1 遠(yuǎn)程通信總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中采用的RS 485是半雙工接口，雙向單信道的連接方式。在整個(gè)系統(tǒng)中他用1根雙絞線將分布在不同地理位置的充放電裝置并接在一起，在各個(gè)裝置中，單片機(jī)采集模塊和命令控制模塊作為下位機(jī)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。PC機(jī)的串口通過(guò)232-485轉(zhuǎn)換器接入網(wǎng)絡(luò)。另外添加半雙工低功率收發(fā)器件MAX485來(lái)為單片機(jī)提供TTL電平與RS 485的接口電平之間的轉(zhuǎn)換。差分平衡型收發(fā)器MAX485是RS 485的一種接口芯片，他集成了1個(gè)驅(qū)動(dòng)器和1個(gè)接收器。處于禁止?fàn)顟B(tài)的驅(qū)動(dòng)器和多個(gè)接收器掛在傳輸線上不會(huì)影響信號(hào)的正常傳送，故多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器可以共享一組公用傳輸線。網(wǎng)絡(luò)上可掛32個(gè)站，每個(gè)站點(diǎn)都有固定的地址。同一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，而其他站點(diǎn)只能處于接收狀態(tài)，以免發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞錯(cuò)誤。



圖2為輸出簡(jiǎn)化示意圖。



單片機(jī)，MAX485和充放電驅(qū)動(dòng)電路作為一個(gè)站點(diǎn)接入RS 485總線。A，B是總線的接口，DI是發(fā)送端，RO是接收端，連接單片機(jī)的串口，單片機(jī)通過(guò)引腳進(jìn)行收發(fā)控制。

2 通信硬件設(shè)計(jì)

MAX485與單片機(jī)的電路連接如圖3所示。


第1腳(RO端)為接收輸出端，當(dāng)接收輸出使能(第2腳(／RE))為低電平時(shí)，如果VA-VB>200 mV或者A，B斷路，則第1腳輸出為高；如果VA-VB<200mV，則第1腳輸出為低；第2腳接收輸出使能端低電平有效，第3腳(DE端)驅(qū)動(dòng)輸出使能端，第4腳(DI端)驅(qū)動(dòng)輸入端，第5腳為地，第6，7腳為總線接口端，第8腳為電源端。單片機(jī)將采集到的蓄電池狀態(tài)信息經(jīng)MAX 485轉(zhuǎn)變成適合傳輸?shù)碾娏鳝h(huán)信號(hào)。該信號(hào)具有傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以保證信號(hào)無(wú)衰減地傳到232／485轉(zhuǎn)換器端。232／485轉(zhuǎn)換器主要完成電流環(huán)到微機(jī)RS232接口的轉(zhuǎn)換，如此即可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)到單片機(jī)的通信。其原理圖如圖4所示。用戶通過(guò)PC機(jī)的界面控制網(wǎng)絡(luò)上各站點(diǎn)的工作，各站點(diǎn)的設(shè)備也可將反饋的信息發(fā)送給PC機(jī)進(jìn)行蓄電池充放電裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 通信軟件設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

RS 485是一種硬件連接說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)，并沒有指定所使用的通信協(xié)議。為了使命令和數(shù)據(jù)能在網(wǎng)絡(luò)上正確傳輸，必須在數(shù)據(jù)鏈路層上提供一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，當(dāng)物理層的比特流出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能起到檢驗(yàn)和校正的功能。參見(見圖1)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，單片機(jī)采集子系統(tǒng)將采集到的蓄電池狀態(tài)上傳到PC，命令控制子系統(tǒng)主要是接受PC機(jī)的各種命令并對(duì)充電系統(tǒng)進(jìn)行控制。兩子系統(tǒng)與PC機(jī)之間均采用主從協(xié)議，串口通信，其通信參數(shù)設(shè)置為：傳輸速度：9 600 b／s；校驗(yàn)位：無(wú)；數(shù)據(jù)位：8；停止位：1。

3.1.1 上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制命令

(1)上位機(jī)發(fā)送

擴(kuò)展在雙絞線上的每個(gè)充電模塊必須有惟一的地址編號(hào)，以便保證PC機(jī)發(fā)送控制命令時(shí)能準(zhǔn)確無(wú)誤地找到所需的充電的模塊。分布式模塊的命令格式被分為發(fā)送與接收兩部分，格式如下：



每一幀代表的信息如下：

起始位：?jiǎn)纹瑱C(jī)與PC機(jī)之間通訊的起始標(biāo)志；地址位：下位機(jī)的地址號(hào)設(shè)計(jì)為01H～1FH(即1～31)，上位機(jī)的地址為00H。

命令類型：0為停機(jī)命令，1為充電命令；設(shè)定數(shù)值：控制命令為充電時(shí)，數(shù)值量為充電電流；(2)控制板返回：Y(如果接收成功則返回Y)。

3.1.2 下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)

(1)下位機(jī)每隔10 s間斷性的發(fā)送電壓電流采集值給上位機(jī)；



(2)采集板返回7個(gè)連續(xù)字符(中間不插入空格)，格式如下：



前3個(gè)字符為蓄電池端電壓，接著3個(gè)為充電電流值。蓄電池端電壓用3個(gè)字符表示，如：51.2 V～512 V。充放電電流3個(gè)字符表示：15.7 A～157 A(如果電流值<10 A，左邊補(bǔ)0，如：8.9～089)。注意：所有的字符均為10進(jìn)制數(shù)值對(duì)應(yīng)的ASCⅡ碼?？紤]到單片機(jī)要及時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，故使用無(wú)握手的通信機(jī)制，不等待確認(rèn)幀就不停發(fā)送。另外，若接收方在約定時(shí)問內(nèi)未收到數(shù)據(jù)，則發(fā)送復(fù)位幀，雙方回到通信程序的開始并清空緩沖區(qū)，然后重新同步。

3.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

在主程序中，先將單片機(jī)及其存儲(chǔ)器初始化，進(jìn)入死循環(huán)，等待中斷程序。中斷程序包括：A／D采集中斷，他主要是將采集到的電壓，電流瞬時(shí)信號(hào)值處理并保存；另外1個(gè)就是串口通信中斷程序，他的主要作用是：當(dāng)接收一個(gè)地址時(shí)，判斷是否是本機(jī)地址，若是則判斷控制命令，否則結(jié)束。繼續(xù)執(zhí)行PC機(jī)接收的數(shù)據(jù)命令，分別表示停機(jī)、充電、放電等命令。通過(guò)字符串比較，判斷出執(zhí)行的命令。具體流程如圖5所示。



3.3 PC機(jī)程序設(shè)計(jì)

PC機(jī)的人機(jī)交互界面由C++Builder語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)的，他主要包含通信模塊，數(shù)據(jù)顯示和處理模塊。在綜合考慮開發(fā)效率和程序功能后，選擇了Win32API函數(shù)來(lái)編寫通信程序。此函數(shù)在C++Builder里面中均已被聲明，直接引用即可。為了提高通信程序的響應(yīng)速度，程序通過(guò)Thread類實(shí)現(xiàn)多線程通信。在主線程中打開串口并發(fā)送數(shù)據(jù)，另外再建立1個(gè)線程來(lái)監(jiān)聽串口，若接收到數(shù)據(jù)后就調(diào)用數(shù)據(jù)分析和處理線程，顯示狀態(tài)曲線并且將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。部分程序代碼如下：


以3個(gè)站點(diǎn)的充放電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為例，在PC機(jī)上可顯示如圖6所示的實(shí)時(shí)信息。



4 結(jié)  語(yǔ)

基于RS 485的遠(yuǎn)程充放電裝置控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)PC機(jī)上最多可控制32個(gè)站點(diǎn)。由于RS 485采用的是平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收的方法，因此能從根本上消除信號(hào)地線，有很強(qiáng)的抗共模干擾信號(hào)的能力。他還具有一對(duì)線路驅(qū)動(dòng)器和接收器，能夠作長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸，最長(zhǎng)為1 200 m。且傳輸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、實(shí)用性強(qiáng)?？梢詮V泛應(yīng)用與工作環(huán)境惡劣，耗時(shí)勞民的充放電現(xiàn)場(chǎng)。