(shí)際應(yīng)用要求，詳 細(xì)描述了精密數(shù)字壓力表多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，提出的通信原理及軟硬件實(shí)現(xiàn)方式合理、可靠。通信 中使用和校驗(yàn)大大減低了通信的出錯(cuò)率，能夠勝任 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境。依據(jù)本文所述方法開發(fā) 的精密數(shù)字壓力表已形成產(chǎn)品，并已得到實(shí)際應(yīng)用。
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠，尚未出現(xiàn) 故障。但本文提出的RS232通信限制了從機(jī)和主 機(jī)的通信距離，可根據(jù)實(shí)際需要以其它通信接口 代替。
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