通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案

1、通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案    通信系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主從式礦用組合開關(guān)通信系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)組合開關(guān)控制系統(tǒng)上、下位機(jī)系統(tǒng)的信息傳輸，其為組合開關(guān)控制系統(tǒng)的主控芯片。內(nèi)部設(shè)有和兩個(gè)串行通信口。通信系統(tǒng)中均采用其口。為增強(qiáng)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(shí)，即使軟件尚未讀完接收數(shù)據(jù)，第二個(gè)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(hào)都是電平，驅(qū)動(dòng)能力和抗干擾性有限。針對(duì)環(huán)境惡劣、干擾源多的煤礦井下，通信系統(tǒng)選用總線實(shí)現(xiàn)多機(jī)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(dá)個(gè)單片機(jī)，適合組成多機(jī)通信系

2、統(tǒng)。不支持符合協(xié)議的電平信號(hào)，所以采用總線驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)了信號(hào)電平轉(zhuǎn)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(dá)，其內(nèi)部有個(gè)輸入接收器和個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)與的通信。通過發(fā)送端將電平信號(hào)發(fā)送至進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成的差分信號(hào)經(jīng)、端口輸出，接收端將差分信號(hào)還原成信號(hào)。光電隔離電路實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)與的隔離，同時(shí)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(jī)通信結(jié)構(gòu)如圖所示。上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)通過信號(hào)電平轉(zhuǎn)換接口模塊連接在總線上。顯示屏支持協(xié)議信號(hào)，不需要接信號(hào)電平轉(zhuǎn)換接口模塊?？偩€上

3、只能有個(gè)節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn)而處于發(fā)送狀態(tài)，其它節(jié)點(diǎn)必須處于接收狀態(tài)。如果同一時(shí)刻有個(gè)或個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，將導(dǎo)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(jié)構(gòu)，總線工作在主從模式下，從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切由主機(jī)控制。在本通信系統(tǒng)中，主機(jī)為上位機(jī)系統(tǒng)，從機(jī)為主線路與支線路。（）在信號(hào)電平轉(zhuǎn)換接口模塊中設(shè)置的端口來控制的收發(fā)狀態(tài)。在通信系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，主從機(jī)均處于接收狀態(tài)。通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主從式礦用組合開關(guān)通信系統(tǒng)包括兩部分：上位機(jī)系統(tǒng)與主線路和各支線路的通信，以及上位機(jī)系統(tǒng)與顯示屏的通信。在多機(jī)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(shí)時(shí)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(jī)與從機(jī)通信的實(shí)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(guān)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(gè)從機(jī)要知道自身地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，以及決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。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(yàn)位。（）協(xié)議定義了信息格式和差錯(cuò)控制。主從機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（圖）包括線路地址（）、功能代碼（）、數(shù)據(jù)域（）和校驗(yàn)碼（），均為進(jìn)制。主機(jī)和從機(jī)采用相同的幀結(jié)構(gòu)，不同之處在于主機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)域?yàn)橄到y(tǒng)整定的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行方式，從機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)域?yàn)橹骶€路和各

5、支線路的工作狀態(tài)量。主機(jī)和從機(jī)信息包均為的定長(zhǎng)幀。在數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中，線路地址用以選擇主機(jī)與從機(jī)中的當(dāng)前通信線路；功能碼表明主機(jī)對(duì)本次通信回路的操作類型，操作約定見表；校驗(yàn)碼為位的校驗(yàn)碼。（）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議采用間隔時(shí)間判斷方法捕捉數(shù)據(jù)幀，這需要占用的計(jì)數(shù)器定時(shí)器源，還需對(duì)檢測(cè)到的串口接收時(shí)間片進(jìn)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(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)幀的內(nèi)容，而主機(jī)和從機(jī)都知道這兩位數(shù)據(jù)。采用該判斷原則后，從機(jī)不必判斷主機(jī)幀之間的間隔是否大于個(gè)字符傳輸時(shí)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(biāo)

6、志。程序初始化時(shí)需設(shè)置，。在成功接收且使用完本次通信數(shù)據(jù)后，要對(duì)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(jī)采用輪詢方式與從機(jī)中主線路及各支線路通信，如果主機(jī)發(fā)完信息后內(nèi)沒有接收到從機(jī)的響應(yīng)信息，則認(rèn)為本次通信失敗；從機(jī)采用中斷方式接收整個(gè)消息幀，接收完畢進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，若校驗(yàn)正確則根據(jù)命令碼調(diào)用相應(yīng)的操作，否則不予響應(yīng)。主機(jī)與顯示屏通信的實(shí)現(xiàn)顯示屏負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示被控電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)信息和控制系統(tǒng)的操作指示信息。在主機(jī)與顯示屏的通信中，顯示屏只需將接收的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)顯示在相應(yīng)的界面上即可，不需要進(jìn)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(yàn)位。（）對(duì)應(yīng)的主機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖所示。該數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中，界面地址負(fù)責(zé)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(biāo)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(tái)達(dá)顯示屏，其不支持校驗(yàn)，因此主機(jī)與顯示屏的通信中采用偶校驗(yàn)方式。采用畫面編輯軟件配置顯示屏通信端口（設(shè)置通信口為，通信界面為，數(shù)據(jù)位為，校驗(yàn)為，停止位為，波特率為）、編輯顯示畫面、設(shè)定畫面地址及畫面中各元素對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址。實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)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(jī)與支線路進(jìn)行一次通信的數(shù)據(jù)如圖所示。從圖（）、（）可看出，上位機(jī)發(fā)起通信請(qǐng)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(yàn)碼為。圖（）、（）為支線路回傳的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)二：系統(tǒng)正常運(yùn)行顯示實(shí)驗(yàn)。圖（）為上位機(jī)發(fā)送給顯示屏的數(shù)據(jù)。界面地址為，當(dāng)前顯示畫面為主界面；光標(biāo)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(dòng)機(jī)為啟動(dòng)狀態(tài)，工作電流為?？梢婏@示結(jié)果與通信數(shù)據(jù)一致。在測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用中，主從式組合開關(guān)通信系統(tǒng)的上位機(jī)可通過發(fā)送配置信息成功配置下位機(jī)系統(tǒng)，主線路與各支線路能將系統(tǒng)工作狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給上位機(jī)，上位機(jī)可將反饋信息傳送給顯示屏顯示。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠滿足組合開關(guān)控制系統(tǒng)對(duì)通信效率和實(shí)時(shí)性的要求。結(jié)語根據(jù)智能型礦用組合開關(guān)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)合理，構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)測(cè)試和實(shí)踐證明其數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠。系統(tǒng)涉及的通信接口設(shè)計(jì)、通信協(xié)議規(guī)