基于總線(xiàn)偵聽(tīng)技術(shù)的現場(chǎng)顯示儀表設計

　　1 引言

　　實(shí)現現場(chǎng)數據顯示的方法較多，有現場(chǎng)PC機、顯示屏和數顯儀表等等。與PC機、顯示屏等相比，數碼管顯示儀表具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也較適應于現場(chǎng)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(guò)程自動(dòng)化改造項目，采用了基于CAN總線(xiàn)的多層DCS控制網(wǎng)絡(luò )，為了解決一些工段現場(chǎng)的數據顯示問(wèn)題，我們設計了一種基于總線(xiàn)偵聽(tīng)技術(shù)的現場(chǎng)智能顯示儀表。

　　2 系統結構

　　大冶鐵礦球團廠(chǎng)造球工段控制系統中，利用研華ADAM-5000系列智能I/O模塊實(shí)現數據采集和輸出功能，共包括3個(gè)ADAM-5000機架，分散在現場(chǎng)的3個(gè)工序里。3個(gè)ADAM-5000系列模塊、上位工控機相互之間采取RS485總線(xiàn)連接，組成底層RS485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在該總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )內數據通信采用ADAM-5000的通信協(xié)議。系統結構圖如圖1所示。

　　造球工段現場(chǎng)智能顯示儀表的數據來(lái)源于對RS485總線(xiàn)上的數據偵聽(tīng)。上位PC機數據傳輸的工作方式是按照ADAM-5000模塊幀格式，將要發(fā)送的命令在485總線(xiàn)上發(fā)往下位機ADAM-5000各模塊。在數據幀中包含應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?？偩€(xiàn)偵聽(tīng)技術(shù)突破了這一限制，它實(shí)時(shí)地對總線(xiàn)上傳輸的數據進(jìn)行動(dòng)態(tài)地把握，它將總線(xiàn)上傳輸的幀統統接收下來(lái)，在從偵聽(tīng)微機的串口偵聽(tīng)到所有通訊數據后，對通訊數據進(jìn)行分析和破譯工作，從而得到需要的數據。

　　3 現場(chǎng)顯示儀表硬件組成

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

　　在現場(chǎng)顯示儀表實(shí)際工作中，AT89C52單片機首先通過(guò)RS485總線(xiàn)收發(fā)器SN75176芯片對RS485總線(xiàn)上的數據幀進(jìn)行接收，接著(zhù)對數據幀進(jìn)行分析和選擇，得到需要的數據后送往數碼管顯示。

　　4 軟件實(shí)現

　　由于本系統只需要顯示ADAM-5000采集的部分模擬輸入數據，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(gè)字節為起始符，有$和#兩種形式。以$開(kāi)頭的可獲取版本信息、校正AI模塊等;以#開(kāi)頭的用來(lái)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(shí)，有9種形式，這里不予介紹。在起始符為#時(shí)，有2種形式，一種為空，命令內容為讀取i號槽模塊全部通道值;另一種為通道值j，命令內容為讀取i號槽模塊第j號通道值。

　　ADAM-5000的響應幀格式如表2所示。對于起始符為#的命令幀，有兩種響應幀格式。

　　表2 ADAM-5017響應幀格式

　　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(wú)效。其后地址與收到命令幀的地址相同。

　　偵聽(tīng)軟件的關(guān)鍵在于接收總線(xiàn)上的數據幀，主要分為對命令幀的分析和對響應幀的解析兩部分。在PC機與ADAM-5000通訊時(shí)，顯示儀表不斷偵聽(tīng)總線(xiàn)上傳輸的數據幀，判斷是命令幀后，將接收完整的幀地址與要顯示參數的幀地址相比較，相符則繼續偵聽(tīng)ADAM-5000的響應幀，將其中數據信息分離出來(lái)，送數碼管顯示;不相符則不采取任何動(dòng)作，等待下一個(gè)命令幀的到來(lái)。

　　通訊軟件采用C51語(yǔ)言編制，其中中斷子程序流程圖如圖4所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文中設計的基于RS485總線(xiàn)偵聽(tīng)技術(shù)的現場(chǎng)智能顯示儀表，應用在大冶鐵礦豎爐球團廠(chǎng)的造球工段中，確實(shí)地解決了其工段現場(chǎng)的數據顯示問(wèn)題，且價(jià)格低廉，通用性好，能在其它系統中得到應用。這種總線(xiàn)偵聽(tīng)技術(shù)同樣適于CAN總線(xiàn)等其它現場(chǎng)總線(xiàn)。