工程实践与科技创新[4A]-第7大组-本地主系统设计报告(1)定稿

2021-04-25 12:46:35本页面

工程实践与科技创新[4A]-第7大组-本地主系统设计报告(1)定稿


【正文】

姓名 班级 学号 具体负责的工作 联系方式 薛缘 F1103013 5110309435 软件编程 18817561105 冯忠伟 F1103013 5110309425 焊接电路 吴添奇 F1103021 5110309632 报告撰写 徐继明 F1103013 5110309438 焊接电路 摘要: 在整个的远程测控系统中,本地主系统起到了一个信息枢纽的作用。采用全双工的异步串行通信方式,通过RS422总线和无线局域网成功实现了与三个功能子系统以及全局控制总系统之间的通信。

本报告阐述了本地子系统硬件与软件的设计原理与实现方式,并给出了控制整个系统信息传输的通信协议的设定和实现。 关键词: 本地主系统;通信协议;RS422总线 ABSTRACT Intheremotemeasurementandcontrolsystem,localmainsystemactsasanadministratorofcommunicationinformation.ItusesfullduplexasynchronousserialcommunicationandbuildasuccessfulcommunicationbetweenthethreesubsystemsandtheglobalcontrolsystemthroughRS422busandwirelesslocalareanetwork。

Thisreportexplainsthehardwarestructureandsoftwaredesignoflocalmainsystemandgivesthesettingandrealizationofcommunicationprotocol. KEYWORDS Localmainsystem;Communicationprotocol;RS422bus 上海交通大学电子信息与电气工程学院 地址:东川路800号 邮编:200240 目 录 1.概述 1 1.1编写说明 1 1.2名词定义 1 1.2.1RS422【1】 1 1.2.2RS232【2】 1 2。

系统总体说明 2 2.1系统总体设计概述 2 2.2本地主系统实现后功能 2 2.2.1获取子系统的状态 2 2.2.2设置子系统的参数 3 2.2.3错误命令的检测与报告 3 3.系统的硬件结构 4 3.1硬件总体结构 4 3.2集线板模块描述 4 3.2.1功能描述 4 3.2.2接口定义 5 3.2.3技术要求 5 3.2.4实现方式 5 3.3通信接口转换电路描述 8 4.主从通信协议【6】 9 4.1信息帧的基本结构 9 4.2起始标识和结束标识(SOI和EOI) 9 4.3通信协议版本号(VER) 10 4.4目的地址(ADR) 10 4.5命令码1、命令码2(CMD1、CMD2) 10 4。

6响应标识码、返回码(RSPD、RTN) 10 4.7参数段长度LENGTH 11 4.8CHKSUM的计算: 11 4.9参数段INFO 11 4.10下行命令帧形式 11 4.11上行响应帧形式 12 4.12通信时序特性 14 5.主从通信协议的程序实现 14 5.1功能描述 15 5.2常量定义 15 5.3变量定义 15 6.开发工具 15 6.1硬件开发工具 16 6.2软件开发工具 16 7.调试过程 16 7.1本地主系统调试设置 17 7.2本地主系统功能展示 17 7.3通信协议调试 17 7.3.1本地主系统与从机通信 17 7.3.

2从机对错误帧的响应 19 7.3.3主机对错误响应的处理 19 8.课程心得体会和建议 20 9.参考资料 21 10.附录 22 10.1程序清单 23 第173页 上海交通大学电子信息与电气工程学院 1.概述 1.1编写说明 远程测控系统的实现用到了数据采集测量、信号传输及主从系统通信等多方面的知识,具有一定的复杂程度。本报告为远程测控系统的本地主系统设计报告。本报告主要介绍了本组解决方案中本地主系统的硬件及软件的实现方法以及用于信息交互的通信协议的设计与实现的方法。本报告可为本项目各子系统开放人员提供参考让其了解各系统间的协作关系,也可作为相关系统设计人员和科技爱好者的参考资料。

1.2名词定义 1.2.1RS422【1】 RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号地线,共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力,故允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS422支持点对多的双向通信。接收器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是104k+100Ω(终接电阻)。RS422四线接口由于采用单独的发送和接收通道,因此不必控制数据方向,各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一对单独的双绞线)。

1.2.2RS232【2】 个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation,EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS232接口以9个引脚(DB9)或是25个引脚(DB25)的形态出现,一般个人计算机上会有两组RS232接口,分别称为COM1和COM2。 2.系统总体说明 2.1系统总体设计概述 本远程测控系统由五大模块组成,这五大模块分别是全局主系统、本地主系统、超声波测距子系统、水温测量控制子系统、电机转速测量控制子系统。全局主系统是在远程通过无线局域网控制本地主系统从而实现对各个子系统的测量和控制,全局主系统

整个系统的总体架构如图2.1所示。 图2.1总系统架构框图【3】 2.2本地主系统实现后功能 本地主系统的逻辑功能通过计算机上的操作界面上操作实现。 2.2.1获取子系统的状态 用户在本地主系统的操作界面上可以获得以下关于各个子系统的信息: 1.各个子系统是否在线; 2.用户可以对在线的子系统实现控制,如控制电机的转动与停止、以多大的转速正转反转,控制水温子系统的加热与停止加热,控制超声波子系统的测量。用户同时可以在操作界面上获得测量得到的数据,如转速、水温和距离等; 3.获得各个子系统的实时状态和测量数据。只要打开对应子系统的实时测控功能,用户便可免去手动问询的操作。

由系统定时的发送问询命令获得动态变化的数据并反映在操作界面上。 2.2.2设置子系统的参数 本地主系统的操作界面上有对应于各个子系统的参数设置窗口,用户可以在对应的参数窗口设置或更改参数来控制对应子系统的工作状态。 2.2.3错误命令的检测与报告 通过对通信协议中帧结构的设计,使得主机与从机之间能够相互检测命令的错误与否,并且把出错的原因报告给出错的一方。 3.系统的硬件结构 3.1硬件总体结构 本部分主要介绍的是本地主系统的硬件组成,硬件总体可以分为本地无线通信模块和本地通信网络模块。其中本地的无线通信模块的通信器材和全局主系统通信模块的基本一致,所以无线通信模块的硬件实现请参见全局主系统的设计报告部分。

本地通信网络具体包括集成板模块和子系统通信转换接口电路,具体实现会在后面详细介绍。 本地主系统的结构框图如图3.1所示。 图3.1本地主系统的结构框图 3.2集线板模块描述 3.2.1功能描述 本模块的功能是对本地主系统接受到的各个信号,如我们组用的是PC机,输出的信号是RS232信号,将其转换成RS422信号然后通过电话线下传到各个子系统;同时要接收到各个子系统上传的RS422信号并转换成RS232信号被本地主系统读取进而实现本地主系统与其他子系统的主从多机通信。 3.2.2接口定义 该模块有2个RS232接口,一个用于本地主系统与其他子系统的通信另一个用于对本地主系统发出信号的监听。

另外的3个RS422接口用于实现与3个从机子系统的通信。 3.2.3技术要求 集线板模块主要用于本地主系统(PC机)与3个子系统之间RS232电平信号和RS422总线电平的转换,从而实现主从多机的信号交换和通信功能。 3.2.4实现方式 3.2.4.1芯片介绍 3.2.4.1.1MAX483芯片介绍 本次实验中主要采用了MAX483芯片,该芯片的作用是可以制作总线的收发器,该芯片的管脚定义如图3.2所示。 图3.2MAX483芯片管脚定义[4] 1脚为MAX483作为接收器的信号输出端RO,2脚为接收使能端/RE,低电平有效 4脚为MAX483作为发送器信号的输入端DI。

3脚为发送使能端DE,高电平有效 6、7两脚为483输出给RS232的差分信号输入输出线。 5脚GND接地。 8脚VCC接5V电源。 3.2.4.1.2MAX232芯片介绍 MAX232芯片的管脚定义、内部结构与外围电路如图3.3所示。 图3.3MAX232芯片的管脚定义、内部结构与外围电路图[5] 1脚和3号脚接电容C1,大小为1.0uF,其中1号脚接正极,3号脚接负极 4脚和5号脚接电容C2,大小为1.0uF,其中4号脚接正极,5号脚接负极 2脚和6号脚接电源,差分输入,大小为10V,其中2号脚接+10V,6号脚接10V 11脚和10号脚分别TTL/CMOS电平输入 14脚和7脚分别RS232信号输出 13脚和8号脚分别RS232电平输入 12脚和9脚分别TTL/CMOS电平输出 15脚GND接地 16脚VCC接5V电源。

3.2.4.2实现电路 本模块基本实现的是从本地主系统输入的RS232电平信号,既要通过电路转换成RS422信号下行传给给下位机即各子系统,又要传给监听电路部分来监听本地主系统输出的RS232信号。本模块的实现框图如图3.4所示。 图3.4集成板模块电路的实现框图[3] 本模块内部具体的实现电路如图3.5所示。它主要通过1块MAX232芯片和2块MAX483芯片实现RS232信号和RS422信号之间的电平转换,并在2块MAX232芯片工作下实现本地主系统和各个子系统的全双工通信。图3.5中给出了外围电路以实现芯片的工作。 图3.5集成板模块内部电路具体实现图[3] 3。

3通信接口转换电路描述 该电路可以实现将集成板模块输出的RS422的差分信号与单片机所能接受的电平信号的转换实现双工通信,从而实现本地主系统与各子系统之间的信息交换。 该电路利用两块MAX483芯片和外围电路实现,具体电路如图3.5所示。 图3.5发射机和接收机实现电路图 接收机功能是把RS422从7号和6号脚输入的差分信号转换成1号管脚输出的单片机电平实现接收功能,外围电路如图3.5所示。 发射机功能是把4号管脚输入的单片机电平信号转换成一对差分信号从7号和6号管脚输出给RS422总线。与此同时为了防止上行通道发送信息产生冲突,要对3号管脚的DE另外设计,通过代码实现让RS422发送信息时。

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