1 Entwodiksyon
Mikwokontwolè yo de pli zan pli aplike nan aparèy kontwòl otomatik yo, sistèm pwoteksyon entegre ki baze sou mikwoprosesè-pou griy elektrik yo, ak lòt domèn kontwòl automatisation endistriyèl, ak konpleksite aparèy sa yo ap grandi san rete. Pou abòde egzijans -tan reyèl, milti-tach nan objektif devlopman yo, yon sèl-CPU, yon sèl-modèl devlopè a ap ranplase pa yon apwòch kolaborasyon ki enplike plizyè CPU divès kalite ak plizyè devlopè. Nouvo paradigm devlopman sa a entwodui yon defi kritik: estandadize pyès ki nan konpitè ak lojisyèl pou echanj enfòmasyon ant CPU pandan aplikasyon an. Normalisation sa a se esansyèl nan adopsyon siksè nan nouvo modèl sa a. Pami plizyè metòd kominikasyon, pwotokòl kominikasyon seri RS-485 ki baze sou UART la lajman adopte akòz fil elektrik senp li yo, gwo fyab, ak kapasite pou sipòte plizyè CPU. Konsènan pwotokòl kominikasyon lojisyèl, pwotokòl Modbus la ofri avantaj enpòtan pou itilizatè yo akòz nati inivèsèl li yo ak lojisyèl debogaj ki gen matirite. Se poutèt sa, pandan devlopman nan nouvo aparèy pwoteksyon konplè motè a, yo te adopte metòd kominikasyon seri RS-485 ak pwotokòl kominikasyon Modbus pou reyalize done ak kontwòl echanj enfòmasyon sou lòd ant CPU miltip. Pou amelyore efikasite ak kowòdinasyon kominikasyon seri, otè a aplike anpil mezi nan achitekti pyès ki nan konpitè ak lojisyèl nan mekanis kominikasyon an, reyalize rezilta ekselan. Pandan faz debogaj kominikasyon sistèm lan, yo te itilize yon metòd kote chak modil CPU premye kominike ak lojisyèl tès Modbus estanda anvan yo sibi debogaj mityèl entèkoneksyon, siyifikativman amelyore efikasite devlopman kolaborasyon. Pratike te pwouve ke filozofi konsepsyon sa a senplifye estrikti sistèm nan pandan y ap amelyore anpil efikasite operasyon aparèy la ak fyab.
2 Karakteristik nan aparèy pwoteksyon konplè motè a
Pi lwen pase fonksyon pwoteksyon konplè, aparèy pwoteksyon motè a entegre mezi, telekontwòl, ak kapasite kominikasyon. Gwo-ekran LCD karaktè Chinwa li pèmèt yon koòdone zanmitay itilizatè-. Sèvi ak kominikasyon otobis CAN ak lame siveyans la, li fòme yon sous-sistèm nan yon sistèm automatisation yerarchize, distribye. Pou optimize fonksyonalite sistèm pou kondisyon milti-tach li yo, yo te adopte yon achitekti milti-CPU. Yon CPU okipe echantiyon batman kè peryodik ak transmisyon; modil CPU prensipal la jere pwosesis done, kalkil paramèt elektrik, dyagnostik fay, ak operasyon chanje; pandan ke CPU modil tablo a sipèvize entèraksyon moun-machin epi li fasilite kominikasyon ak modil pwoteksyon prensipal la ak lame siveyans. Chak modil CPU te defini klèman travay, fasilite devlopman kolaborasyon pa plizyè enjenyè pandan aplikasyon an. Kominikasyon seri konekte CPU prensipal la ak CPU panèl, sa ki pèmèt moun-entèraksyon machin epi konsa okipe yon pozisyon kritik. Etabli yon mekanis kominikasyon rasyonèl se nwayo a nan seksyon kominikasyon seri a, detèmine kowòdinasyon kominikasyon ak efikasite debogaj pandan etap yo pita nan devlopman sistèm.
3 Entwodiksyon nan Mekanis Kominikasyon
3.1 Konsepsyon Materyèl nan Mekanis Kominikasyon
Mekanis kominikasyon yo pwopoze pou sistèm sa a gen pou objaktif pou efikasite segondè ak fyab. RS-485 anplwaye yon estrikti demi-duplex, ki souvan pi pratik pase full-duplex nan aplikasyon jaden. Isit la, yo adopte yon koneksyon senplifye lè l sèvi avèk sèlman de liy siyal. Dyagram sikwi koòdone sistèm lan montre nan Figi 1. Nivo lojik TTL pwodiksyon pa mikrokontroleur 8051 sou modil pwoteksyon prensipal la optik izole, Lè sa a, konvèti nan nivo RS-495 pa chip MAX485 la. Imedyatman, chip MAX485 la sou modil panèl la konvèti sa yo tounen nan nivo lojik TTL pou lekti pa mikrokontroleur 8031 la. Sou bò 8051 mikrokontroleur, zepeng P2.7 nan paralèl I/O pò 2 kontwole antre MAX pèmèt PIN RE ak pwodiksyon pèmèt PIN DE. Jan yo montre nan Figi 1, lè P2.7 bay yon wo nivo, RE pèmèt, sa ki pèmèt bò mikrokontwolè a resevwa done. Lè P2.7 bay yon nivo ki ba, DE pèmèt, sa ki pèmèt bò mikrokontwolè a transmèt done. Apwòch sa a anpeche pèt done akòz sipèpoze ki te koze pa transmisyon avèg, asire bon jan kalite kominikasyon segondè ak vitès transmisyon serye.
3.2 Pwotokòl kominikasyon
Pou asire transmisyon done egzat ant de modil nan aparèy pwoteksyon an, yon seri spesifikasyon ki gouvène transfè enfòmasyon -ki gen ladan mòd transmisyon, fòma done, ak kontni-esansyèl. Sa a se pwotokòl la oswa pwotokòl kominikasyon. San yo pa lojisyèl debogaj ki gen matirite ki disponib fasilman, modil CPU prensipal la fonksyone kòm yon bwat nwa, sa ki mennen ale nan anpil e difisil-pou-simonte defi pandan tès entegrasyon sistèm lan. Se poutèt sa, yo te chwazi pwotokòl kominikasyon Modbus lajman adopte epi senplifye pou satisfè kondisyon espesifik aparèy la, sa ki pèmèt kominikasyon entè-modil siksè ak efikasite pwouve. Modbus anplwaye yon modèl kominikasyon mèt-esklav. Mèt la premye voye yon lòd demann kominikasyon bay esklav la. Lè sa a, esklav la reponn mèt la ak done ki baze sou kòd fonksyon an nan lòd demann lan. Chak esklav posede yon adrès inik. Tou de ankadreman demann yo voye pa mèt la ak ankadreman repons yo voye pa esklav la kòmanse ak adrès esklav la. Esklav yo sèlman li kòmandman ki adrese yo epi yo inyore mesaj ki kòmanse ak lòt adrès esklav yo. Fonksyonalite sa a aplike lè l sèvi avèk Mòd 2 oswa Mòd 3 pò seri 8051 la. Kesyon sa a -ak-modèl kominikasyon repons siyifikativman amelyore presizyon kominikasyon. Yo adopte mòd transmisyon RTU Modbus nan aparèy sa a.
4 Mezi pou amelyore fyab kominikasyon
De final byte yon mesaj Modbus sèvi kòm byte checksum. Kominikasyon RTU anplwaye CRC-16 chèk redondance siklik pou deteksyon erè. Mekanis kodaj / dekodaj li yo se relativman senp ak yon pousantaj erè ki ba, ka reyalize atravè metòd enfòmatik oswa pwogramasyon. Plizyè apwòch yo dekri anba a:
4.1 Algorithm debaz (Kalkil manyèl)
Sèvi ak CRC16-CCITT kòm yon egzanp: sòm chèk CRC a se 16 bit, ak polinòm génération se 17 bit. Sipoze kouran done a se 4 bytes: BYTE, BYTE, BYTE, BYTE[0];
Chanje kouran done kite pa 16 bits, efektivman elaji li pa yon faktè de 256 × 256. Lè sa a, fè divizyon pa dèlko polinòm 0x11021 lè l sèvi avèk divizyon ki pa -prete (ekivalan a XOR bit). Rès ki kapab lakòz se sòm chèk CRC. Kouran done transmèt la konsiste de 6 octets: BYTE, BYTE, BYTE, BYTE[0], CRC, CRC[0].
4.2 Algorithm Odinatè 1 (Tip-Algorithm)
1) Mete 16 bit anwo yo (BYTE, BYTE) nan kouran done elaji (6 bytes) nan yon rejis 16-bit;
2) Si ti moso ki pi enpòtan nan rejis la se 1, deplase rejis la kite pa yon ti jan (jwenn ti pi piti a nan pwochen byte a), epi fè yon operasyon XOR ak fòm senplifye polinòm dèlko a; otreman, tou senpleman chanje rejis la kite pa yon ti jan (jwenn ti pi piti a enpòtan nan pwochen byte a);
3) Repete etap 2 jiskaske tout kouran done (6 bytes) deplase nan rejis la;
4) Valè nan rejis la se CRC checksum CRC, CRC[0].
4.3 Algorithm Odinatè 2 (Byte-Type Algorithm) (256^n vle di 256 ogmante nan pouvwa n)
Reprezante kouran done byte-kòd kòm yon polinòm matematik. Se pou kouran done yo BYTE[n] BYTE[n-1] BYTE[n-2] ... BYTE[0] reprezante kòm ekspresyon matematik
BYTE[n] × 256^n + BYTE[n-1] × 256^(n-1) + ... + BYTE × 256 + BYTE[0], kote "+" vle di operasyon XOR la. Se pou polinòm dèlko a G17 (17-bit), Lè sa a, kòd CRC a se CRC16.
CRC16=(BYTE[n] × 256^n + BYTE[n-1] × 256^(n-1) + ... + BYTE × 256 + BYTE[0]) × 256^2 / G17
Sa a enplike nan chanjman kouran done kite pa 16 Bits ak Lè sa a, divize pa dèlko polinòm G17 la.
Derivasyon montre ke kòd chèk CRC pou BYTE[n-1] egal rezilta XOR 8 bits anwo yo nan kòd CRC chèk byte anvan an Y[n] (YH8[n]) ak byte aktyèl la BYTE[n-1].
Algorithm -kalite byte a se jan sa a:
1) Inisyalize gwoup enskri CRC pou tout "0" (0x0000).
2) Chanje gwoup rejis CRC a 8 bit sou bò gòch epi estoke li nan gwoup rejis CRC la.
3) Fè yon operasyon XOR ant gwo 8 bits orijinal gwoup rejis CRC (deplase 8 bit sou bò dwat la) ak byte done a pou jwenn yon endèks ki montre tab valè a.
4) Fè yon operasyon XOR ant valè tab la endike pa endèks la ak gwoup enskri CRC a.
5) Ogmante pwent done a. Si pwosesis done a pa konplè, repete etap 2).
6) Jwenn CRC a.
5 Mezi pou Amelyore Efikasite Kominikasyon
5.1 Kominikasyon Separe Resevwa ak Transmèt Travay
Mikwokontwolè 8051 la ka transmèt ak resevwa done atravè pò seri a lè l sèvi avèk entèwonp. SCON kontwolè pò seri a sipòte inisyalizasyon ak abòde ti jan. Lè yon demann entèwonp pò seri rive, de ti moso ki pi ba yo nan SCON fèmen transmèt la epi resevwa entèwonp. Lè CPU a ekri done oswa yon karaktè nan tanpon transmèt pò seri a SUBF (enstriksyon: MOV SUBF, A) transmetè a kòmanse voye. Apre w fin ranpli yon ankadreman done, pyès ki nan konpitè mete drapo TI a nan "1", ki endike pò seri a ap mande yon entèwonp nan CPU a pou voye pwochen ankadreman done. Menm jan an tou, si reseptè pò seri a pèmèt pou resepsyon, lè li resevwa yon ankadreman done, drapo RI a mete sou 1, ki endike ke pò seri a ap mande yon entèwonp nan CPU a pou li done ki sòti nan tanpon done resevwa a.
5.2 Diminye Dire Entèwonp
Depi plizyè entèripsyon yo anplwaye nan konsepsyon achitekti lojisyèl an, asire operasyon pwogram serye ak minimize pwobabilite pou konfli ant diferan travay, aplikasyon lojisyèl an ta dwe fè efò pou rasyonalize travay yo nan divès kalite entèwonp ak diminye tan ekzekisyon yo. Nan subroutine entèwonp kominikasyon an, fè travay esansyèl lè w ap antre nan entèwonp la, tankou: netwaye bits estati ki koresponn lan nan rejis kontwòl pò seri a, lekti karaktè resevwa oswa ekri karaktè yo dwe transmèt soti nan / nan tanpon an, ogmante kantite karaktè resevwa oswa transmèt, elatriye Lè sa a, sòti entèwonp la imedyatman. Lòt travay, tankou valide ankadreman, reponn a kòmandman ankadreman resevwa (telemetrie / telecommand), ak prepare ankadreman transmisyon, yo ta dwe okipe nan pwogram prensipal la.
5.3 Deteksyon Efikas Ankadreman Terminasyon pou Anpeche Stagnation Kominikasyon
Sèvi ak yon revèy lojisyèl devwe pou detekte fen yon ankadreman resevwa anpeche travay kominikasyon yo rete si yo resevwa yon ankadreman enkonplètman, kidonk asire resepsyon alè nan ankadreman ki vin apre yo. Piske entèval tan ant byte nan yon ankadreman pi kout pase entèval ankadreman -a-, revèy lojisyèl an kòmanse chak fwa yo resevwa yon nouvo byte. Revèy la fikse sou yon entèval minimòm -a-ankadreman. Entèval sa a varye ak pousantaj baud diferan. Si yo resevwa byte kap vini an anvan tan prereglaj la pase, li endike ankadreman an enkonplè, ak revèy la rekòmanse. Si revèy la avèk siksè konte desann nan tan prereglaj la, li deklanche nimewo entèwonp ki koresponn lan. Nan subroutine entèwonp revèy la, yo mete byte drapo fen ankadreman an, ki vle di resepsyon ankadreman an konplè. Apre pwogram mèt la detekte yon resepsyon ankadreman fini, li valide entegrite ankadreman an lè li verifye adrès esklav la ak byte chèk redondance siklik (CRC). Si yo konfime kòm yon ankadreman valab ki gen entansyon pou mèt la, li trete kòmandman an ankadreman ki baze sou kòd fonksyon li yo epi li prepare yo voye yon ankadreman. Lè esklav la resevwa yon mesaj kòrèk, li voye tounen yon ankadreman erè. Si mesaj resevwa a gen yon CRC ki pa kòrèk, esklav la ka chwazi pa reponn. Si mèt la pa resevwa yon repons nan men esklav la nan tan espesifye a, li pral retransmèt mesaj demann lan. Si plizyè retransmisyon pa resevwa yon repons nan men esklav la, yo rapòte yon echèk kominikasyon.
5.4 Detèmine vitès kominikasyon
Depi tout aparèy yo abite nan menm chasi a, distans ki genyen ant modil yo minim. Modbus opere sou RS485 pou kominikasyon long-, sa ki elimine nesesite pou konsidere efè distans sou vitès baud. Anplis de sa, mòd kominikasyon mèt-esklav la anpeche konjesyon liy lan. Se poutèt sa, nan pèspektiv nan efikasite kominikasyon, osi lontan ke vitès la baud mete pa depase limit la vitès baud maksimòm nan chip la itilize nan modil la, yon pousantaj baud pi wo rezilta nan pi vit echanj enfòmasyon ak pi wo efikasite kominikasyon. Mete to baud yo dwe egzakteman menm bagay la tou pou tou de pati kominikasyon yo asire ke fen k ap resevwa echantiyon chak ti bit done nan pwen mitan an nan sik la bit, kidonk reyalize kominikasyon serye.
5.5 Metòd debogaj rezonab
Pandan debogaj, premye tès kominikasyon ant chak modil CPU ak mikro la atravè modil konvèsyon done RS485/RS232. Apre tès endividyèl yo reyisi, kontinye nan debogaj entè-modil la, pou amelyore efikasite debogaj an jeneral. Pandan modil-a-debogaj kominikasyon òdinatè, òdinatè a anplwaye lojisyèl debogaj Modbus pou simulation pwosesis kominikasyon mèt la, aktivman mande enfòmasyon nan men esklav la. Sa fè tout pwosesis resepsyon ak transmisyon transparan ak klè, sa ki pèmèt rezolisyon alè pwoblèm modil yo. Pandan debogaj jwenti, lojisyèl siveyans otobis obsève done ki sòti nan tou de bò yo pou idantifye ak rezoud pwoblèm san pèdi tan.
6 Pwen inovasyon nan papye sa a
Premyèman, papye sa a adopte Modbus, yon estanda endistriyèl inivèsèl, nan aparèy pwoteksyon an. Lojisyèl zouti ki nesesè yo ka jwenn dirèkteman nan sit entènèt ki enpòtan san yo pa depanse pwopriyete entelektyèl. Dezyèmman, aparèy pwoteksyon an aplike multitech epi itilize pwotokòl Modbus pou kreye yon mekanis debogaj rezonab ant modil CPU, anpil amelyore efikasite devlopman sistèm kolaborasyon.