基于總線偵聽技術(shù)的現(xiàn)場顯示儀表設(shè)計

　　1 引言

　　實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示的方法較多，有現(xiàn)場PC機、顯示屏和數(shù)顯儀表等等。與PC機、顯示屏等相比，數(shù)碼管顯示儀表具有價格低廉的優(yōu)點，同時也較適應(yīng)于現(xiàn)場惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。

　　我們承擔了武鋼礦業(yè)集團大冶鐵礦豎爐球團生產(chǎn)過程自動化改造項目，采用了基于CAN總線的多層DCS控制網(wǎng)絡(luò)，為了解決一些工段現(xiàn)場的數(shù)據(jù)顯示問題，我們設(shè)計了一種基于總線偵聽技術(shù)的現(xiàn)場智能顯示儀表。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　大冶鐵礦球團廠造球工段控制系統(tǒng)中，利用研華ADAM-5000系列智能I/O模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和輸出功能，共包括3個ADAM-5000機架，分散在現(xiàn)場的3個工序里。3個ADAM-5000系列模塊、上位工控機相互之間采取RS485總線連接，組成底層RS485總線網(wǎng)絡(luò)。在該總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)通信采用ADAM-5000的通信協(xié)議。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　造球工段現(xiàn)場智能顯示儀表的數(shù)據(jù)來源于對RS485總線上的數(shù)據(jù)偵聽。上位PC機數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鞣绞绞前凑誂DAM-5000模塊幀格式，將要發(fā)送的命令在485總線上發(fā)往下位機ADAM-5000各模塊。在數(shù)據(jù)幀中包含應(yīng)該接收命令的下位機的正確地址，只有與幀中目標地址一致的下位機才能接收命令幀。總線偵聽技術(shù)突破了這一限制，它實時地對總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行動態(tài)地把握，它將總線上傳輸?shù)膸y(tǒng)統(tǒng)接收下來，在從偵聽微機的串口偵聽到所有通訊數(shù)據(jù)后，對通訊數(shù)據(jù)進行分析和破譯工作，從而得到需要的數(shù)據(jù)。

　　3 現(xiàn)場顯示儀表硬件組成

　　數(shù)碼管顯示儀表的硬件原理圖如圖2所示，它由AT89C52單片機、數(shù)碼顯示電路和RS485接口電路組成。RS485總線收發(fā)器采用了TI出品的SN75176;由于需要顯示的數(shù)據(jù)較多，且現(xiàn)場對數(shù)字顯示器亮度有較高要求，本方案采用靜態(tài)顯示。為了節(jié)約單片機資源，采用了帶選通功能的串轉(zhuǎn)并芯片CD4094作為顯示驅(qū)動器件，這樣20多位數(shù)碼顯示只占用了3根單片機I/O線資源，如圖3所示。

　　在現(xiàn)場顯示儀表實際工作中，AT89C52單片機首先通過RS485總線收發(fā)器SN75176芯片對RS485總線上的數(shù)據(jù)幀進行接收，接著對數(shù)據(jù)幀進行分析和選擇，得到需要的數(shù)據(jù)后送往數(shù)碼管顯示。

　　4 軟件實現(xiàn)

　　由于本系統(tǒng)只需要顯示ADAM-5000采集的部分模擬輸入數(shù)據(jù)，故下面只介紹ADAM-5000系列中AI模塊的幀格式。它分為命令幀和響應(yīng)幀兩種。

　　ADAM-5000命令幀格式如表1所示。

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　　表1 ADAM-5017命令幀格式

　　命令幀第一個字節(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，在起始符為$時，有9種形式，這里不予介紹。在起始符為#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。對于起始符為#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。

　　偵聽軟件的關(guān)鍵在于接收總線上的數(shù)據(jù)幀，主要分為對命令幀的分析和對響應(yīng)幀的解析兩部分。在PC機與ADAM-5000通訊時，顯示儀表不斷偵聽總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，判斷是命令幀后，將接收完整的幀地址與要顯示參數(shù)的幀地址相比較，相符則繼續(xù)偵聽ADAM-5000的響應(yīng)幀，將其中數(shù)據(jù)信息分離出來，送數(shù)碼管顯示;不相符則不采取任何動作，等待下一個命令幀的到來。

　　通訊軟件采用C51語言編制，其中中斷子程序流程圖如圖4所示。

　　5 結(jié)束語

　　本文中設(shè)計的基于RS485總線偵聽技術(shù)的現(xiàn)場智能顯示儀表，應(yīng)用在大冶鐵礦豎爐球團廠的造球工段中，確實地解決了其工段現(xiàn)場的數(shù)據(jù)顯示問題，且價格低廉，通用性好，能在其它系統(tǒng)中得到應(yīng)用。這種總線偵聽技術(shù)同樣適于CAN總線等其它現(xiàn)場總線。