基于ＲＳ ４８５總線(xiàn)的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的研制

摘 要：安防型GPS定位裝置可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的運(yùn)行管理和鎖車(chē)防盜，有較大的市場(chǎng)需求量。該裝置的批量生產(chǎn)和檢測(cè)是安防型GPS定位裝置制造廠(chǎng)商面臨的問(wèn)題。根據(jù)安防型GPS定位裝置生產(chǎn)和檢測(cè)的需要，提出了一種基于RS 485工業(yè)總線(xiàn)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，制定了用于該檢測(cè)系統(tǒng)的通訊協(xié)議。該檢測(cè)系統(tǒng)的研制不僅解決了安防型GPS定位裝置生產(chǎn)檢測(cè)的難題，而且，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用于其他電子產(chǎn)品的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：GPS；定位裝置；RS 485總線(xiàn)；自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)；通信協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：TP302 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0514203

Development of Automatic Examination System Based on RS 485 Bus

FAN Yue1，2，XU Kaihua1，2，LIU Yuhua1，2

(1.Digital Space Research Center，Huazhong Normal University Wuhan，430079，China;2.Wuhan Censtone Digital Techlology Inc.，Wuhan，430079，China)

Abstract：A kind of GPS positioning device，which is used to car traffic supervision and anti-theft alarm is suitable for the market.However，the problem of mass-production examination is faced by producers.In this paper，an automatic examination system is proposed basing on RS 485 fieldbus and the communication agreement for this system is also formulated.The solution of this examination system is not only used for GPS positioning device manufacturer，but also can be applied in other intelligent product such as intelligent sensor.

Keywords：GPS positioning device;RS 485 field bus;automatic examination system;communication agreement

年，我國(guó)安防市場(chǎng)發(fā)展迅猛，以每年20％~30％的速度增長(zhǎng)。安防型GPS定位裝置是定位安防高端智能化創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用的產(chǎn)品，是GPS定位系統(tǒng)、GPRS通訊系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)結(jié)合為一體的定位裝置。他能提供目標(biāo)的具體位置信息對(duì)目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤，能進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、防盜報(bào)警、信息查詢(xún)、數(shù)據(jù)調(diào)度等。

安防型GPS定位裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

由于安防型GPS定位裝置的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，而且該產(chǎn)品直接影響車(chē)輛的運(yùn)行狀況和安全，因此對(duì)該產(chǎn)品的可靠性要求極高。

為了保證產(chǎn)品較高的可靠性，除了對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求高以外，還需要對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管和測(cè)試。然而手工檢測(cè)的效率無(wú)法滿(mǎn)足批量生產(chǎn)的要求，因此需要設(shè)計(jì)滿(mǎn)足批量生產(chǎn)的安防定位裝置的測(cè)試系統(tǒng)。本文提出了一種基于PC機(jī)的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，并且應(yīng)用于安防型GPS定位裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)裝置)的生產(chǎn)檢驗(yàn)。該設(shè)計(jì)思路可以推廣到其他電子產(chǎn)品的生產(chǎn)檢測(cè)中。

2 自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)控制總線(xiàn)對(duì)終端裝置按流程進(jìn)行檢測(cè)。串行通信是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，并由于其成本低、性能穩(wěn)定、遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在工程中被廣泛應(yīng)用。RS 485是一個(gè)多引出線(xiàn)接口，這個(gè)接口可以有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)上位機(jī)與多臺(tái)下位機(jī)之間的串行通信。其采用主從式通信方式，可以通過(guò)PC機(jī)與連接終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊^[1]，因此本測(cè)試系統(tǒng)采用RS 485總線(xiàn)。

這里，我們?cè)O(shè)計(jì)的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)是基于RS 485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、自定義通信協(xié)議、在總線(xiàn)上連接各下位機(jī)(檢測(cè)終端裝置)和上位機(jī)(PC機(jī))、由上位機(jī)統(tǒng)一管理的主從式總線(xiàn)型的檢測(cè)系統(tǒng)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)RS 485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)同時(shí)檢測(cè)1～127臺(tái)終端裝置。用于測(cè)試的PC機(jī)和檢測(cè)終端都通過(guò)RS 232轉(zhuǎn)RS 485的轉(zhuǎn)接器，按照兩線(xiàn)制接線(xiàn)方式，通過(guò)總線(xiàn)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(并聯(lián)方式)，連接在一條RS 485總線(xiàn)上^[2]。PC機(jī)通過(guò)串行命令檢測(cè)裝置的硬件，連接方式如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)計(jì)

根據(jù)安防型GPS定位裝置的特點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中需要檢測(cè)的項(xiàng)目主要有：

微處理器單元及通訊接口;

供電系統(tǒng)(包括電源管理及電池充放電);

存儲(chǔ)器;

GPS模塊;

GPRS模塊;

按鍵;

指示燈;

鎖車(chē);

語(yǔ)音提示(包括音頻放大電路)。

上位機(jī)通過(guò)與下位機(jī)的通訊，若收到下位機(jī)正確應(yīng)答，則說(shuō)明下位機(jī)能夠工作正常，可以確定微處理器單元、通訊接口以及供電系統(tǒng)正常。當(dāng)下位機(jī)正常完成測(cè)試，則可以確定該節(jié)終端裝置微處理器單元、通訊接口以及供電系統(tǒng)正常。

存儲(chǔ)器、GPS模塊、GPRS模塊的測(cè)試是由上位機(jī)發(fā)出測(cè)試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測(cè)試命令后，由下位機(jī)微處理器分別進(jìn)行存儲(chǔ)器、GPS模塊、GPRS模塊的測(cè)試，并把測(cè)試結(jié)果按通訊協(xié)議上報(bào)給上位機(jī)。

指示燈和鎖車(chē)的測(cè)試是由上位機(jī)發(fā)出測(cè)試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測(cè)試命令后，由下位機(jī)微處理器分別讓各個(gè)指示燈(包括鎖車(chē)指示燈)閃爍，通過(guò)檢測(cè)人員眼睛判斷，操作PC機(jī)(上位機(jī))，確定該部件的好壞。上位機(jī)收到檢測(cè)人員的輸入結(jié)果后，向下位機(jī)發(fā)出結(jié)束該項(xiàng)測(cè)試的命令。

按鍵的測(cè)試是上位機(jī)發(fā)出測(cè)試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測(cè)試命令后，由下位機(jī)微處理器檢測(cè)相應(yīng)按鍵在指定時(shí)間內(nèi)是否按下和松開(kāi)。若按鍵動(dòng)作正確，則下位機(jī)處理器按通訊協(xié)議將按鍵正常動(dòng)作的信息上報(bào)給上位機(jī)，否則上報(bào)按鍵錯(cuò)誤信息。

語(yǔ)音提示部件的測(cè)試為上位機(jī)發(fā)出測(cè)試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測(cè)試命令后，由下位機(jī)微處理器分別循環(huán)出發(fā)出各提示語(yǔ)音段，有檢測(cè)人員根據(jù)語(yǔ)音的質(zhì)量和清晰度判斷測(cè)試結(jié)果，并操作上位機(jī)輸入結(jié)果。上位機(jī)收到檢測(cè)人員的輸入結(jié)果后，向下位機(jī)發(fā)出結(jié)束該項(xiàng)測(cè)試的命令。

2.3 終端裝置編碼設(shè)計(jì)

由于RS 485總線(xiàn)是采用半雙工通信方式，每次只能有一對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信^[2]，故要求每臺(tái)裝置有自己的地址編號(hào)以便測(cè)試辨認(rèn)檢測(cè)。這里設(shè)計(jì)將終端裝置的生產(chǎn)編號(hào)為檢測(cè)時(shí)的地址編號(hào)，由于終端裝置的生產(chǎn)編號(hào)具有惟一性，故能夠滿(mǎn)足RS 485通訊的要求。

生產(chǎn)編號(hào)是終端裝置的惟一標(biāo)識(shí)，為了能更好地反映終端裝置的生產(chǎn)信息，同時(shí)考慮編號(hào)生成的自動(dòng)化，我們確定的編號(hào)方法如下：

YYMMDDHHmmss ID1 ID2 ID3

其中，YY為年后兩位的BCD碼，MM為月的BCD碼，DD為日的BCD碼，mm為分的BCD碼，ss為秒的BCD碼。該時(shí)間為進(jìn)行測(cè)試時(shí)的時(shí)間，可以由進(jìn)行測(cè)試的計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成。ID1和ID2為單字節(jié)的編碼，分別為生產(chǎn)廠(chǎng)家代碼、操作人員代碼；ID3為雙字節(jié)編碼，代表軟硬件版本號(hào)。

這樣生產(chǎn)編號(hào)的設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 可以通過(guò)測(cè)試軟件，根據(jù)當(dāng)時(shí)時(shí)間等信息自動(dòng)生成，避免人工失誤，并且提高效率；

(2) 編號(hào)存入各臺(tái)測(cè)試機(jī)的參數(shù)存儲(chǔ)器中，作為終端的身份標(biāo)識(shí)，用于生產(chǎn)檢測(cè)和實(shí)際使用；

(3) 根據(jù)該編號(hào)，極容易查出終端的生產(chǎn)廠(chǎng)家、時(shí)間以及檢驗(yàn)人員，符合質(zhì)量管理體系的要求；

(4) 編號(hào)附帶軟硬件版本號(hào)，方便后期的技術(shù)維護(hù)。

3 通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)

RS 485總線(xiàn)只制定了物理層電氣標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上層通信協(xié)議沒(méi)有規(guī)定，這給設(shè)計(jì)者提供了很大的靈活性。一套完整的通信協(xié)議應(yīng)從多個(gè)方面加以考慮，即要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能完備，又要求具有可擴(kuò)充性與兼容性，并且盡量標(biāo)準(zhǔn)化。本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議是在充分考慮到系統(tǒng)本身的功能特點(diǎn)，再參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的基礎(chǔ)上制定的，適用于檢測(cè)的計(jì)算機(jī)與檢測(cè)終端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，具體如下：

3.1 幀格式

起始符：數(shù)據(jù)幀起始標(biāo)志，用于觸發(fā)通信，本系統(tǒng)約定為8AH。

地址碼：地址域由10個(gè)字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)2位BCD碼。地址長(zhǎng)度為20位十進(jìn)制數(shù)。低地址位在先，高地址位在后。當(dāng)?shù)刂窞?9999999999999999999H時(shí)，為廣播地址(即向所有終端發(fā)送消息)。地址為11111111111111111111H時(shí)，為上位機(jī)。

控制碼C：一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，用于指明具體的命令內(nèi)容。每一位代表不同的內(nèi)容對(duì)應(yīng)不同的命令代碼，具體內(nèi)容如表1所示。

數(shù)據(jù)字段：本字段分兩部分。第一部分為一個(gè)字節(jié)，表示整個(gè)數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)(長(zhǎng)度)，L=0表示無(wú)數(shù)據(jù)域。第二部分則為通信中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)和數(shù)據(jù)等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。

校驗(yàn)碼CS：從幀起始符開(kāi)始到校驗(yàn)碼之前的所有各字節(jié)的模256的和。

結(jié)束符：數(shù)據(jù)幀結(jié)束標(biāo)志，本系統(tǒng)約定16H。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

上位機(jī)(PC機(jī))與下位機(jī)(單片機(jī))構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通信總是由主機(jī)發(fā)起。主機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，從機(jī)總是出于接收狀態(tài)。若上位機(jī)發(fā)送的地址信息與本地從機(jī)相符，則接收該數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)接收總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)。若下位機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則必須等到主機(jī)輪詢(xún)過(guò)該下位機(jī)時(shí)，才可提出請(qǐng)求。這種網(wǎng)絡(luò)模式下，下位機(jī)不會(huì)“偵聽(tīng)”其他下位機(jī)對(duì)主機(jī)的響應(yīng)，這樣就不會(huì)對(duì)其他下位機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的響應(yīng)。

3.3 差錯(cuò)控制

當(dāng)主機(jī)發(fā)出呼叫幀后，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到從機(jī)的應(yīng)答幀，則主機(jī)認(rèn)為幀丟失并重發(fā)呼叫幀；如果發(fā)送3次仍沒(méi)有收到應(yīng)答幀，則系統(tǒng)認(rèn)為該次通信失敗，報(bào)錯(cuò)。在數(shù)據(jù)幀發(fā)送時(shí)，本系統(tǒng)采用應(yīng)答方式進(jìn)行差錯(cuò)控制，即接收方向發(fā)送方回發(fā)特殊的控制命令碼，作為傳輸正確以否的的確認(rèn)。如果傳輸中幀完全丟失，則發(fā)送方進(jìn)行超時(shí)處理。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種基于RS 485總線(xiàn)的安防型GPS定位裝置自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并分別就系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及檢測(cè)思想的設(shè)計(jì)和主從式多機(jī)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)等兩個(gè)方面進(jìn)行了闡述。設(shè)備的實(shí)際使用結(jié)果表明：整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，工作可靠，基于 RS 485 的總線(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)通信可靠性高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，操作維護(hù)方便，大大提高了安防型GPS定位裝置的故障檢測(cè)與診斷效率。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，尤其是自動(dòng)化編碼方式對(duì)其他智能電子產(chǎn)品的自動(dòng)化檢測(cè)提供了很好的借鑒作用。并且通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的部分修改，可以移植到諸如智能傳感器、工業(yè)控制終端等多種產(chǎn)品的生產(chǎn)檢測(cè)中。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介 范 越 女，1983年出生，湖北黃石人，碩士研究生。主要從事智能控制與信息處理等研究。