（计算机系统结构专业论文）火灾报警图文控制系统后台通信的设计与实现.pdf

摘要 摘要 火灾报警系统的核心思想是对报管中发生的任何火情及时地感知，并及时的 把这信息报给报管中心或联动处理。本文正是以此思想为出发点和设计目标，以 计算机串口通信基本理论和接口标准为依据，设计火灾报警电子图文控制系统。 主要内容为： 火灾报警电子图文控制系统软件由设计时、运行时二部分组成，其中设计时 负责图文系统的界面设计，根据系统需要设定一些特定的功能，如打印，打印预 览等等。运行时部分包括一个数据库服务器和多个显示终端，此服务器由两部分 组成：中心数据库和后台通信。中心数据库是整个系统的核心部分，其工作过程 可简要描述为：显示终端通过对数据库操作，触发后台通信部分，后台通信依据 触发信息与控制器进行通信；控制器返回的信息，经过后台通信部分，然后把通 信部分处理过的信息放入数据库中，而显示终端一直在查询中心数据库的数据有 没有被更新，如果有，就马上就读出这些的数据，然后把这信息的具体情况显示 在屏幕上( 如有火警信息就显示报警的具体位置) ，管理员马上就能做出相应的处 理。后台通信部分是中心数据库和控制器之间的桥梁，其工作过程可简要描述为： 首先一直巡检控制器，包括巡检火警，故障，状态。其次根据数据库的触发信息， 对信息打包，然后把打包的数据帧发送给控制器；控制器根据收到数据帧回相应 的信息，由通信部分对此帧数据进行校验、解包，得到具体信息。 关键词：火灾报警，串口通信，接口标准，通信协议，w i n d o w s a p i ，串口编程 a b s t r a c t t h ec o r et h o u 曲to f 血ef j r ea l a r m8 y s t e mi st h a ti tc a n8 p p 盯c e i v ea n y s i t u a t i o 璐o ff i r ej nt j m ea i l ds e n dt h ei n f 0 肺a t j o nt ot 1 1 ec e n t e ro fm o n i i o ro rl j n k a g e h a n d l e r i g h t _ b e c a u s eo f “s ，t h ef i r ea l a r me l e c t r o f i g u i em o n i t ms y s t e m m e n t i o n e d i nt h j sp 印e ri sd e s i 9 1 1 e db a s i n go nt h i si h o u g l l ta n d ，t e c h n i c a l l y ，l h et h e o r yo fs e r i a lp o r t c o m m u n i c a i j o no ft h ec o m p u t e ra sw e l l 1 1 1 es u m m a r yi sa sf o l l o w s ： t h ef i r ea l a 衄e l e c t r o nf i g u r ec o n t m ls y s t e mc o n s i s t so fd e s j g n j n gm o d u l ea i l d r 呻n i n gm o d u l e t h ej n t e r f a c eo fi h es y s t e mj sc o m p l e t e di nt h ed e s j g n i n gm o d u l e ， a c c o r d i n gt ot h er 。q u e s to ft h es y s t e md e v i s es o m ef u n c t j o n s ，s u c ha sp r i n t ，p r i n t p r 6 v j e wa i l ds oo n t h er u l l i l i n gm o d u l ei sm a d ef r o mt h es e r v e ro fd a t a b a s ea i l dm a n y d j s p l a y j n g t e 珊i n a l t h es e r v e rc o n s i s t so fc e n t e rd a t a b a s ea n db a c k g r o u n d c o m m u n j c a t i o n t h ec e n t e rd a t a b a s ej st h ec o r ei nt h es v s t e m i t ，st a s l 葛a r ea st h e f o l l o w s ：t l l ed i s p l a y i gt e m l i n a lm a n i p u l a t et h ed a t a b a s e ，i r i g g e r i n gt h eb a c k 掣o u d c o m i 玎u n i c a t i o nm o d u l e ，w h e nt h eb a c k g r o u n dc o m m u n i c a t i o ns e n dt h ei n f o 册a i i o nt o t h ec o n t r o l l e lt h ei n f o r m a 廿o nw r i t t e nb yt h ec o n t r o l l e ra r eh a n d l 。db yb a c k g m u n d c o m m u n i c a t i o nm o d l 肥t 0g c tt h ed e t a i ld a t at h a ti si n s e n e dt h ed a t a b a s e t h e d j s p l a y i “gt e 咖i n a lc h e c kt h ed a t ai n s e n e dj nt h ed a t a b a s ei ft h e ya r eu p d a t e da l l t l l r o u g h ，i f t h ed a t aj s “p d a t e d ，t h ei n f o 珊a t i o nm o d j 丘e di sd i s p l a y e di nl h es c r e e n ( 1 i k e t h es n u a t i o nh a sh a p p e n e df i r e ) ，t h em a n a g e r t a k et h ec o r r e s p o n d e dm e a s u r et od e a l w i t ht h ec a s e t h eb a c k 掣o u n dc o m 删n i c a t i o ni st h eb r i d g eb e t w e e nt h ec e n t e rd a t a b a s e a n dc o n t r o l l e li t st a s ka r ea st 1 1 ef o l l o w s ：r e p e a t i n gc h e c kt h ec o n t f o i i e li n c l u d j n gf j r e h 印p e n e da n df a u l ta p p e a r e da n dt h es i a t u so fa l i8 p p a r a t u s r e c e i v i gi h ei n f o m l a l i o n f r o mt h ec e n t e rd a t a b a s ea n de n c a p s u l a t i n gt h ed a t aa n ds e n d i n el h ec o m m a n d t ot h e c o n t r o l le r r e c e i v i n gt h ei f o m a 廿o nf o mt h ec o n t r o l l e lp a 删n gt h ej n f 0 皿a t i o nf r o m a n di n s e f t j n g 血ed a t ai n t ot h ec e n t e rd a t a b a s e k e y w o r d s ：f i r ea l a n n ，s e r j a lp o r tc o m m u n i c a o n ，i t e f f a c es t a l l d a r d ，p m t o c 0 io f t h ec o m m u n i c a t i o n ，w i n d o w s 肿i ，p r o g r 蜘m i n gs e r i a lp o n i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。： 、j 、d 一 签名：型1 ) k日期：砧0 6 年万月肚日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：茎! l 塑堇 导师签名：受垒查 日期：h 加6 年f 月l a 日 第牵绪论 第一警绪论 。1 国内夕| 、火灾报警控制系缝的发展残状与越势 。 。 炙炎攘警产箍懿援术发展髓赢 通过综合分析国内外火灾报警产晶，可明确逾蒋副火灾报警产黼技术发震的 黪赢是： ( 1 帮鼢能：毒走蒋统黧下两全总线鬻雏鳖，双掇零上勰决炎灾壤警系统静谖 缀器添摄，掇邈产晶豹震撼。 、撼 激全部羯汉字鼹示懿提示， ( ) 联漤橡准纯：为邋疲毅鞭实缝瀵醛联漤设备激耀范g b l 6 8 0 6 9 7 ，掰 暇酶炙灾摄警瞧爨蝰娶翔“火灾擐警狡铡器( 联虢黧) ”方岛蕊袋。 1 1 2 火灾攘警控制系统的技术发袋趋势 缀鼹避瘫签失灾摄蘩按藩g 系统懿技零爱震，可髓耀矗一g 瓣趣淡攘述： 翔鬣l ，1 所示。 图l - 1 园内外火灾报警控制系统的技术发展 惑图 摹 ， f；1 鼹匿 电子科技大学硕士学位论文 其中： a ：传统型多线火灾报警控制系统； b ：传统型全总线火灾报警控制系统； c ：智能型全总线火灾报警控制系统( 本系统又分为集中智能和分布智能两 类) ； 为促进消防联动控制设备标准化，便于批量生产、检验和质量监督奠定技术 基础，国家技术监督局于1 9 9 7 年颁布了g b l 6 8 0 6 一1 9 9 7 规范，而产生了联动型火 灾报警系统，即产生了图1 1 中所标明的d 、e 、f 、g 。 d ：火灾探测报警消防联动控制系统； e ：非火灾探测报警型消防联动控制系统； f ：采硬件组合的“总线联动操作盘”方案的消防联动控制系统： g ：采用“检索查询”方案的消防联动控制系统。 当前技术界对于火灾报警与消防联动系统技术发展标志与趋势基本趋于一 致：即全总线制、软件编程、分布式控制、标准化模块、l c d 汉显和系统由传统型 向智能型是系统技术发展的必然趋势。 1 2 本论文相关背景和意义 1 2 1 本论文的相关背景 一经济发展与市场需求 随着改革开放以来，国内的经济与技术的高速发展，全国各地高层建筑如雨 后春笋般拔地而起。并且楼层内部装修越来越豪华，在高层建筑内都有许多楼梯、 电梯和直通上下楼层的各种管线竖井，这就好象是在建筑物内埋藏了许多拔火筒。 建筑物内通风设备、空调设备所产生的强大气流又会在当高层建筑内发生火灾时， 起到煽风助燃的作用。再加上楼内大功率空调设备、纵横交叉的照明线路、动力、 通讯、监控、报警、联支线路等，不仅增加了发生火灾的几率，而且大增加了疏 散、灭火的难度。因此一旦高层建筑失火，如果没有现代化的自动消防报警设备 提早发现火情和及时扑救，火灾蔓延的速度、生命财产的损失都是难于估量的。 中国乃至世界上，众所周知的大型灾案例给人们留下了严重而惨痛的教训。 由此可见，伴随着经济与技术的发展，人类物质财富与技术成果积累起来越 2 第一章绪论 多的时候，整个社会、整个世界尤其是高层建筑和工业厂房对现代消防技术对现 代消防技术和高技术、高可靠性的消防报警产品的需求量越来越大。也正是由于 这种急剧增长的市场需求导致了中外厂商在中国市场上的激烈竞争。而产品技术 的先进性，质量的可靠性，供货的及时性，服务的周到性和价格的合理性则构成 了竞争取胜的决定因素。 改革开放以来，中国经济和技术的高速发展，急剧增长的市场需求，为国内 外厂商提供了个公平的大容量的竞争市场，而高技术，高可靠性和低成本的设 计则是产品在竞争中取胜和占领市场的钥匙。无情的市场竞争最终的结论是：谁 拥有了先进技术和高质量的产品，谁就可以赢得用户的信任而占领市场，。从这种 意义上来讲，不断发展新技术，推出新产品就成为摆在国内厂商面前的当务之急! 二市场竞争与火灾报警技术发展 随着改革开放以来，中国的经济和技术都在飞速发展，但与世界上先进工业 国相比，我国火灾报警产品起步较晚，大约在2 0 世纪7 0 年代末才刚开始研制并 投入市场，最初产品大多数为多线制( n + 1 ) 和电位信号传输方式。消防联动基本上 是多线制的硬件组合。另外，火灾误报几乎成为当时国内厂商的共同难题，也是 国内厂商非常重视的问题。8 0 年代我国有些厂家采用了技术引进，联合研制，使 产品在技术、质量方面有了改进与提高。9 0 年代一方面出现了国内外联合建厂、 技术引进和外商在中国独资办厂，另一方面许多著名国际厂商和分包商带着先进 产品大量闯入了中国市场。据公安部统计：国内生产厂商到1 9 9 9 年底共有1 0 8 家。 诸如：西安2 6 2 厂、上海松江厂、营口、西安莱科思、日环、海湾、利达、狮岛、 福安、无锡、中策、4 0 4 厂、南京盛华、哈尔滨、北京4 0 1 、天津1 0 5 厂、长沙、 中原、深圳奥瑞娜等。国外厂商大约有3 6 家，诸如：美国：盛赛尔、辛普勒斯、 霍尼威尔、江森、特灵( f c i ) ，n o t i f i e r ( 新加坡分部) ：日本：能美、松下；英国： g e n t 、e i t t o n 、科艺、c 叫b b 、阿波罗等；瑞士：西伯乐斯：德国：安福、安舍、西 门子；加拿大：爱德华等。 国外产品在中国生产的有：西安盛赛尔( 中美合资) ；北京西伯乐斯( 中瑞合 资) ；天津安福( 独资) ；上海能美( 独资) ；哈尔滨阿波罗( 技术引进) ；北京西门 子( 技术引进) 。 由于在中国市场上国内外生产厂商共有百多家，市场竞争非常激烈，主要 包括技术、质量、服务、价格在内的全方位的竞争，竞争的焦点集中于： 1 产品技术的先进性 电子科技大学硕士学位论文 挎9 4 年戳后溪毒懿麓舔厂囊将产麓黎秀缀为全慧线餐髭火灾擐警系统燕：疆 伯乐斯公司从c s l o o 升级为s 1 1 ；美豳辛普勒斯从2 1 2 0 升级为4 0 0 0 ；日本能荧公 司从r 1 2 升级为r 2 1 z ：圈本日探公司从f 一1 升级为卜一3 。以及江森公司的2 0 2 0 ， 霍尼威尔公避懿f s 9 e ，英露g 翻t 款3 。英国z i 墨l 拣靛z p 一5 ，德国安舍敬8 0 0 ? 8 ，西门予公司豹西格鹤系统，商中瀚静生产厂裔到9 0 年代米也将原寄产懿不 同程度的升级为智能产晶。可见智能化是国内外厂商产品技术升级的主要标恣， 这也是将来发展的趋势。 2 。产菇溪量靛可靠楚 国内8 0 多个生产厂商业已通过i s 0 9 0 0 0 质量体系认证。说明国内厂商已缀意 识到产品质凝是关键，备厂商的产品质量有了明显的提高。而g b l 6 8 0 6 9 7 的贯 甥技季亍又为淡藏联动系绞稼准讫积葳黧簸餐羹定了技术基礁。 3 服务的周到往 国内外生产厂商在全国各地普遍建立办事处、代理商，力争产品就地服务， 并承诺提供兜善的免费僚厩服务。 4 ，徐稽豹合理程 各厂商在产品的设计中开始从降低设计成本，达到降低产品的市场价格，并 且也提供备种优惠措施。 1 2 。2 火灾攮警控制系统酶功麓罩羹结构形式 国家标准火灾自动报警系统设计规范( g b 5 0 1 1 6 1 9 9 8 ) 规定，火灾报警系 绞一般由火灾探测器、输入输出模块、各类火灾报警控毒l 器秘消骆联动控制没备 等共溺秘袋。 由于火灾信息探测与数据处理方式、火灾探溯器与火灾报警控制器之间的配 合等，决定麓火灾监控系统的功能与缡构形式，因此，火灾监控系统根据火灾探 溅器与控馥嚣之闯连接方式、必灾掇警茬裁器中火灾售感处理方式蠢啜络逶稼能 力、系统设计所基于的技术特征等，可分为下列几种基本结构形式： 一多线制系统结构 多线粼系统是基予z 泣生产过程悫对点控截方式开发的传绫受系统，冀结构 特点是火灾报警控制器采用直流信号巡检各个火灾探测器，火灾探测器和火灾报 警控制器之间采用硬线肘应连接关系，一般系统线制为a n + b ( n 怒探测器数；a = l ，2 = l ，2 ，毒) 。薅藿锻毫予技零发震，隽逶静多线裁系统袋溺数字绽褊技术，最少线裁 4 第一章绪论 为n + 1 。多线制系统由于工程设计、施工布线和系统维护复杂，已逐步淘汰。 二总线制系统结构 总线制系统结构的核心是采用数字脉冲信号巡检和数据压缩传输，通过收发 码电路和微处理机实现火灾探测器与火灾报警控制器的协议通信和整个系统的监 测控制。总线制系统的结构特点是系统线制为a n + b ( n 是探测器数；但a ：o b = 2 ，3 ，4 等) ，一般是二总线或三总线制，体现了智能建筑中系统集成、综合布线的技术特 点；当火灾探测器与火灾报警控制器之间、各种功能模块与火灾报警控制器之间 都采用总线连接时，称为全总线制系统，其工程布线灵活，可通过模块联动或硬 线联动消防设各，系统抗干扰能力强，误报率低，总功耗小。 三集中智能系统结构 集中智能系统结构一般采用总线制和大容量通用火灾报警控制器，其特点是 火灾探测器主要完成火灾参数的采集和传输，火灾报警控制器采用计算机技术实 现火灾信号识别、数据集中处理储存、系统巡检、报警灵敏度调整、火灾判定和 消防设备联动等功能，并配以区域显示器完成分区声光报警。显然，建立在总线 制基础上的集中智能系统能满足智能建筑中系统集成的基本要求。但是，系统中 火灾报警控制器要及时处理每个探测器送回的数据并完成一系列设定功能，当建 筑规模庞大、探测器及消防设备较多时，单一主机可能出现系统应用软件复杂庞 大、火灾探测器巡检周期过长、系统可靠性降低和使用维护不便等不足。 四分布智能系统结构 分布智能系统结构是在集中智能系统优势基础上形成的，它将火灾探测信息 的基本处理、环境补偿、探头污染监测和故障判断等功能由火灾报警控制器返还 给现场火灾探测器，免去控制器大量的信号处理负担，使之能从容实现火灾模式 识别、系统巡检、设备监控、数据通信等功能，提高了系统巡检速度、稳定性和 可靠性。显然，分布智能系统结构强调总线上有效数据传输，对火灾探测器设计 提出了及时性和可靠性方面的更高要求，通常是采用专用集成电路设计( a s i c ) 技术来降低分布智能系统中高性能探测器成本，提高性能价格比。显然，分布智 能系统结构符合智能建筑系统集成思想和综合布线的性能要求。 五网络通信系统结构 电子科技大学硕士学位论文 网络通信系统结构可在集中智能或分布智能系统基础上形成，特殊之处是将 计算机数据通信技术应用于火灾报警控制器，使控制器之间能够通过e t l l e r n e t 及 t 0 k e nr i n 2 、t o k e nb u s 等通信协议，以及专用通信线或总线限s 2 3 2 、4 2 2 总线、 4 8 5 总线1 交换数据信息，实现火灾监控系统层次功能设定、远程数据调用管理和 网络通信服务等功能。显然，网络通信系统结构既可专用通信网络实现，也可基 于开放式的现场总线技术实现，再配以分布智能数据处理方式，能适应高性能火 灾监控系统的发展需要，为城市消防数据信息网络系统建设奠定基础并满足未来 发展需要。 1 2 3 论文研究的意义 火灾报警图文监控系统正是利用网络通信系统结构，将计算机数据通信技术 应用于火灾报警控制器，使控制器之间能够通过专用的通信线路或总线( r s 2 3 2 ， r s 4 8 5 总线) 进行数据交换。实现对火灾报警系统进行设置，并上传或下载设置信 息可存储并打印各种火灾报警及系统信息等功能。并且以图形形式显示楼层平面 图，动态显示探测器、模块的工作状态和报警状态。 火灾报警图文监控系统采用了先进的技术和先进的系统结构，对火探测火灾 隐患，安全防范有重大的意义。 1 3 串口通信的基本理论和接口标准 1 3 1 串口通信基本概念 通信是指计算机与外界的信息交换。基本的通信方式有并行通信和串行通信 两种。 1 并行通信概述 并行通信是指一条信息的各位数据被同时传送的通信方式。其特点是： 各数据位同时传送 传送速度快、效率高 传送成本高，因为有多少数据位就需多少根数据线 只适用于近距离( 相距数米) 的通信 2 串行通信概述 串行通信是指一条信息的各位数据被按一位一位顺序传送的通信方式。串行 通信的特点是： 第一章绪论 数据位传送，按位顺序进行。 成本低，最少只需一根传输线即可完成通信。 传送速度慢。 传送距离可以从凡米到几千米。 图1 2 为“串行通信”示意图，外设和计算机间使用一根数据信号线( 另外需 要遗线，可能还需要擦割线) ，数据在一撮数据信号线土一位一位溅进行传输，每 一位数据都占据一个阐定的时间长度。这种通信方式使用的数据线少，在远距离 通馈中可以节约通信成本，当然其传输速度毙芳行传输慢。 d od 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7 二 x k ( 图1 。2 串行通信 由于c p u 与接潮之闻按并行方式传输，接口与外设之间按串行方式传输， 因此，在串行接口中，必须要有“接收移位寄存器”( 串 并) 和“发送移位寄存 器”( 并一 串) 。典型的串行接口的结构如图l 一3 所示。 数据l 脞 堕丝墨j 中断请求 鬻蓝信号卜_ o _ u l _ 地址 译码 来自遮堤总线 接收移位寄存器 数据输入寄存器 4 5 h = 0 l o o 、o l o 王b 串行输入并行输出 并行输入串行输出 r 4 5 h = 0 1 0 0 0 1 0 1 b 数据输出寄存器 控制 串行输入 串行输出 一广 i | 门| 发送时钟fi 接收时钟li 发送移位寄存器 窝l 一3 串行接口的结构 7 嚣 电子科技大学硕士学位论文 1 3 2r s 一2 3 2 一c 串口标准 r s 2 3 2 一c 标准( 协议) 的全称是e 潍r s 一2 3 2 - c 标准，其中e n ( e l e d r o n i c i n d u s t r va s s o c i a t j o n ) 代表美国电子工业协会，r s ( r e c o m m e n d e ds t a n d a r d ) 代表推 荐标准，2 3 2 是标识号，c 代表r s 2 3 2 的最新一次修改( 1 9 6 9 ) ，在这之前，有r s 2 3 2 b 、 r s 2 3 2 a 。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。它是在1 9 6 9 年同美国电子业协会( e 队) 联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂 家共同制定的用于串行通信的标准。它的全称是“数据终端设备( d t e ) 和数据 通信设备( d c e ) 之问串行二进制数据交换接口技术标准”。r s 2 3 2 一c ( 简称2 3 2 ， r s 2 3 2 ) 。例如，目前在l b m p c 机上的c o m l 、c o m 2 接口，就是r s 2 3 2 c 接口。 r s 2 3 2 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。r s 2 3 2 采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。r s 2 3 2 一c 最常用的9 条引线的信号内容 见表1 3 所示。 表1 3 r s 2 3 2 c 常用的9 条引脚 引脚序号信号名称符号流向 功能 2发送数据t x dd t e + d c ed t e 发送串行数据 3接收数据r x dd t e + d c ed t e 接收串行数据 4 请求发送 r r sd t e + d c ed t e 请求d c e 将线路切换到发送方式 5允许发送 c t sd t e + d c ed c e 告诉d t e 线路已接通可以发送数据 6 数据设备准备好 d s rd t e + d c ed c e 准备好 7信号地 信号公共地 8载波检测d c dd t e + d c e表示d c e 接收到远程载波 2 0 数据终端准备好d t rd t e + d c ed t e 准备好 2 2振铃指示r id t e + d c e表示d c e 与线路连接通，出现振铃 1 3 3r s 4 2 2 r s 一4 8 5 串口标准 r s 2 3 2 接口标准出现比较早，存在以下四点不足之处： 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为t t l 电平不兼容， 故需使用用电平转换电路才能与订l 电路连接。 传输速率较低，在异步传输时，波特率为2 0 k b p s 。 夺接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地 8 第一章绪论 传输容易产生共模干扰，所以搞噪声干扰性弱。 传输距离有限，最大值为5 0 英尺，实际上也只能用在5 0 米左右。 r s 4 2 2 由r s 2 3 2 发展而来，它是为弥补r s 2 3 2 之不足而提出的。为改进 r s 一2 3 2 通信距离短、速率低的缺点，r s 4 2 2 定义了一种平衡通信接口，将传输速 率提高到1 0 m b s ，传输距离延长到4 0 0 0 英尺( 速率低于1 0 0 k b s 时) ，并允许在 一条平衡总线上连接最多1 0 个接收器，r s 4 2 2 是一种单机发送、多机接收的单向、 平衡传输规范，被命名为1 r i a e n 4 2 2 a 标准。 为扩展应用范围，e m 又于1 9 8 3 年在r s 一4 2 2 基础上制定了r s _ 4 8 5 标准，增 加了多点、双向通信能力，即允许多个发送接收器连接到同一条双绞总线上，同 时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为 t l 姐认4 8 5 一a 标准。由于e 认提出的建议标准都是以“r s ”作为前缀，所以在 通信工业领域，仍然习惯将上述标准以r s 做前缀称谓。r s _ 4 8 5 具有以下五个特 点： 逻辑“1 ”以两线间的电压差为+ ( 正2 6 ) v 表示；逻辑“o ”以两线部 的电压差为一( 负2 6 ) v 表示。 数据高传输率为1 0 m b p s 。 接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，搞共模干扰能力增强，即抗噪 声干扰性好 最大传输距离标准值为4 0 0 0 英尺，实际上可达3 0 0 0 米。 具有多站能力，因为其接口在总线上允许连接多达1 2 8 个收发器，而 r s 2 3 2 一c 接口在总线上只允许连接1 个收发器，即单站能力。 r s 一4 2 2 ，r s 4 8 5 与r s 2 3 2 不一样，数据信号采用差分传输方式，也称做平 衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为a ，另一线定义为b 。如图1 4 所 不。 a b c 图l - 4 差分传输方式 1 3 4 常用的数据检验方法一循环冗余码校验( c r c ) 电子科技大学硕士学位论文 由于传输距离，现场状况、各种磁场等诸多因素的影响，计算机与轻受控设 备之间的通信数据常会发生无法预测的错误。为了防止错误所带来的影响，一般 会在时采取数据检验的办法，来验证数据有没有出错。最常用校验方法萑声偶校 验和c r c ( 循环冗余码校验) 。我们把由于干扰可能引起信息的出错，叫出现“误 码”，把如何发现传输中的错误，叫做“检错”，把发现错误后，如何消除错误， 叫做“纠错”。本论文主要介绍循环冗余码校验。 循环冗余码校验的英文名称是c y c l i c a lr e d u n d a n c yc h e c k ，简称c r c 。它是 利用除法及余数的原理来做错误侦没( e r r o rd e t e c t i n g ) 的。实际应用中，发送 装置计算出c r c 的值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新 计算c r c 的值，然后再同收到的c r c 相比较，如果两者相同，则没有出错，否则 数据通信过程中出现错误。 c r c 依据应用环境与习惯的不同，可以分为以下几种标准： c r c 1 2 码 c r c 一1 6 码 c r c c c i t t 码 c r c 一3 2 码 最常用的是c r c 1 6 码，其由两个字节构成，在开始时c r c 寄存器的每位都预 置为“l ”，然后把c r c 寄存器与8 b it 数据进行异或，之后对c r c 寄存器从高到低 进行移位，在最高位( m s b ) 的位置补“o ”，而最低位( l s b ，移位后已经被移出 c r c 寄存器) 如果为“1 ”，则把寄存器与预定义的多项式进行异或，否则，无需进 行异或。重复上述的由高至低的移位8 次，第一个8 b i t 数据处理完毕，用此c r c 寄存器的值与下一个8 b i t 数据异或并进行如前一个数据似的8 次移位。所有的字 符处理完后，c r c 寄存器内的值即为最终的c r c 值。其计算过程如下： a 、设置c r c 寄存器程给其赋值f f f f ( h e x ) 。 b 、将数据的第一个8 b i t 字符与1 6 位c r c 寄存器的低8 位进行异或，并 把结果存入c r c 寄存器。 c 、c r c 寄存器向右移一位，m s b 补零，移出并检查l s b 。 d 、如果l s b 为0 ，重复第三步，若l s b 为1 ，c r c 寄存器与多项式相异或。 e 、重复第3 与第4 步，直到8 次移位全部完成，此时一个8 b i t 数据处理完 毕。 f 、重得第2 至第5 步，直到所有数据全部处理完成。 g 、最终c r c 寄存器的内容即为c r c 值。 1 0 第二章定义通信协议与设计数据库 第二章定义通信协议与设计数据库 2 1 通信协议 2 1 1r s 2 3 2 接口与r s 4 8 5 接口的特点 r s 2 3 2 接口与r s 4 8 5 接口的特点比较如表2 一l 所示 表2 1 r s 2 3 2 接口与r s 4 8 5 接口的比较 l 、接口类型 参数 r s 一2 3 2 接口r s 一4 8 5 接口 通讯连接点对点多点 异步方式开始停止异步开始一停止异步 波特率1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，4 8 0 0 ，9 6 0 0 ，1 9 2 0 0 ，1 2 0 0 ，2 4 0 0 ，4 8 0 0 ，9 6 0 0 ， 3 8 4 0 0 ，5 7 6 0 0 ，11 5 2 0 0 b p sl9 2 0 0 ，3 8 4 0 0 b p s 通讯编码十六进制十六进制 数据位 6 7 8 b i t 6 7 8 b i t 停止位1 2 b i t1 2 b i t 校验 无，奇，偶，标号，空格无，奇，偶，标号，空格 通讯方式双工，双向 单工，双向 在定制通信协议时，我们应该根据r s 2 3 2 接口与r s 4 8 5 接口的异同点，设计 一种符合两种接口的协议 2 1 2 安全机制 在传输过程采用采用三次握手方式 ( 1 ) 实时数据库系统主动巡检控制器或根据回写数据表内容，向下位机发送命 令帧，下位机收到命令后，根据实际情况返回给上位机。如果在2 0 m s 内上位机没 收到响应帧时，重新发送。如图2 2 所示。 数据服务器 控制器 图2 2 数据服务器向控制器发送命令 电子科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 控制器收到实时数据库发送的命令，根据系统中的设备状态，发送实时设 釜状态，上使视在收到数摄后，应在2 0 m s 内作出回应，孬则下位手几重发。如图2 3 所示。 数据服务器 控制器 醚2 3 投镶器自数据鞭务器传送信息 ( 3 ) 实时数掘库系统收到设镛实时数据厝经校验正确，发回应帧。 2 1 3 命令帧格式 一数据目琵务器判控制器 串发命令帧 冀臻式拯表2 4 繇示： 表2 4 数据服务器至i 命令剖控制器慷格式 s t x地址 命令数据校验e x t | 0 2 命令长度数据循环冗佘c r c0 3 l 字节l 字节l 字节l 字节n 字节 4 字节l 字节 二控制器响戍主机帧格式 经澍器璃应主援镶畜嚣秘臻式，其分裂为： ：控制器回应帧 越帧格式如袭2 5 所示： 表2 - 5 撩镄器强应数据鼹势器嫉格式 s t x遗址 返回值命令数据 校验e x t 0 2 命令长度i 数据循环冗余c r c0 3 1 字节1 字节 l 字节1 字节l 字节n 字节4 字节 l 字节 数据骚务器确认犊 其帧格式如袭2 。6 所示： 第二章定义通信协议与设计数据席 表2 6 数据服务器确认稹格式 s t x地址返回值校验 e x t 0 2循环冗余c r c 0 3 1 字节1 字节1 字节4 字节 1 字节 三返回佳 当数据服务器与控制器进行通信时，可能在通信过程中，一些数据信息受到 各秘函素的影确胃熊会出现铸误，所以控嗣器在接收爨数据时，要对籀应的赣校 验，然后依据校验的结果分别返回不同的值。如表2 7 所示。 表2 7 控制器返凰值 鼷罐然鬻溪襄粪繁隰鬻瀚麟黼黼黼蒸瓣麟瓣 0正常收到正确的响应顿 3 1校验错误 收到的数据校验与其计算的校验不同 2 2 缓冲区满 接收缓冲区满时，又有数据 l 四命令项 数据服务器向擦帛器发送的主要命令如表2 _ 8 质示。 表2 + 8 数据服务器向控制器发送的主要命令顼 瓣隧黼黻黼躺麟鞭黼鬻麟鬻黧斓黼簸蘸囊 注册命令 1 0 ( 1 6 ) 1 0 注册单个设备 1 81 7 记录为i d ，i i d i l ( 1 7 ) l o 注瑟结束 9 进入运行状态 终端设备状态命令 2 0 ( 3 2 ) l o 读某终端状态 1 3 记录1 2 个字节，包据： 2 1 ( 3 3 ) 1 0 写某终端状态 1 s 珏d ( 8 字节) 2 2 ( 3 4 ) 1 0 读某终端温度等可用数据 1 3 s t a t lj s ( 4 字节) 按割箍命令 3 0 ( 4 8 ) 1 0读控制器通道状态 9 ( 1 0 个通道) 2 个字节如 3 1 ( 4 9 ) l o 写控制器通道状态 1 l ( o o o 0 0 1 1 l ，0 0 0 0 0 1 1 1 ) 3 2 ( 5 0 ) 1 0联动 2 4 9 8 0 个联动信息 巡梭控制器命令 4 0 ( 6 4 ) 1 0 火警询闻 9 返回i 国( 8 个字节) 5 0 ( 8 0 ) 1 0 故障询问 9 返回i m ( 8 个字节) 电子科技大学硕士学位论文 五具体命令帧格式： ( 1 ) 设备注册命令 主机发送帧 s t x地址 命令数据校验 e x t 0 2命令 长度数据循环冗余c r c 0 3 0 2x xo x l 0 x xn x x c r c ( x xx x x xx x ) 0 3 控制器回应帧： s t x地址 返回值命令数据校验 结束 0 2命令 长度数据循环冗余c r c0 3 主机确认帧 0 x 1 0nn x xx x x xx xx x0 3 s t x地址 返回值校验结束 0 2循环冗余c r c0 3 0 2 ( 2 ) 结束注册命令 主机发送帧 s t x地址 命令数据 校验e x t 0 2 命令长度 数据循环冗余c r c0 3 0 2 x x0 】【1 10 x 0 4 空c r c ( x x x xx x x x ) 0 3 控制器回应帧 s t x地址 返回值 命令数据校验 结束 0 2 命令长度 数据循环冗余c r c0 3 0 2x x x x0 x 1 1 0 x 0 4空xxxxx x x x 0 3 主机确认帧 s t x 地址 返回值校验结束 0 2 循环冗余c r c0 3 0 2x xx x x xx x x x x x 0 3 1 4 第二章定义通信协议与设计数据库 ( 3 ) 读浆终溃凌态 s t x 地址 命令数据校验 e x t l 既鑫令畏度数撩疆繇冗余c r c 潞 0 2x x o x 2 0nn x x c r c ( x x x x x xx x ) 0 3 控制器回腹帧： s t x饿蛙返翻傻念令数据 校黢缓窳 0 2命令长度数攒循环冗余c r c 0 3 0 2x xx x0 x 2 0nn x xc r c x x x xx xx x0 3 主机确认帧： | s t x缝垃 返潮穰 校验终寒 0 2循环冗余c r c 0 3 0 2x xx x ( 4 ) 写浆终蠛捩态 主机发送帧： s t x地址 命令数据 校验e x t 0 2 命令长度数据循环冗余c r c 0 3 泛x x溆2 lnn x xe r c ( x x x x x x x x ) 控制器回成帧： s t x地址返回值命令数据校验结束 。2会令长度 数攥疆繇冗众e r e 主机确认帧 o x 2 lnn x xx x x x x x x x0 3 s t x 地址返隧馕校验绪束 | 0 2循环冗余e r c0 3 0 2x xx xx x x xx x x x ( 5 ) 读某终端温度等可用数据 主凝发送赣： s t x地址 命令数据梭验e x t 0 2 命令 长度数攒循环冗余c r c0 3 n玟x c r c ( 黻x x x x x x ) 电子科技大学硕士学位论文 控制器回应帧 s t x地址 返回值命令数据校验结束 0 2 命令长度数据循环冗余c r c 0 3 主机确认帧 0 x 2 2nn x xx xx xx x x x0 3 s t x地址返回值 校验结束 0 2循环冗余c r c 0 3 0 2x xx xx x x x x xx x0 3 ( 6 ) 读控制器通道状态 主机发送帧 s t x地址 命令数据校验e x t 【0 2 命令 长度数据循环冗余c r c0 3 0 2x x 控制器回应帧 np h x c r c ( x x x x x xx x )0 3 s t x地址 返回值命令数据校验 结束 0 2 命令 长度数据循环冗余c r c0 3 主机确认帧 0 x 3 1nn x x x x x x x x x x0 3 s t x 地址 返回值校验结束 0 2 循环冗余c r c 0 3 0 2x x x xx x x xx xx x0 3 ( 7 ) 写控制器通道状态 主机发送帧 【s t x 地址 命令数据 校验e x t 0 2 命令 长度数据循环冗余c r c0 3 0 2x x 控制器回应帧 nn x x c r c ( x xx x x x x x ) 0 3 s t x地址 返回值 命令数据校验 结束 0 2 命令 长度数据循环冗余c r c0 3 0 2勰 x xo x 3 2n 卜融 x x x x x xx x0 3 主机确认帧 篇二章定义通信协议与设计数据库 s 1 x戆蓬返躐魏狡验 绥寒 0 2循环冗余c r c 0 3 0 2x xx xx x x xx x x x 0 3 ( s ) 联动( 广播方式) s t x地址 命令数据 校验 e x t 0 2命令 长度l 数搬循环冗余c r c 0 3 0 2淑0 4 o x 3 3nl 嘻x x c r c 鼍x x x xx x x x ) 0 3 s t x 士呶址 返回傻 命令数据校骏结柬 l 泛； 令长凄数攥缓繇趸衾e r c 0 2o x 0 4x xo x 3 3nn x xx xx x x xx x0 3 主机确认帧 | s t x地址 返隧傻 校验皴来 0 2循环冗余c r e ( 9 ) o x 0 4 x x x xx xx x x x0 3 火警询问 主爨发送枣寅： s t x 地址 命令数据校验 e x t l0 2命令 长度数据循环冗余c r c 0 3 髭x xo x 4 0o x 0 4 空c r c 酝x x x x x x x ) 控奉器溜液帧： s t x 地址返回值命令数据校聆结柬 0 2命令 长度数据循环冗余c r c 0 3 既x xx x溆钧n 奎淑xx x x x x x 毅 主机确认帧 | s t x 地址返回值校验结束 l 跎疆饔冗余c r c 0 2 x xx xx x x x x x x x0 3 1 7 电子科技大学硕士学位论文 ( 1 0 ) 故障询问 主机发送帧： s t x地址命令数据校验 e x t 0 2 命令长度 数据循环冗余c r c0 3 0 2x x 控制回应