通信系统的硬件设计方案

1、通信系统的硬件设计方案    通信系统硬件设计主从式矿用组合开关通信系统用于实现组合开关控制系统上、下位机系统的信息传输，其为组合开关控制系统的主控芯片。内部设有和两个串行通信口。通信系统中均采用其口。为增强型串行通信总线，其接收数据缓冲区为双重缓冲区，保证在接收数据时，即使软件尚未读完接收数据，第二个数据仍能完整接收。通信可通过查询和位或中断来控制。为集成电路芯片，其串口的收发信号都是电平，驱动能力和抗干扰性有限。针对环境恶劣、干扰源多的煤矿井下，通信系统选用总线实现多机互联。总线采用平衡差分传输方式，抗干扰性好，可互连多达个单片机，适合组成多机通信系

2、统。不支持符合协议的电平信号，所以采用总线驱动芯片设计了信号电平转换接口模块，如图所示。是公司推出的适用于恶劣环境下的低功耗收发器，数据传输速率可达，其内部有个输入接收器和个输出驱动器，二者的使能引脚在不使能情况下均处于高阻状态。采用平衡发送和差分接收方式实现与的通信。通过发送端将电平信号发送至进行转换，生成的差分信号经、端口输出，接收端将差分信号还原成信号。光电隔离电路实现通信信号与的隔离，同时抑制芯片、端口之间的静电冲击，使通信系统更加安全可靠。通信系统多机通信结构如图所示。上位机系统与下位机系统通过信号电平转换接口模块连接在总线上。显示屏支持协议信号，不需要接信号电平转换接口模块。总线上

3、只能有个节点成为主节点而处于发送状态，其它节点必须处于接收状态。如果同一时刻有个或个以上的节点处于发送状态，将导致所有发送方的数据发送失败，即总线冲突。为了避免总线冲突问题，提高可靠性，通信系统采取了以下措施：（）采用主从式结构，总线工作在主从模式下，从机不主动发送命令或数据，一切由主机控制。在本通信系统中，主机为上位机系统，从机为主线路与支线路。（）在信号电平转换接口模块中设置的端口来控制的收发状态。在通信系统复位时，主从机均处于接收状态。通信系统的实现主从式矿用组合开关通信系统包括两部分：上位机系统与主线路和各支线路的通信，以及上位机系统与显示屏的通信。在多机通信中，在保证通信可靠性的前提

4、下，还要提高总线的通信效率和实时性，因此需要选择合适的通信协议和完善的通信软件。主机与从机通信的实现本通信系统中，参考协议制定了一种满足组合开关控制系统通信要求的主从式通信协议。该协议规定每一个从机要知道自身地址，识别按地址发来的消息，以及决定要产生何种行动。以下为通信协议规则：（）串行通信波特率为，字符特征为数据位，起始位，停止位，无校验位。（）协议定义了信息格式和差错控制。主从机数据帧结构（图）包括线路地址（）、功能代码（）、数据域（）和校验码（），均为进制。主机和从机采用相同的帧结构，不同之处在于主机数据帧结构中的数据域为系统整定的运行参数和运行方式，从机数据帧结构中的数据域为主线路和各

5、支线路的工作状态量。主机和从机信息包均为的定长帧。在数据帧结构中，线路地址用以选择主机与从机中的当前通信线路；功能码表明主机对本次通信回路的操作类型，操作约定见表；校验码为位的校验码。（）标准协议采用间隔时间判断方法捕捉数据帧，这需要占用的计数器定时器源，还需对检测到的串口接收时间片进行逻辑处理。本通信系统中，通过判断地址码位和功能码位来确定帧的开始，理由是地址码和功能码是主机请求数据帧的内容，而主机和从机都知道这两位数据。采用该判断原则后，从机不必判断主机帧之间的间隔是否大于个字符传输时间。图为基于该原则的帧捕捉逻辑流程，其中为帧接收数据数组，与为地址位，与为功能码位，为一帧数据帧捕捉成功标

6、志。程序初始化时需设置，。在成功接收且使用完本次通信数据后，要对数组清零，以防止其被内存残留数据干扰而无法判断帧的起始。主机采用轮询方式与从机中主线路及各支线路通信，如果主机发完信息后内没有接收到从机的响应信息，则认为本次通信失败；从机采用中断方式接收整个消息帧，接收完毕进行错误检测，若校验正确则根据命令码调用相应的操作，否则不予响应。主机与显示屏通信的实现显示屏负责实时显示被控电动机的状态信息和控制系统的操作指示信息。在主机与显示屏的通信中，显示屏只需将接收的数据信息实时显示在相应的界面上即可，不需要进行信息回馈，为单向通信。制定的通信协议如下：（）串行通信波特率为，字符特征为数据位，起始位

7、，停止位，无校验位。（）对应的主机数据帧结构如图所示。该数据帧结构中，界面地址负责切换显示界面，包括系统显示主界面、系统整定界面及系统自诊断界面及一些提示界面；光标地址区别显示界面中的具体显示元素。控制系统选用台达显示屏，其不支持校验，因此主机与显示屏的通信中采用偶校验方式。采用画面编辑软件配置显示屏通信端口（设置通信口为，通信界面为，数据位为，校验为，停止位为，波特率为）、编辑显示画面、设定画面地址及画面中各元素对应的存储器地址。实验及结果分析实验一：在软件集成开发环境界面下观察一次通信过程。上位机与支线路进行一次通信的数据如图所示。从图（）、（）可看出，上位机发起通信请求，与支线路建立通信

8、，线路地址码为，代表与支线路通信；功能码为，表示读取支线的工作状态信息；位校验码为。图（）、（）为支线路回传的数据。实验二：系统正常运行显示实验。图（）为上位机发送给显示屏的数据。界面地址为，当前显示画面为主界面；光标地址为，显示第一回路内容。图（）为显示屏示界面，显示第一回路电动机为启动状态，工作电流为。可见显示结果与通信数据一致。在测试和实际应用中，主从式组合开关通信系统的上位机可通过发送配置信息成功配置下位机系统，主线路与各支线路能将系统工作状态实时反馈给上位机，上位机可将反馈信息传送给显示屏显示。整个系统运行稳定可靠，能够满足组合开关控制系统对通信效率和实时性的要求。结语根据智能型矿用组合开关控制系统的特点，设计了基于和总线的通信系统，根据制定的通信协议编写了通信软件。该通信系统硬件设计合理，构造简单，经测试和实践证明其数据传输准确，运行可靠。系统涉及的通信接口设计、通信协议规