基于LabVIEW的RS422通信協(xié)議時間裝定模塊研究

張烜工，陳 雷

（軍械工程學(xué)院三系，河北 石家莊 050003）

0 引 言

引信的時間裝定測試和裝定模式測試是引信各項測試中的關(guān)鍵組成部分。目前，時間裝定測試和裝定模式測試往往采用RS232接口與引信內(nèi)的DSP進行通信。但是，RS232接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容，故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接，其接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地傳輸形式，抗噪聲干擾性弱[1]。此外，RS232傳輸距離有限，其傳輸距離不超過15 m時效果最好；在引信不摘火情況下測試時，該距離會威脅人身安全。此外，由于在引信內(nèi)的第二代和第三代DSP已經(jīng)擁有RS422/RS485接口，RS232接口逐步面臨淘汰。

為了解決上述問題，本文以PXI總線測試采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用RS422/RS232轉(zhuǎn)接器完成計算機上的接口轉(zhuǎn)換，并且制定高層通信協(xié)議，在LabVIEW軟件環(huán)境下利用VISA完成串口通信。這樣既使數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，又增加了傳輸距離。

1 RS422介紹及主要硬件配置

RS422接口標準全稱是 “平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性[2]。實際上還有一根信號地線，共5根線。RS422接口支持點對多的雙向通信。其接口的最大傳輸距離為4 000 ft（約1219m），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100m長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率為1Mb/s。

RS422接口需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300m以下不需終接電阻。在本測試模塊中，結(jié)合工程實際，約定通信距離為100m。故本測試模塊沒有終接電阻。

在以PXI為總線的本測試系統(tǒng)中，由于計算機上并沒有直接的RS422接口，因此選用SP-218系列產(chǎn)品，它既可以進行RS232/RS422接口轉(zhuǎn)接，又可以進行RS232/RS485轉(zhuǎn)接。但是該連接器需要24V直流電源，本文采用HRB AC-DC開關(guān)電源作為其電源，該開關(guān)電源只需220 V普通交流電即可。

2 通信協(xié)議制定

由于RS422標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定而不涉及協(xié)議，因此在通信前要進行自身的通信協(xié)議設(shè)定。考慮到引信的具體使用環(huán)境和信息的容量，制定了本協(xié)議。

2.1 波特率的確定

RS422通信數(shù)據(jù)最大傳輸速率與距離成反比，傳輸速率的單純提高會造成引信通信信號反射，甚至導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)混亂[3]。從功能需求角度來講，在引信測試中，考慮到信息量不是很大，同時約定了通信距離最長為100m，所以波特率選用9600bit/s。

2.2 通信規(guī)程的約定

通信規(guī)程是為確保通信順利進行，接收方和發(fā)送方約定要共同遵守的基本規(guī)定，包括收發(fā)雙方的同步方式、差錯檢驗方式、數(shù)據(jù)編碼等。

由于引信和測試系統(tǒng)之間通信數(shù)據(jù)量較小，因此，模塊與引信之間采用異步通信模式。用半雙工方式發(fā)送信息時，采用數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送，無校驗，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中在一個數(shù)據(jù)包中，便于進行數(shù)據(jù)接收和處理。異步通信的具體數(shù)據(jù)格式如圖1所示。

圖1 起止式異步通信的數(shù)據(jù)格式

在引信的裝定模式中，除了時間裝定以外，還包括爆炸模式裝定，如瞬發(fā)、延期和近炸。由于在發(fā)送過程中第一個數(shù)據(jù)容易丟失，所以發(fā)送協(xié)議開始以0xAA作為引導(dǎo)字節(jié) （0xAA在時間裝定中不容易出現(xiàn)，下文中所述裝定地址、裝定模式和幀尾的選擇也是同理），在接收協(xié)議中規(guī)定只接收0xAA開始的數(shù)據(jù)包。同樣地，結(jié)束標志使用0xBB。0xAA與0xBB之間要有5幀數(shù)據(jù)，這5幀數(shù)據(jù)包括裝定地址（1幀），裝定模式（1幀），裝定時間（3幀）。規(guī)定0xFC為瞬發(fā)模式，0xFD為定時模式，0xFE為延期模式，0xFF為近炸模式。在時間上，以ms為單位，測試系統(tǒng)在裝定時間前通過軟件自動將輸入的時間從s換算成ms再進行裝定。目前來看，引信裝定時間最長不超過200s，即200000ms。

在實際應(yīng)用中，該模塊不僅負責測試中的裝定，而且也用于迫擊炮彈、榴彈炮彈及火箭彈發(fā)射前的模式和時間裝定。由于火箭彈在發(fā)射前需要分別裝定，因此在裝定之前裝定模塊需要尋址。在裝定過程中，先規(guī)定裝定地址，再裝定爆炸模式，其次再給出時間。裝定模塊一次性將所有信息以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送，引信收到后，查看自身地址與給定地址是否相符，如果相符，則予以接收，如果不符，則不再接收。規(guī)定地址從0xF0到0xFA。對于迫擊炮或者榴彈炮單管武器平臺來說，在裝定引信時并不需要尋址這一功能，但是為了兼顧火箭彈電子時間引信裝定，尋址過程必須保留。將引信內(nèi)DSP地址初始全部設(shè)置為0xF0，這樣在迫擊炮彈或者榴彈炮彈中裝定時數(shù)據(jù)包地址全部都設(shè)置成0xF0，就解決了這一矛盾。

但是，火箭彈電子時間引信在裝定之前地址也是一樣的，即初始地址0xF0。對于這個問題，即引信如何識別自己裝在哪個彈筒中進而采用不同的裝定模式和時間，采用如下的解決方式：認為彈筒編碼從1到12。筒內(nèi)設(shè)置4個觸點，觸點與彈接觸時認為是低電平，觸點不與彈接觸時認為是高電平，對于高電平來說，認為是1，同理低電平認為是0。這樣就形成了4位二進制數(shù)，如1號筒為0001，3號筒為0011等。每個彈上引信內(nèi)的DSP接收到不同的高低電平后將其變?yōu)槎M制數(shù)，然后還原為十進制數(shù)，就可以知道自身所在筒的編號。獲知編號后，利用之前給定的編號與0xF0到0xFA之間一一對應(yīng)的關(guān)系，獲得自己的十六進制地址。

在裝定爆炸模式后，是時間參數(shù)，共有3幀，在裝定時把十進制數(shù)改為十六進制數(shù)據(jù)。如要裝定地址為0xF5，模式為定時，時間為199998ms的引信，具體的數(shù)據(jù)幀格式如下：

引信收到數(shù)據(jù)包后，DSP根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序進行模式裝定和時間裝定，之后再將代表模式裝定的數(shù)值及時間數(shù)據(jù)發(fā)送回來，測試模塊予以接收。

3 串行通信的軟件實現(xiàn)

一般來講，在Windows環(huán)境下，串行通信在軟件方面既可以使用C語言，又可以使用LabVIEW軟件。C語言編寫比較繁瑣，不如LabVIEW使用簡單方便。另外，智能彈藥通用檢測平臺使用LabVIEW軟件進行測試語言的編寫。為了使該裝定模塊既可以獨立使用，又可以與智能彈藥通用檢測平臺相結(jié)合，使該模塊作為平臺的一個部分，故選用LabVIEW軟件進行串口通信。目前在LabVIEW中實現(xiàn)串行通信主要有利用VISA和ActiveX控件兩種方式。本模塊采用VISA進行通信。

VISA是組成VXIplug&play系統(tǒng)聯(lián)盟的35家最大的儀器儀表公司統(tǒng)一采用的標準[4]。采用了VISA標準，就可以不考慮時間及I/O選擇項，驅(qū)動軟件可以互相兼容使用。

串口通信作為儀器通信的一部分，它的函數(shù)是VISA函數(shù)的子集。串口函數(shù)庫位于函數(shù)選板的儀器I/O>>串口中，如圖2所示。

串口通信的基本流程是：配置串口參數(shù)（打開串口）——發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)——關(guān)閉串口。其重中之重為參數(shù)配置。配置串口函數(shù)及具體參數(shù)如圖3所示。

在該函數(shù)里，設(shè)置串口通信的資源名稱、波特率、校驗方式、停止位和流控制。所謂流控制，就是常說的“握手”，在本裝定模塊中，沒有握手信號。此外，還有“超時”，“終止符”及“啟用終止符”3個端子的設(shè)置。超時一般默認為10000ms，終止符默認為0x0A，啟用終止符默認情況下也是開啟的。這里都采用默認值。根據(jù)不同的平臺，數(shù)據(jù)傳輸可分為同步或者異步。前文已述，本模塊采取異步通信模式。

初始化配置完畢后，由VISA寫入節(jié)點，將寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入指定的設(shè)備或接口，再由VISA讀取節(jié)點，從VISA資源名稱所指定的設(shè)備或接口讀取指定數(shù)量的字節(jié)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)，最后由VISA關(guān)閉節(jié)點，關(guān)閉VISA資源名稱所指定的設(shè)備會話句柄。由于串口讀寫的端口定義默認為字符串類型，為了和DSP通信，串口應(yīng)以十六進制發(fā)送0xAA標志，所以在寫串口時數(shù)據(jù)類型為十六進制的數(shù)據(jù)，而串口讀取的字符串要轉(zhuǎn)換為數(shù)字型數(shù)組才能正確地做后續(xù)處理。

圖2 串口通信函數(shù)選板

圖3 VISA配置串口

從串口中讀取的字符串轉(zhuǎn)換為7個字節(jié)，其中，第1個字節(jié)0xAA，為幀頭標志，第2個字節(jié)表示裝定地址，第3個字節(jié)表示裝定模式，第4個到第6個字節(jié)表示裝定時間，最后一個字節(jié)為幀尾，作為結(jié)束標志。

4 結(jié)束語

本文介紹了基于LabVIEW的RS422通信協(xié)議時間裝定器的設(shè)計，該方法簡單可靠，同時又克服了原有時間裝定器傳輸距離短且不穩(wěn)定的缺點。對于火箭彈上裝定引信的地址識別問題，設(shè)計了一種簡單有效的方法來解決。本文使用LabVIEW軟件中的VISA庫很好地完成了串口通信。該裝定器不僅可以獨立完成時間和模式裝定任務(wù)，還可以作為子模塊添加到智能彈藥通用檢測平臺里，為以后智能彈藥通用電參數(shù)檢測平臺的功能完善與擴展打下良好基礎(chǔ)。

[1] 李大友.微型計算機接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998：378.

[2] 黃國棟，戴義保.基于RS422A現(xiàn)場總線的溫控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].測控自動化，2004，20（5）：7-8.

[3] 鄭紅星，曹曉緋.RS422在反坦克導(dǎo)彈上的應(yīng)用研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2008，28（4）：32-34.

[4] 蔣薇，張曉波，賴青貴.基于LabVIEW的儀器通信技術(shù)研究[J].計算機測量與控制，2013，21（4）：1030-1032.