CN101751012B - 一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置和方法，包括AC-DC整流模块、PLC控制模块、触摸屏模块和上位机，其特征在于，所述装置还包括一个通讯管理机模块：所述PLC控制模块具有两个通讯串口，分别为串口1和串口2，其中串口1与AC-DC整流模块连接通讯，串口2与触摸屏模块连接通讯；所述通讯管理机具有两个通讯串口，分别为串口3和串口4，其中串口3与PLC控制模块的串口1连接通讯，串口4与上位机连接通讯，且与上位机的通讯采用标准的通讯协议；通讯管理机模块通过串口3从PLC控制模块获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机模块的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过串口4将对应的数据信息发送给上位机。

Description

一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置和方法。
背景技术
随着计算机技术在电力领域不断的应用，上位机监控使用的越来越普及，该技术是通过计算机与电力产品的通讯，将用户所关心的数据直观的在计算机上呈现出来，并可实现遥测、遥信、遥调、遥控等功能，用户在监控室即可了解到电力系统的运行状况。各种商业电力监控软件以及电力产品均支持本行业内多种或一种通讯协议，比如最常用的为MODBUS-RTU通讯协议，用户只需要将计算机的通讯口与电力产品的通讯口以总线等形式连接起来，在计算机端的监控软件上选择与电力产品相同的通讯协议，然后进行系统组态即可实现上位机监控功能。
传统的直流屏的通讯系统结构如附图1所示，其中PLC控制模块是核心通讯元件，其有两个通讯串口，分别为COM1和COM2，均为RS485半双工模式，其中COM1实现与AC-DC整流模块的连接通讯，COM2实现与触摸屏的连接通讯。为了实现直流屏系统与上位机的串口通讯，需要上位机的串口与PLC控制模块的COM1连接通讯，然而PLC控制系统的COM1已经与AC-DC整流模块连接通讯，该通讯线路已被占用，且两者间采用非标准的通讯协议，则无法直接与采用标准商业监控软件的上位机的通讯。
为解决此问题，目前是从上位机着手，在上位机端开发一个中间软件，此中间软件来解决与直流屏的通讯问题，然后商业电力监控软件通过调用此中间软件来实现对直流屏系统的监控。然而采用此种方案存在下面两点缺陷：一是由于通讯协议的限制，此中间软件需独占一个计算机的通讯串口，这样其他通讯设备就不能使用此串口；二是此中间软件采用了每间隔5秒钟，不论PLC控制系统与AC-DC整流模块是否在通讯，均向PLC控制系统发出数据请求的要求，这样容易造成该通讯线路发生总线冲突，结果是中间软件没有得到PLC控制系统的返回数据，而且扰乱了PLC控制系统与AC-DC整流模块的通讯。如何克服上述两个缺陷成为要解决的问题。
发明内容
为使得直流屏系统可以直接与商业监控软件直接通讯，本发明提供一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置和方法。
所述装置包括AC-DC整流模块、PLC控制模块、触摸屏模块和上位机，其特征在于，所述装置还包括一个通讯管理机模块：所述PLC控制模块具有两个通讯串口，分别为串口1和串口2，其中串口1与AC-DC整流模块连接通讯，串口2与触摸屏模块连接通讯；所述通讯管理机具有两个通讯串口，分别为串口3和串口4，其中串口3与PLC控制模块的串口1连接通讯，串口4与上位机连接通讯，且与上位机的通讯采用标准的通讯协议；通讯管理机模块通过串口3从PLC控制模块获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机模块的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过串口4将对应的数据信息发送给上位机。
优选地，所述装置通讯管理机定时中断并在中断中读取串口3数据接收缓冲区，根据串口3数据缓冲区是否为空来判断串口1通讯总线是否闲置。
优选地，所述装置通讯管理机在中断中根据串口3口的状态来设置UART_recv.state状态位的状态，UART_recv.state的状态主要有：Busy、Free、就绪、等待接收数据帧、等待接收命令帧、接收数据帧待处理、接收命令帧待处理、Over，并根据UART_recv.state的状态做相应的处理。
优选地，所述装置在读数据使能情况下，串口3接收到数据时，只有当通讯管理机处于等待接收数据帧或等待接收命令帧时接收到的数据才可能是所需数据，否则接收到的数据均为垃圾数据。
优选地，所述装置若接收数据为通讯管理机所需要的数据则将该数据累计存放在UART_recv.data[]缓冲区内，在判断数据接收完成的条件下将UART_recv.state的状态置为接收数据帧待处理状态或接收命令帧待处理状态。
优选地，所述装置当UART_recv.state处于数据等待、数据待处理等条件下起动超时计数器，若连续3秒钟没有有效数据则程序自动进入Over状态。
优选地，所述装置的通信管理机读取拨码开关SP1和SP2的状态，并与上次状态进行比较，当两者状态不相同时，重新设置了通讯地址或波特率。
所述方法包括以下步骤：所述PLC控制模块与AC-DC整流模块和触摸屏模块连接通讯的步骤，PLC控制模块分别通过串口1和串口2与上述AC-DC整流模块和触摸屏模块通讯；所述通讯管理机模块与PLC控制模块的串口1和上位机连接通讯的步骤，通讯管理机模块分别通过串口3和串口4与上述PLC控制模块的串口1和上位机通讯；数据传输步骤，通讯管理机模块通过串口3从PLC控制模块获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机模块的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过串口4将对应的数据信息发送给上位机。
本发明的有益效果是：
通讯管理机通过COM1通讯总线的复用技术，可以不定期的窃取到总线的使用权，在不影响PLC控制系统和AC-DC整流模块通讯的情况下实现了直流屏系统与上位机商业监控软件的直接通讯，并保证了通讯系统的快速性和可靠性。
附图说明
图1是本发明所述传统直流屏通信装置结构图；
图2是本发明所述通过通信管理机实现直流屏通信的结构图；
图3是本发明所述通信管理机硬件结构图；
图4是本发明所述通信管理机处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
为使得直流屏系统可以直接与商业监控软件直接通讯，考虑开发一个通讯管理机，其通讯结构图如附图2所示。
该通讯管理机提供两个串口分别为COM3和COM4，其中COM3与PLC控制模块的COM1连接通讯，COM4与上位机连接通讯，且与上位机的通讯采用标准的通讯协议。通过COM3从PLC控制系统获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过COM4将对应的数据信息发送给上位机。这样上位机只需要将计算机的通讯口连接到COM4，并在商业监控软件选择相应的通讯协议即可实现与直流屏系统的通讯。通讯管理机的通讯地址也可以通过拨码开关来设置，所以通讯管理机也可以与其他通讯设备以总线通讯的方式共享计算机的通讯串口，这样就解决了上述采用中间软件方案中所存在的第一个问题。
由于PLC控制系统与AC-DC整流系统的通讯是有间断的，即COM1通讯总线并不是一直被占用，可以考虑通讯管理机利用PLC控制系统与AC-DC整流系统通讯的间隙与PLC控制系统通讯。通讯管理机的CPU采用飞利浦公司的ARM芯片----LPC2131，为了能够确定COM1通讯总线何时是闲置的，设置LPC2131的定时器0中断间隔为1.25ms，并使能定时器0中断，在该中断中读取COM3数据接收缓冲区。当PLC控制系统与AC-DC整流模块通讯时，COM3数据缓冲区也可以接收到两者的来往通讯数据，反之，当读取到COM3数据缓冲区连续为空时，则表示此刻COM1通讯总线闲置，此时通讯管理机可利用该闲置时间组织发送请求数据帧或数据命令帧到COM1通讯总线。由于PLC控制系统遵从通讯管理机的数据协议，则PLC控制系统返回数据帧给通讯管理机或根据通讯管理机所发出的命令执行动作，通讯管理机则将返回数据帧处理后放在内存缓冲区供上位机通讯调用。这样通讯管理机可以在不影响PLC控制系统与AC-DC模块通讯的情况下实现与PLC控制系统通讯，解决了上述采用中间软件方案所存在的第二个问题。
通讯管理机硬件框图如附图3所示。
其中U1为通讯管理机的CPU，采用飞利浦公司的ARM单片机LPC2131；U2和U3为RS485转换芯片，负责在外部通讯总线和U1间进行进行数据交换；SP1为拨码开关，可用来设置通讯管理机的通讯地址，其中Address.O-Address.3分别代表通讯地址用二进制表示的第0位到第3位，当按下拨码开关的某位，表示该位为二进制1，否则表示为0，由此可表示的通讯地址范围为1-15；SP2也为拨码开关，用来设置与上位机通讯的波特率，与SP1类似，可表示的通讯波特率序号为0-3，分别代表波特率2400，4800，9600，19200。
该技术方案的控制部分主要是在U1的定时器0中断服务中实现，该服务的流程图见附图4。该装置根据COM3口的状态来设置UART_recv.state的状态，UART_recv.state的状态主要有：Busy、Free、就绪、等待接收数据帧、等待接收命令帧、接收数据帧待处理、接收命令帧待处理、Over，并根据UART_recv.state的状态做相应的处理。
如流程图中所示，该装置中首先判断COM3口是否在发送数据，当COM3发送器不为空时表明通讯管理机正在发送数据，因为采用串口均为半双工，此时不能将COM3转换为读数据使能，应等待数据发送完成才能转换为读数据使能。在读数据使能情况下，COM3接收到数据时，应根据UART_recv.state的状态判断该数据是否为通讯管理机所需要的数据，只有当通讯管理机处于等待接收数据帧或等待接收命令帧时接收到的数据才可能是所需数据，否则接收到的数据均为垃圾数据(这些数据应该是PLC控制系统与AC-DC整流模块之间的通讯数据)。若接收数据为通讯管理机所需要的数据则将该数据累计存放在UART_recv.data[]缓冲区内，在判断数据帧接收完成或命令帧接收完成的条件下将UART_recv.state的状态置为接收数据帧待处理状态或接收命令帧待处理状态，以待在后续中进行数据分析。
在每次的中断服务中当UART_recv.state的状态为Busy或Over时总是将其置为Free状态，这样是为下一次中断服务而设的。当UART_recv.state连续60ms在Free状态下时，认为此时COM1通讯总线闲置，UART_recv.state处于就绪状态，通讯管理机可通过COM3口向COM1通讯总线发送数据请求帧，此后UART_recv.state处于等待接收数据帧状态，在下一次的中断服务中若接收到有效数据则可将其保存在UART_recv.data[]缓冲区内。若发送请求数据帧后长时间没有返回数据数据帧，则UART_recv.state可能长时间处于等待状态，为防止无限期等待通信管理机设置了超时计数器，当UART_recv.state处于数据等待、数据待处理等条件下起动超时计数器，若连续3秒钟没有有效数据则程序自动进入Over状态。当有来自上位机(COM4)的操控命令时，通信管理机将UART_recv.ReqWrite标识置位，并将操控命令转换为PLC控制系统所能识别的格式，定时器0中断服务中扫描到UART_recv.ReqWrite标识置位则立刻将命令帧发送到PLC控制系统，且发送命令帧优先级高于发送数据帧优先级，这样可以保证直流屏系统动作的快速性。
每次定时中断中，通信管理机读取拨码开关SP1和SP2的状态，并与上次状态进行比较，当两者状态不相同时，表明使用者重新设置了拨码开关，此时根据用户设置，重新设置了通讯地址或波特率。通讯管理机在刚上电初始化时也读取一次拨码开关，对此时的通讯地址和波特率作为默认值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求书，而本发明的技术思想可广泛地被用于其它类似的系统上，因此凡是在未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修改，均应包含在权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，包括AC-DC整流模块、PLC控制模块、触摸屏模块和上位机，其特征在于，所述装置还包括一个通讯管理机模块：
所述PLC控制模块具有两个通讯串口，分别为串口1和串口2，其中串口1与AC-DC整流模块连接通讯，串口2与触摸屏模块连接通讯；
所述通讯管理机具有两个通讯串口，分别为串口3和串口4，其中串口3与PLC控制模块的串口1连接通讯，串口4与上位机连接通讯，且与上位机的通讯采用标准的通讯协议；
通讯管理机模块通过串口3从PLC控制模块获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机模块的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过串口4将对应的数据信息发送给上位机；
通信管理机读取拨码开关SP1和SP2的状态，并与上次状态进行比较，当两者状态不相同时，重新设置通讯地址或波特率。
2.根据权利要求1所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，其特征在于，通讯管理机定时中断并在中断中读取串口3数据缓冲区，根据串口3数据缓冲区是否为空来判断串口1通讯总线是否闲置。
3.根据权利要求2所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，其特征在于，通讯管理机在中断中根据串口3的状态来设置UART_recv.state状态位的状态，UART_recv.state的状态主要有：Busy、Free、就绪、等待接收数据帧、等待接收命令帧、接收数据帧待处理、接收命令帧待处理、Over，并根据UART_recv.state的状态做相应的处理。
4.根据权利要求2所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，其特征在于，在读数据使能情况下，串口3接收到数据时，只有当通讯管理机处于等待接收数据帧或等待接收命令帧时接收到的数据才可能是所需数据，否则接收到的数据均为垃圾数据。
5.根据权利要求4所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，其特征在于，若接收数据为通讯管理机所需要的数据则将该数据累计存放在UART_recv.data缓冲区内，在判断数据接收完成的条件下将UART_recv.state的状态置为接收数据帧待处理状态或接收命令帧待处理状态。
6.根据权利要求3所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的装置，其特征在于，当UART_recv.state处于数据等待、数据待处理等条件下起动超时计数器，若连续3秒钟没有有效数据则程序自动进入Over状态。
7.一种根据制造权利要求1所述的基于通讯管理机实现直流屏与上位机通信的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
所述PLC控制模块与AC-DC整流模块和触摸屏模块连接通讯的步骤，PLC控制模块分别通过串口1和串口2与上述AC-DC整流模块和触摸屏模块通讯；
所述通讯管理机模块与PLC控制模块的串口1和上位机连接通讯的步骤，通讯管理机模块分别通过串口3和串口4与上述PLC控制模块的串口1和上位机通讯；
数据传输步骤，通讯管理机模块通过串口3从PLC控制模块获取到需要的数据信息，并存在通讯管理机模块的数据缓冲区中，当上位机有数据请求时，通过串口4将对应的数据信息发送给上位机。
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