支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表程序設計

摘要：介紹了支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表軟件構架、驅動(dòng)層程序設計方法，并設計了一種支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表程序。通過(guò)通信協(xié)議層和應用層中的接收回調函數、發(fā)送回調函數、接收幀處理和發(fā)送幀處理詳細過(guò)程，有效地實(shí)現多個(gè)用戶(hù)根據自己的權限同時(shí)對同一塊儀表進(jìn)行抄讀。實(shí)踐證明，該設計獲得了較好的預期效果，具有良好的應用前景。

引言

隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了儀表行業(yè)快速發(fā)展;同時(shí)，隨著(zhù)人力成本的增加，人工抄表將會(huì )逐漸被淘汰;智能儀表將成為儀表行業(yè)發(fā)展的方向?？梢灶A見(jiàn)，在未來(lái)20年儀表行業(yè)將經(jīng)歷一次革命，我國將由目前的人工抄表方式逐漸轉變?yōu)檫h程抄表，各級水、氣和電力管理部門(mén)可以根據不同的權限對同一塊儀表進(jìn)行遠程抄讀。為了支持多用戶(hù)同時(shí)抄表，本文設計了一種支持多串口同時(shí)抄讀的智能儀表程序，對程序設計流程做了詳細的闡述。

1 支持多串口智能儀表軟件構架

支持多串口智能儀表軟件構架如圖1所示，支持多串口智能儀表的軟件構架分為4層：驅動(dòng)層、基于任務(wù)調度的操作系統、通信協(xié)議層和應用層。驅動(dòng)層主要提供智能儀表的各種硬件驅動(dòng)。其中，串口驅動(dòng)程序實(shí)現的功能包括：串口的配置、提供通信協(xié)議在串口發(fā)送列表和串口接收列表中注冊的接口函數、為通信協(xié)議層提供數據服務(wù)?；谌蝿?wù)調度的操作系統的設計可以提高程序的通用性和擴展性;通信協(xié)議層和應用層根據需要在操作系統中注冊任務(wù)，如果以后需要增加一個(gè)功能，則可以直接增加一個(gè)任務(wù)而不需要對以前的代碼進(jìn)行改動(dòng)。

通信協(xié)議層主要對從物理層接收的數據幀和命令幀，按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行解析和對從應用層接收到的數據和命令按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行組幀。應用層主要實(shí)現智能電表和抄表客戶(hù)端應用對象之間的通信。支持多協(xié)議的智能儀表軟件構架如圖1所示。

2 驅動(dòng)層串口程序設計

通信協(xié)議層系統初始化時(shí)，通信協(xié)議需要在每個(gè)串口的發(fā)送列表和接收列表中注冊。其中，串口發(fā)送協(xié)議列表和串口接收協(xié)議列表如下所示：

3 協(xié)議層和應用層程序設計

在通信協(xié)議層定義一個(gè)類(lèi)型為PROTOCOL的數組ProtocolPortList，ProtocolPortList數組的主要作用是：存放對應串口接收的數據和要發(fā)送的數據、表征該串口目前的狀態(tài)。代碼如下：

PROTOCOL ProtocolPortList[SERIAL_PORT_COUNT];

typedef struct{

UINT8 RxBuff[RECV_FRAME_BUFF_LEN];

UINT8 TxBuff[SEND_FRAME_BUFF_LEN];

UINT8 ReceiveSuccessFlag;

UINT8 RxLen：

UINT8 TxLen;

}PROTOCOL;

RxBuff是用來(lái)存放從串口接收的數據，TxBuff為要發(fā)送的數據，如果接收到一幀合法數據將ReceiveSuccessFlag置0xFF，該標志的作用是為操作系統提供一個(gè)處理RxBuff中數據的標志，防止已經(jīng)接收的幀被后續幀覆蓋。RxLen為RxBuff接收字節的長(cháng)度，TxLen為T(mén)xBuff要發(fā)送數據的長(cháng)度。

3.1 接收回調函數程序設計

當串口接收到一個(gè)字節后調用接收回調函數，接收數據回調函數數據處理流程圖如圖2所示。首先判斷返回的channel是否為物理通道1、物理通道2或物理通道3。如果不是則將此數據拋棄，如果是則判斷ProtocolList[channel].ReceiveSuccesFlag是否為0xFF。如果是，說(shuō)明該串口已經(jīng)接收到一幀數據但還沒(méi)有被處理，不能接收數據。如果不是，則判斷接收字節是否符合通信協(xié)議的幀格式，如果不符合則將接收字節拋棄，如果符合將接收字節Data存入接收緩沖區ProtocolList[channel].RxBuff中，并且將接收長(cháng)度ProtocolList[channel].RxLen加1，最后判斷是否一幀數據接收完畢，如果接收完成則將ProtocolList[channel].ReeeiveSuiccesFlag置為0xFF。

3.2 消息格式

在應用層和通信協(xié)議層中都有一個(gè)消息列表，分別來(lái)收集協(xié)議棧發(fā)送給它的消息和應用層發(fā)送給通信協(xié)議層的消息。

Message MessageList[MAX_MESSAGE_NUM];

其中Message的結構如下所示：

typedef struct{

Un8 Channel;

Un8 STaskID;

Un8 DTaskID;

Un8 MessageType;

Un8*Data;

}Message;

通道號為協(xié)議棧接收數據的串口號，STaskID為源任務(wù)號(協(xié)議棧的任務(wù)號或應用層的任務(wù)號)，DTaskID為目的任務(wù)ID(協(xié)議棧的任務(wù)號或應用層的任務(wù)號)，MessageType代表什么類(lèi)型的消息(讀數據請求、寫(xiě)數據請求)，Data為所要寫(xiě)入數據的指針。

3.3 基于任務(wù)調度的操作系統對接收幀的處理

當基于任務(wù)調度的操作系統執行通信協(xié)議層任務(wù)時(shí)會(huì )搜索ProtocolList數組中哪個(gè)元素的ProtocolList[channel].ReceiveSuccesFlag為0xFF，然后對其ProtocolList[channel].RxBuff中的數據進(jìn)行處理，處理過(guò)程是：

①首先按照通信協(xié)議層的幀格式對接收數據進(jìn)行解析。

②解析出需要發(fā)往應用層的數據，按一定的消息格式(包含發(fā)送數據和通道號)組成一條消息，然后將其發(fā)送給應用層，應用層收到這個(gè)消息后將其存入AMessageList應用層消息列表中。

當處理完成后將ProtocolList[channel].RxLen置0，將ProtocolList[channel].ReceiveSuccessFlag置0，以便于該channel串口通道可以接收下一幀數據。

基于任務(wù)調度的操作系統會(huì )按一定的調度時(shí)間來(lái)搜索ProtocolList中各個(gè)串口通道是否接收到一個(gè)完整的幀并進(jìn)行處理，這樣就能夠實(shí)現協(xié)議棧對多個(gè)串口接收到的數據幀進(jìn)行及時(shí)處理，多串口同時(shí)進(jìn)行通信。

基于任務(wù)調度的操作系統會(huì )按一定的調度時(shí)間來(lái)搜索AMessageList是否為空，如果不為空則對相應的消息進(jìn)行處理，這樣就能夠實(shí)現應用層對收到的多個(gè)消息進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現并行通信。

3.4 協(xié)議層對從應用層接收到的消息處理

智能儀表需要向客戶(hù)機返回抄讀數據時(shí)，首先智能儀表應用層將抄讀數據按照一定的消息格式組成一條消息，然后將該消息發(fā)送給通信協(xié)議層。通信協(xié)議層收到該消息后將其存入PMessageList協(xié)議層消息列表中。

基于任務(wù)調度的操作系統會(huì )按一定的調度時(shí)間來(lái)搜索PMessageList是否為空，如果不為空則對相應的消息進(jìn)行處理。

通信協(xié)議層對消息的處理過(guò)程如下：

①通信協(xié)議層將消息進(jìn)行解析，解析出發(fā)送的Data和發(fā)送通道channel。

②將需要發(fā)送的數據按照通信協(xié)議的幀格式進(jìn)行組幀，并存儲于ProtocolList[channel].TxBuff中。ProtocolList[channel].TxLen為需要發(fā)送的長(cháng)度。

③調用串口發(fā)送函數，將該幀數據通過(guò)串口channel發(fā)送出去。

3.5 發(fā)送回調函數程序設計

當channel的串口將協(xié)議層數據幀發(fā)送出去后會(huì )調用發(fā)送回調函數將ProtocolList[channel].TxLen置為0。

結語(yǔ)

本文根據智能儀表的發(fā)展方向和多用戶(hù)同時(shí)抄表的需求，闡述了設計支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表程序的必要性。給出了支持多串口同時(shí)抄表的智能儀表軟件構架、驅動(dòng)層程序設計、通信協(xié)議層程序設計和應用層程序設計。它可以使多個(gè)抄表部門(mén)根據各自的權限同時(shí)對同一塊儀表進(jìn)行抄讀和設置。該設計可以廣泛地應用于智能儀表行業(yè)，從而推動(dòng)我國儀表行業(yè)的發(fā)展和國際化。