本站小編為你精心準(zhǔn)備了通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

通信系統(tǒng)硬件設(shè)計

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CPU為組合開關(guān)控制系統(tǒng)的主控芯片C8051F040。

C8051F040內(nèi)部設(shè)有UART0和UART1兩個串行通信口。通信系統(tǒng)中均采用其UART0口。UART0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，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。UART0通信可通過查詢TI0和RI0位或中斷來控制。

C8051F040為COMS集成電路芯片，其串口的收發(fā)信號都是CMOS電平，驅(qū)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RS485總線實(shí)現(xiàn)多機(jī)互聯(lián)。RS485總線采用平衡差分傳輸方式，抗干擾性好，可互連多達(dá)128個單片機(jī)，適合組成多機(jī)通信系統(tǒng)［2］。C8051F040不支持符合RS485協(xié)議的電平信號，所以采用MAX485總線驅(qū)動芯片［2］設(shè)計了信號電平轉(zhuǎn)換接口模塊，如圖2所示。

MAX485是MAXM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)2．5Mbit／s，其內(nèi)部有1個輸入接收器和1個輸出驅(qū)動器，二者的使能引腳在不使能情況下均處于高阻狀態(tài)。MAX485采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)與C8051F040的通信。C8051F040通過發(fā)送端TX0將COMS電平信號發(fā)送至MAX485進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成的差分信號經(jīng)A、B端口輸出，接收端RX0將差分信號還原成CMOS信號。

光電隔離電路實(shí)現(xiàn)通信信號與CPU的隔離，同時抑制MAX485芯片A、B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3所示。上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)通過信號電平轉(zhuǎn)換接口模塊連接在RS485總線上。顯示屏支持RS485協(xié)議信號，不需要接信號電平轉(zhuǎn)換接口模塊。RS485總線上只能有1個節(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)。如果同一時刻有2個或2個以上的節(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：（1）采用主從式結(jié)構(gòu)，RS485總線工作在主從模式下，從機(jī)不主動發(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1～n。（2）在信號電平轉(zhuǎn)換接口模塊中設(shè)置C8051F040的P2．0端口來控制MAX485的收發(fā)狀態(tài)。在通信系統(tǒng)復(fù)位時，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下，還要提高總線的通信效率和實(shí)時性［］，因此需要選擇合適的通信協(xié)議和完善的通信軟件。

1主機(jī)與從機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)

本通信系統(tǒng)中，參考Modbus協(xié)議［4］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)定每一個從機(jī)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：（1）串行通信波特率為19200bit／s，字符特征為8數(shù)據(jù)位，1起始位，1停止位，無校驗(yàn)位。（2）協(xié)議定義了信息格式和差錯控制。主／從機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（圖4）包括線路地址（2B）、功能代碼（2B）、數(shù)據(jù)域（30B）和校驗(yàn)碼（2B），均為16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€路和各支線路的工作狀態(tài)量。主機(jī)和從機(jī)信息包均為36B的定長幀。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)對本次通信回路的操作類型，操作約定見表1；校驗(yàn)碼為16位的CRC校驗(yàn)碼。（3）標(biāo)準(zhǔn)Modbus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CPU的計數(shù)器／定時器源，還需對檢測到的串口接收時間片進(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3．5個字符傳輸時間。圖5為基于該原則的幀捕捉邏輯流程，其中res［j］為幀接收數(shù)據(jù)數(shù)組，res［0］與res［1］為地址位，res［2］與res［3］為功能碼位，Sflag為一幀數(shù)據(jù)幀捕捉成功標(biāo)志。程序初始化時需設(shè)置res［0］＝res［2］＝0x00，Sflag＝0，j＝0。在成功接收且使用完本次通信數(shù)據(jù)后，要對res［j］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100ms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消息幀，接收完畢進(jìn)行錯誤檢測，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)。

2主機(jī)與顯示屏通信的實(shí)現(xiàn)

顯示屏負(fù)責(zé)實(shí)時顯示被控電動機(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：（1）串行通信波特率為19200bit／s，字符特征為8數(shù)據(jù)位，1起始位，1停止位，無校驗(yàn)位。（2）對應(yīng)的主機(jī)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖6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)選用臺達(dá)顯示屏，其不支持CRC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ScreenEditor畫面編輯軟件配置顯示屏通信端口（設(shè)置通信口為COM2，通信界面為RS485，數(shù)據(jù)位為8bit，校驗(yàn)為Even，停止位為1bit，波特率為19200bit／s）、編輯顯示畫面、設(shè)定畫面地址及畫面中各元素對應(yīng)的存儲器地址。

實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)一：在C8051F040軟件集成開發(fā)環(huán)境IDE界面下觀察一次通信過程。上位機(jī)與支線路6進(jìn)行一次通信的數(shù)據(jù)如圖7所示。從圖7（a）、（b）可看出，上位機(jī)發(fā)起通信請求，與支線路6建立通信，線路地址碼為0x00f6，代表與支線路6通信；功能碼為0x00e1，表示讀取支線6的工作狀態(tài)信息；16位CRC校驗(yàn)碼為0x2dec。圖7（c）、（d）為支線路6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8（a）為上位機(jī)發(fā)送給顯示屏的數(shù)據(jù)。界面地址為0x0003，當(dāng)前顯示畫面為主界面；光標(biāo)地址為0x0001，顯示第一回路內(nèi)容。圖8（b）為顯示屏示界面，顯示第一回路電動機(jī)為啟動狀態(tài)，工作電流為400A?？梢婏@示結(jié)果與通信數(shù)據(jù)一致。在測試和實(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)對通信效率和實(shí)時性的要求。

結(jié)語

根據(jù)3．3kV智能型礦用組合開關(guān)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計了基于C8051F040和RS485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)計合理，構(gòu)造簡單，經(jīng)測試和實(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、通信協(xié)議規(guī)劃和通信程序設(shè)計對于開發(fā)類似主從式通信結(jié)構(gòu)具有一定的參考價值。

作者：閆世軍宋建成徐杰鄭麗君單位：太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院天地（常州）自動化股份有限公司