通信系統(tǒng)的硬件設計方案

1、通信系統(tǒng)的硬件設計方案    通信系統(tǒng)硬件設計主從式礦用組合開關通信系統(tǒng)用于實現(xiàn)組合開關控制系統(tǒng)上、下位機系統(tǒng)的信息傳輸，其為組合開關控制系統(tǒng)的主控芯片。內(nèi)部設有和兩個串行通信口。通信系統(tǒng)中均采用其口。為增強型串行通信總線，其接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)為雙重緩沖區(qū)，保證在接收數(shù)據(jù)時，即使軟件尚未讀完接收數(shù)據(jù)，第二個數(shù)據(jù)仍能完整接收。通信可通過查詢和位或中斷來控制。為集成電路芯片，其串口的收發(fā)信號都是電平，驅動能力和抗干擾性有限。針對環(huán)境惡劣、干擾源多的煤礦井下，通信系統(tǒng)選用總線實現(xiàn)多機互聯(lián)。總線采用平衡差分傳輸方式，抗干擾性好，可互連多達個單片機，適合組成多機通信系

2、統(tǒng)。不支持符合協(xié)議的電平信號，所以采用總線驅動芯片設計了信號電平轉換接口模塊，如圖所示。是公司推出的適用于惡劣環(huán)境下的低功耗收發(fā)器，數(shù)據(jù)傳輸速率可達，其內(nèi)部有個輸入接收器和個輸出驅動器，二者的使能引腳在不使能情況下均處于高阻狀態(tài)。采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)與的通信。通過發(fā)送端將電平信號發(fā)送至進行轉換，生成的差分信號經(jīng)、端口輸出，接收端將差分信號還原成信號。光電隔離電路實現(xiàn)通信信號與的隔離，同時抑制芯片、端口之間的靜電沖擊，使通信系統(tǒng)更加安全可靠。通信系統(tǒng)多機通信結構如圖所示。上位機系統(tǒng)與下位機系統(tǒng)通過信號電平轉換接口模塊連接在總線上。顯示屏支持協(xié)議信號，不需要接信號電平轉換接口模塊?？偩€上

3、只能有個節(jié)點成為主節(jié)點而處于發(fā)送狀態(tài)，其它節(jié)點必須處于接收狀態(tài)。如果同一時刻有個或個以上的節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)，將導致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，即總線沖突。為了避免總線沖突問題，提高可靠性，通信系統(tǒng)采取了以下措施：（）采用主從式結構，總線工作在主從模式下，從機不主動發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切由主機控制。在本通信系統(tǒng)中，主機為上位機系統(tǒng)，從機為主線路與支線路。（）在信號電平轉換接口模塊中設置的端口來控制的收發(fā)狀態(tài)。在通信系統(tǒng)復位時，主從機均處于接收狀態(tài)。通信系統(tǒng)的實現(xiàn)主從式礦用組合開關通信系統(tǒng)包括兩部分：上位機系統(tǒng)與主線路和各支線路的通信，以及上位機系統(tǒng)與顯示屏的通信。在多機通信中，在保證通信可靠性的前提

4、下，還要提高總線的通信效率和實時性，因此需要選擇合適的通信協(xié)議和完善的通信軟件。主機與從機通信的實現(xiàn)本通信系統(tǒng)中，參考協(xié)議制定了一種滿足組合開關控制系統(tǒng)通信要求的主從式通信協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定每一個從機要知道自身地址，識別按地址發(fā)來的消息，以及決定要產(chǎn)生何種行動。以下為通信協(xié)議規(guī)則：（）串行通信波特率為，字符特征為數(shù)據(jù)位，起始位，停止位，無校驗位。（）協(xié)議定義了信息格式和差錯控制。主從機數(shù)據(jù)幀結構（圖）包括線路地址（）、功能代碼（）、數(shù)據(jù)域（）和校驗碼（），均為進制。主機和從機采用相同的幀結構，不同之處在于主機數(shù)據(jù)幀結構中的數(shù)據(jù)域為系統(tǒng)整定的運行參數(shù)和運行方式，從機數(shù)據(jù)幀結構中的數(shù)據(jù)域為主線路和各

5、支線路的工作狀態(tài)量。主機和從機信息包均為的定長幀。在數(shù)據(jù)幀結構中，線路地址用以選擇主機與從機中的當前通信線路；功能碼表明主機對本次通信回路的操作類型，操作約定見表；校驗碼為位的校驗碼。（）標準協(xié)議采用間隔時間判斷方法捕捉數(shù)據(jù)幀，這需要占用的計數(shù)器定時器源，還需對檢測到的串口接收時間片進行邏輯處理。本通信系統(tǒng)中，通過判斷地址碼位和功能碼位來確定幀的開始，理由是地址碼和功能碼是主機請求數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容，而主機和從機都知道這兩位數(shù)據(jù)。采用該判斷原則后，從機不必判斷主機幀之間的間隔是否大于個字符傳輸時間。圖為基于該原則的幀捕捉邏輯流程，其中為幀接收數(shù)據(jù)數(shù)組，與為地址位，與為功能碼位，為一幀數(shù)據(jù)幀捕捉成功標

6、志。程序初始化時需設置，。在成功接收且使用完本次通信數(shù)據(jù)后，要對數(shù)組清零，以防止其被內(nèi)存殘留數(shù)據(jù)干擾而無法判斷幀的起始。主機采用輪詢方式與從機中主線路及各支線路通信，如果主機發(fā)完信息后內(nèi)沒有接收到從機的響應信息，則認為本次通信失敗；從機采用中斷方式接收整個消息幀，接收完畢進行錯誤檢測，若校驗正確則根據(jù)命令碼調(diào)用相應的操作，否則不予響應。主機與顯示屏通信的實現(xiàn)顯示屏負責實時顯示被控電動機的狀態(tài)信息和控制系統(tǒng)的操作指示信息。在主機與顯示屏的通信中，顯示屏只需將接收的數(shù)據(jù)信息實時顯示在相應的界面上即可，不需要進行信息回饋，為單向通信。制定的通信協(xié)議如下：（）串行通信波特率為，字符特征為數(shù)據(jù)位，起始位

7、，停止位，無校驗位。（）對應的主機數(shù)據(jù)幀結構如圖所示。該數(shù)據(jù)幀結構中，界面地址負責切換顯示界面，包括系統(tǒng)顯示主界面、系統(tǒng)整定界面及系統(tǒng)自診斷界面及一些提示界面；光標地址區(qū)別顯示界面中的具體顯示元素。控制系統(tǒng)選用臺達顯示屏，其不支持校驗，因此主機與顯示屏的通信中采用偶校驗方式。采用畫面編輯軟件配置顯示屏通信端口（設置通信口為，通信界面為，數(shù)據(jù)位為，校驗為，停止位為，波特率為）、編輯顯示畫面、設定畫面地址及畫面中各元素對應的存儲器地址。實驗及結果分析實驗一：在軟件集成開發(fā)環(huán)境界面下觀察一次通信過程。上位機與支線路進行一次通信的數(shù)據(jù)如圖所示。從圖（）、（）可看出，上位機發(fā)起通信請求，與支線路建立通信

8、，線路地址碼為，代表與支線路通信；功能碼為，表示讀取支線的工作狀態(tài)信息；位校驗碼為。圖（）、（）為支線路回傳的數(shù)據(jù)。實驗二：系統(tǒng)正常運行顯示實驗。圖（）為上位機發(fā)送給顯示屏的數(shù)據(jù)。界面地址為，當前顯示畫面為主界面；光標地址為，顯示第一回路內(nèi)容。圖（）為顯示屏示界面，顯示第一回路電動機為啟動狀態(tài)，工作電流為?？梢婏@示結果與通信數(shù)據(jù)一致。在測試和實際應用中，主從式組合開關通信系統(tǒng)的上位機可通過發(fā)送配置信息成功配置下位機系統(tǒng)，主線路與各支線路能將系統(tǒng)工作狀態(tài)實時反饋給上位機，上位機可將反饋信息傳送給顯示屏顯示。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠滿足組合開關控制系統(tǒng)對通信效率和實時性的要求。結語根據(jù)智能型礦用組合開關控制系統(tǒng)的特點，設計了基于和總線的通信系統(tǒng)，根據(jù)制定的通信協(xié)議編寫了通信軟件。該通信系統(tǒng)硬件設計合理，構造簡單，經(jīng)測試和實踐證明其數(shù)據(jù)傳輸準確，運行可靠。系統(tǒng)涉及的通信接口設計、通信協(xié)議規(guī)