基于MSP430的智能儀表與組態(tài)王的通訊設(shè)計
摘要:本文采用亞當(dāng)模塊的協(xié)議,實現(xiàn)了組態(tài)王與多MSP430單片機的直接通信。該方法簡單、經(jīng)濟、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,并在實際設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)中獲得了成功運用。
關(guān)鍵詞:智能儀表;組態(tài)王;亞當(dāng)模塊;多機通訊
1 引言
目前組態(tài)王與單片機的通信多是通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換或自己開發(fā)通訊驅(qū)動程序的方式進(jìn)行的[1]。動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)是Windows平臺上一個完整的通訊協(xié)議,通過DDE使應(yīng)用程序之間彼此能交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。但使用DDE會帶來一些額外的開銷,如會降低系統(tǒng)實時性、增加系統(tǒng)的不可靠性,特別在多參數(shù)傳送時不太穩(wěn)定,易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。而自己開發(fā)通訊驅(qū)動程序又有一定的難度,且開發(fā)周期較長。最近,在為九江石化燃運輸煤皮帶監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中,基于MSP430單片機的智能儀表作為下位機,研華公司的工控機作為上位機,采用ADAM-5000的協(xié)議,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時采集、處理和顯示。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
燃運皮帶監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示?,F(xiàn)場的各種傳感器將測得的電壓、電流、速度信號通過自制的智能儀表傳送給上位機,在組態(tài)界面上實時顯示和監(jiān)控皮帶的運行狀況;外部狀態(tài)輸入是通過智能儀表檢測電機接觸器輔助觸點的狀態(tài),當(dāng)信號是閉合狀態(tài)時系統(tǒng)的報警保護才起作用,否則當(dāng)檢測到是開路信號時,采樣值超出范圍不報警,繼電器不動作;故障輸出是指電機一旦過流或皮帶堵煤、皮帶停轉(zhuǎn)、柱銷斷裂等故障時候,智能儀表發(fā)出脈沖信號送給PLC傳送至1-15#牽引電機接觸器和報警指示燈,從而切斷對應(yīng)的接觸器,停止相應(yīng)的電機,同時發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號。,
圖1 燃運輸煤皮帶監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
3 通信實現(xiàn)
3.1 通信接口
本系統(tǒng)采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)。RS485采用差分傳輸方式,可以有效地提高抗共模干擾能力,最高傳輸速率可達(dá)10Mb/s,最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1200m,支持與數(shù)據(jù)通信設(shè)備多連接。RS485由于傳輸速率高,傳輸距離遠(yuǎn),已成為工控系統(tǒng)串行通信的普遍形式。當(dāng)采用RS485實現(xiàn)上位機與下位機串行通信時,由于上位機通常只提供RS232串行接口,因此需要使用RS232/RS485通信接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接,在本文開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)中采用了多串口卡來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。
3.2 MSP串行通信的特點
MSP430F149有兩個串行通信模塊:USART0和USART1[2]。它的通信功能很強,模塊在發(fā)送和接收每一字節(jié)數(shù)據(jù)時都可以觸發(fā)中斷,從而使CPU退出低功耗模式。發(fā)送和接收中斷由兩個獨立的中斷控制位控制。與傳統(tǒng)的串行通信相比,MSP430單片機用低時鐘頻率實現(xiàn)高速通信的方法是:除了分頻因子外,還有一個分頻因子調(diào)整寄存器,它用分頻因子加調(diào)整的方法可以實現(xiàn)每一字節(jié)內(nèi)各位有不同的分頻因子,從而保證每位數(shù)據(jù)的中心三個時鐘狀態(tài)都處于有效的數(shù)據(jù)范圍內(nèi),在低時鐘頻率時實現(xiàn)高通信波特率。從機地址位多機模式的通信格式為:起始位+數(shù)據(jù)位+地址/數(shù)據(jù)位+停止位。從機通過地址/數(shù)據(jù)位判別收到的是數(shù)據(jù)幀還是地址幀,當(dāng)收到的數(shù)據(jù)是地址的時候,將收到的字節(jié)與本機地址進(jìn)行對比,如果相等,則表明主機將與本機進(jìn)行通信,復(fù)位寄存器U0RCTL的URXWIE位。此后收到數(shù)據(jù)后將觸發(fā)接收中斷,在中斷程序中將收到的數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)。如果收到的地址與本機地址不符,則說明主機以后發(fā)送的數(shù)據(jù)不是針對本機的,置位寄存器U0RCTL的URXWIE位,此后接收到數(shù)據(jù)字節(jié)將不會觸發(fā)中斷。
3.3 通信協(xié)議
ADAM5000/485系列采用EIA RS485通訊協(xié)議,該協(xié)議遵循命令/響應(yīng)的通訊方式[3]。通訊過程中主局保持主動權(quán),主局通過對子局的呼叫建立通訊連接。并通過向子局發(fā)送命令幀來控制數(shù)據(jù)傳送的方向及內(nèi)容,子局只能響應(yīng)主局對自己的呼叫和根據(jù)幀的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。ADAM模塊的RS485口與計算機通訊的方式為串行異步半雙工方式,支持ASCII碼傳輸方式。ADAM-5000系列中AI模塊的幀格式如表1所示。
表1 ADAM-5017命令幀格式
命令幀的第一個字節(jié)為起始符,有$和#兩種形式。以$開頭的可獲取版本信息、校正AI模塊等;以#開頭的用來讀取ADAM-5017通道值,是我們要用到的命令形式;地址范圍是00-FF;槽號i取值范圍為0-7;其它,在定界符為$時,有9種形式,這里不再介紹。在定界符為#時,有2種形式,一種為空,命令內(nèi)容為讀取i號槽模塊全部通道值;另一種為通道值j,命令內(nèi)容為讀取i號槽模塊第j號通道值。ADAM-5000的響應(yīng)幀格式如表2所示。對于定界符為#的命令幀,有兩種響應(yīng)幀格式。
表2 ADAM-5017響應(yīng)幀格式
起始符為>,表示模塊收到的命令有效,其后為到的命令有效,其后為全部通道值或某一通道值,隨命令幀格式而定;起始符為?,表示5017收到的命令無效,其后地址與收到命令幀的地址相同。
燃運輸煤皮帶監(jiān)控系統(tǒng)中選用1位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位結(jié)束位,0位奇偶校驗位,波特率為9600bps。如組態(tài)王要獲取ADAM-5000地址為01的5017(第1槽)的數(shù)據(jù),在串口調(diào)試工具中發(fā)送#01S1(cr),自制智能儀表首先對串口調(diào)試工具發(fā)送的命令進(jìn)行判斷,如果接收的命令符合ADAM5000/485指令集(如為#01S1(cr)),則按照指令集的響應(yīng)格式返回(如:>+1.4567,+1.4852,+1.6661,+1.6321,+1.6459,+2.989,+1.7768,+1.1623(cr) )[3][4]。
3.4 組態(tài)王的通信配置
組態(tài)王6.51是在上位機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包,它以Windows NT4.0(sp6)/Windows 2000/Windows XP簡體中文版操作系統(tǒng)作為其操作平臺,充分利用了Windows圖形功能完備,界面一致性好,易學(xué)易用的特點[5]。組態(tài)王把每一臺與之通訊的設(shè)備看作是外部設(shè)備,目前能連接PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等幾百種外部設(shè)備,為實現(xiàn)和外部設(shè)備的通訊,組態(tài)王內(nèi)置了大量設(shè)備的驅(qū)動作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通訊接口。在運行期間,組態(tài)王就可通過驅(qū)動接口和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù),包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。
本系統(tǒng)插接多串口卡使用了COM3和COM4口,其中COM3口掛接1#-7#儀表,COM4口掛接8#-15#儀表,共采集、傳輸、顯示105個I/O參數(shù)。在組態(tài)王的工程瀏覽器中點擊設(shè)備COM3, 在右面窗口中雙擊新建,出現(xiàn)設(shè)備配置向?qū)?,設(shè)置智能模塊亞當(dāng)5000系列Adam5017串行,一直點擊下一步,邏輯設(shè)備命名為一號儀表AD模塊5017,選擇COM3口,配置設(shè)備地址為0011(組態(tài)王的設(shè)備地址設(shè)置格式為四位的整數(shù),前三位為ADAM-5000的網(wǎng)絡(luò)地址,第四位為I/O模塊所在的槽號(范圍為0-7),如:地址設(shè)置為0011,其中001是ADAM-5000的網(wǎng)絡(luò)地址,1是第2個槽號),設(shè)置好通信參數(shù),即完成了設(shè)備的通信配置,同理可完成其它14個設(shè)備的配置。COM3、COM4的通訊參數(shù)設(shè)置為9600/8/1/無校驗。此外還要對各I/O變量進(jìn)行各參數(shù)的設(shè)置,如圖2所示。
圖2 組態(tài)王I/O變量定義
3.5 通信軟件設(shè)計
為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸,儀表的通信部分采用了研華公司多通道A/D亞當(dāng)模塊ADAM-5017的協(xié)議,避免了開發(fā)上位機與儀表之間的驅(qū)動程序,大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)的時間。一旦有字符發(fā)送或者接收MSP430單片機就產(chǎn)生中斷,用中斷方式完成通信。MSP430單片機讀寫程序流程如圖3所示。
圖3 通訊軟件流程圖
4 結(jié)束語
本文采用ADAM-5000模塊協(xié)議,實現(xiàn)了組態(tài)王6.51與多MSP430單片機的串行通訊。特別在采集、顯示參數(shù)較多的情況下,采用此方法數(shù)據(jù)傳輸可靠。目前,設(shè)計的九江石化燃運輸煤皮帶監(jiān)控系統(tǒng)已投入使用,運行狀況良好。
本文作者創(chuàng)新點:儀表的通信程序遵循研華公司多通道A/D亞當(dāng)模塊ADAM-5017的協(xié)議編寫,避免了開發(fā)上位機與儀表之間的驅(qū)動程序,大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)的時間。
參考文獻(xiàn):
[1] 蔚俊蘭,丁振榮.組態(tài)王6.5與單片機的通信方法[J].工業(yè)控制計算機,2004,17(10),58-59.
[2] 張,王德銀,張晨.MSP430系列單片機使用C語言程序設(shè)計[M].北京,人民郵電出版社,2005.
[3] ADAM-5000 Series RS-485 Based Data Acquisition and Control System User’s Manual.
[4] 呂鵬剛,何承波,劉開培等.基于亞當(dāng)模塊的火電廠自動加藥系統(tǒng)[J].微計算機信息2001,17(11):19-20.
[5] 北京亞控科技發(fā)展有限公司. 組態(tài)王6.51使用手冊.2005.
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