串行通信在测量仪表中的应用设计

　　随着科学技术的发展,对各种电工类产品的耐压和绝缘测量的要求越来越高。针对这种情况,工业场合多采用上位机和下位机结构,利用串行通信的方式采集数据。我们根据此类系统的特点设计了一种串行通信控制协议来满足它的实时性和可靠性等要求。

　　1　系统特点及其组成原理

　　1.1　工作原理与系统的组成

　　一台PC机通过RS232接口和单片机(通过屏蔽双绞线连接)进行通信。在上位机(PC机)上进行数据处理分析、实时显示、存储、打印测试报表和分析历史数据等。下位机(单片机)利用中断实现数据采集和驱动步进电机。在命令发送阶段,采用交互式握手的半双工方式工作;在数据传送阶段,采用全双工方式工作。波特率为19.2kb/s,以奇偶校验方式校验。

　　系统有两种工作模式:联机工作和单机工作。对于精度要求不高的产品,可以工作在单机工作模式;在这种模式下,上位机不工作。对精度要求较高的产品,可以工作在联机模式;单片机把采集到的数据传到上位机进行数据处理分析。系统工作原理框图见图1。

　　1.2　系统的特点

　　(1)根据不同的测试要求,能够方便地切换单片机或联机工作模式;(2)设计了不同的命令和数据协议,系统实时性好,数据传输率高,可靠性高;(3)系统的容错性好,命令数据的传输进行奇偶校验,数据传输采用预测校验;(4)操作方便。

　　2　系统的设计及实现

　　2.1　通信协议的设计

　　采用半双工和全双工结合的异步方式通信。‘命令’采用交互式;‘数据’传输采用上位机和下位机可以同时收发的全双工方式。

　　(1)握手协议:为了使系统操作和设计方便,握手协议仅用上位机通过握手线程发送,下位机不发送握手信号。

　　(2)命令传输协议:传输命令采用交互方式,发送一个命令码必须接收一个回应码,并进行奇偶校验,出错则重发;保证命令码发送的正确性。例如,上位机发送$3A命令码,表示下位机进行升压测试,若没有奇偶校验出错,下位机则发送$66命令响应码,表示已成功接受到,否则下位机发送$63表示奇偶校验出错,要求重发。

　　(3)数据传输协议:为了提高数据的传输速度,满足实时性的要求,数据传送不采用交互的方式;但采用奇偶校验的方式对数据进行校验。若校验发现错误或接收的数据不在系统的设定范围时,则自动放弃这次接收的数据,并用上次的数据进行替代(由于接收的数据在物理上应该是连续的)。在实际的通信过程中,出错的概率极小,用这种方法效果比较好。数据传输的结束采用时间间隔来判断。