1 软件系统总体结构
1.1 程序整体设计
整体程序采用分模块设计法,各模块主要包括:主函数模块,数据包校验模块,拉绳故障报警模块,其他故障报警模块,485串口接收中断处理模块,拉绳地址解析与控制继电器模块,其他地址解析与控制继电器模块,RTC实时时钟模块,EEPROM数据存储模块,MODBUS协议数据打包模块以及各模块串口及变量的赋值与定义。
1.2 数据包格式
数据包的包头是FFFFFFAA,第五个字节是数据包的长度,第6个字节是终端电压,第7个字节是校验码,第8个字节放的是节点电路板的个数,第9个字节放的是拉绳开关量的个数,第10个字节放的是其他故障的开关量的个数,接下的1～16个字节是拉绳状态每个开关量的状态,最后1～5个字节是其他状态的开关量的状态。所以数据包的长度最大为32个字节。拉绳和其他状态的节点排序与物理地址ID刚好相反。
2 主要开发技术
2.1 C 语言
C语言具有良好的程序结构,适用于模块化程序设计,因此采用C语言设计单片机应用系统程序时,首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法,将功能模块化,由不同的模块完成不同的功能,这样可使整个应用系统程序结构清晰,易于调试和维护。不同的功能模块,分别指定相应的入口参数和出口参数,对于一些要重复调用的程序一般把其编成函数,这样可以减少程序代码的长度,又便于整个程序的管理,还可增强可读性和移植性。
C语言是一种编译型程序设计语言,它兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能。C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性,而且可以直接实现对系统硬件的控制。C语言也是一种结构化程序设计语言,它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。
2.2 Modbus 协议
Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。控制器能直接或经由Modem组网。控制器通信使用主从技术,仅有一设备能初始化传输。其他设备根据主设备查询提供的数据作出相应应答。当使用modbus通信时,每个控制器须要知道它们的设备地址,识别按地址发来的消息,决定要产生何种行动。如果需要回应,控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。
3 各模块具体设计
3.1 主函数模块
当执行某个中断程序时,CPU自动禁止其他中断发生。执行完后恢复。在接受485数据包的过程中禁止其他中断,不允许其他任务发生。硬件规定的优先级由高到低次序:UART1(485中断),RTC(实时时钟更新时间中断,中断间隔为一秒)。初始化后,如果数据包头接收正确,则判断485总线准备好接收信息,进行数据校验,如果校验正常则去解析故障信息,控制继电器动作进行故障保护,重组PC包发到PC机显示,在初始化值,如果校验和不正常,则PC上显示出网络故障并且在LCD上显示,还将数据包存储到EEPROM,如果PC命令主控制器发回数据,则主控制器将数据包通过MODBUS协议打包并且发送给PC,如果按下key_up进行对EEPROM数据包读取,如果485没接收也是网络出现故障。
3.2 485 串口中断接收模块
把前级工作状态计数器清零,看包头是否完全正确,如果正确,则有效数据包组接收数据,数据包的长度增加,看数据包的长度是否等于发送数据包的长度,如果相等的话则把数据包组的长度初值赋为5,完整接收数据,把包头完全接收标志清0,如果包头接收不正确,则看三个FF是否接收正确,如果正确,则看AA是否正确,三个FF再逐一判断是否正确。
3.3 主控制器与PC 通信模块
每次进入中断USART2接收PC发来的命令,命令总共是8个字节。接收完成后RECALL_OK2置1,并将记录接收自己数接b_counter2置0。
3.4 MODBUS 协议数据打包模块
对于MODBUS协议,它是PC和主控制器的通信协议。从上述可知PC是通过USART2串口实现与主控制器通信的。每次接收到PC发到主控制器的命令80030000000D9A1E,总共八个字节。
且通过CRC校验后得到整个八个字节的CRC码为零,表示正确接收,主控制器会将最近一次故障数据通过MODBUS协议打包发回给PC。
3.5 皮带拉绳地址解析与控制继电器模块
拉绳的长度模8取余。看是不是整数字节,如果是整数字节,就确定拉绳状态用的字节数,得到拉绳的状态数,如果皮带有故障,首先控制处理并且控制继电器动作。皮带有故障判断皮带的地址,节点的排序与物理地址ID相反,则通过一种算法,实现节点排序到物理地址ID的转化。如果不是整数字节,则出最后一个字节外用上述同样的方法得到物理地址ID,最后一个字节用另一种算法实现排序到物理地址ID的转化,并把故障写到故障信息表。
3.6 数据包校验模块
接收到数据包后要对数据包进行校验,取到数据包校验和,把接收到的数据以字节的形式一个字节一个字节得到,在模256取余,如果余数和取得的数据包校验和相等,则数据包正确,否则不正确。
3.7 拉绳故障报警模块
对接收的数据包进行拉绳部分的解析,如果故障表的字节数大于1,则把故障表的字节通过串口0送给PC机,PC机进行显示。
3.8 LCD 屏显示模块
LCD模块包括以下功能:显示实时时间,显示实时有故障的站点号。
LCD显示模块每次发生事故的时候会在数据包分析的时候自动调用,输出到LCD最上方是作者,每两次输出更新一次,并且每次显示发送事故的时间,还有站点标号及出事故的记录次数。
4 运行结果
设定拉绳的状态个数是128,其他状态的个数设置是60,有故障是红色,无故障是绿色。设定1,60,128拉绳状态有故障,点击数据包组合,点击发送数据。
R2323的RX与TX分别与USART2的TX与RX,即PA2与PA3相连接。当PC发送命令80030000000D9A1E,总字节数是8个。主控制器会将包含故障信息的数据包发回给PC,该数据包是通过MODBUS协议打包的。解析出的故障:01,3C,80,01,3C。十六进制数01,3C,80,01,3C正好是十进制的1,60,128,1,60。可见发送的故障和解析出的故障相同,硬件正常工作,运行结果正确。