CN108646650A - 基于ttp通信的电机监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于TTP通信的电机监控系统及方法，本发明采用TTP总线，以一片STM32控制器作为下位机系统的主节点，与多个STM32从节点进行数据交换；数据通信遵循TTP协议，STM32控制器按照协议要求对通信数据帧进行封装和解析；TTP系统通信经过TTP总线，即两路RS‑485总线完成数据交换，两路总线通过节点控制器进行选择；并且TTP下位机系统的主节点与上位机软件相连，以完成上位机的控制和电机参数的显示，本发明基于TTP的双通道冗余传输，在一路通道损坏后可以立刻切换到另一通道成功完成通信，并且按照TTP的要求各节点控制器在规定时间段发送，避免数据堆积阻塞，使得系统具有高可靠性，总线利用率得到加强。

Description

基于TTP通信的电机监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于TTP通信的电机监控系统及方法。

背景技术

目前，对于监控系统数据传输常用的是CAN总线和RS-422总线，采用单通道技术，在通道损坏的时候会导致系统整体的崩溃，可靠性较差容易出现安全隐患。而且RS-422总线的抗干扰能力差，传输距离近，不适用于电机监控系统中。所以，需要一种更安全可靠的系统来完成监控设备的通信。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TTP通信的电机监控系统及方法。

本发明提供一种基于TTP通信的电机监控系统，包括：

上位机显示控制模块，用于对采集到的数据进行显示，并发送控制指令；

下位机TTP数据传输模块，用于采集各与电机连接的传感器的数据并进行发送。

进一步的，在上述系统中，所述上位机显示控制模块的编程用LabView完成。

进一步的，在上述系统中，所述上位机显示控制模块，包括：

串口接收模块，用于接收下位机系统发送的数据；

数据解析模块，用于对采集到的数据进行解析并判断接收到数据的正确性；

信息显示模块，用于将采集到的有效数据以不同的控件模式显示在主机界面；

数据保存模块，用于将采集到的数据进行保存，作为后续分析的依据；

指令封装模块，用于将用户配置的指令按照数据传输的协议要求封装成数据帧；

串口发送模块，用于将配置好的指令数据帧发送到外部串口。

根据本发明的另一面，还提供一种基于TTP通信的电机监控方法，包括：

将STM32控制器作为完成TTP通信的控制器，TTP通信组成模块包括UART数据收发模块、定时器模块、传感器模块，各模块通过STM32控制器进行处理并实现数据通信；

对所述TTP通信所需的STM32控制器节点数、数据帧时间间隔、集群周期、控制周期的参数进行分析计算；并对STM32控制器的通信方式、数据帧格式、校验方式、MEDL的参数进行说明；

根据所述分析计算的结果和所述说明，通过所述STM32控制器的处理能力，对双通道的选择进行判断，确定各节点之间的时钟同步，以及确定数据帧的封装发送和分解控制。

进一步的，在上述方法中，所述方法还包括：

步骤11：上位机显示控制模块按操作人员的配置生成控制指令，经指令封装模块封装成数据帧；

步骤12：数据帧经串口发送模块发送到下位机TTP数据传输模块中；

步骤13：下位机TTP数据传输模块的主节点STM32控制器接收到数据帧进行解析封装后，通过双通道冗余发送给各从节点STM32控制器；

步骤14：各从节点STM32控制器接收到指令后通过计算处理对电机进行控制。

进一步的，在上述方法中，所述方法还包括：

步骤21：各从节点STM32控制器处理所述传感器模块采集到的数据并计算整合成数据帧；

步骤22：各从节点STM32控制器通过定时器模块定时，在规定时间内将所述数据帧通过所述UART数据收发模块经TTP总线发送给所述主节点STM32控制器；

步骤23：所述主节点STM32控制器将各从节点STM32控制器的数据帧整合成能与上位机显示控制模块通话的数据帧，并由UART模块发送至串口；

步骤24：所述上位机显示控制模块从串口读取数据，经数据解析模块对数据有效位进行分解；

步骤25：上位机显示控制模块将分解后的数据显示在显示面板上，完成实时监测。

与现有技术相比，本发明采用TTP总线，以一片STM32控制器作为下位机系统的主节点，与多个STM32从节点进行数据交换；数据通信遵循TTP协议，STM32控制器按照协议要求对通信数据帧进行封装和解析；TTP系统通信经过TTP总线，即两路RS-485总线完成数据交换，两路总线通过节点控制器进行选择；并且TTP下位机系统的主节点与上位机软件相连，以完成上位机的控制和电机参数的显示，本发明基于TTP的双通道冗余传输，在一路通道损坏后可以立刻切换到另一通道成功完成通信，并且按照TTP的要求各节点控制器在规定时间段发送，避免数据堆积阻塞，使得系统具有高可靠性，总线利用率得到加强。

附图说明

图1是本发明一实施例的通信协议数据帧格式图；

图2是本发明一实施例的系统控制软件流程图；

图3是本发明一实施例的硬件装置结构示意图。

图中：1-上位机显示控制模块，2-TTP主节点控制器，3-TTP总线，双RS-485通道，4-TTP从节点控制器，5-电机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种基于TTP通信的电机监控系统，包括：

上位机显示控制模块，用于对采集到的数据进行显示，并发送控制指令；

下位机TTP数据传输模块，用于采集各与电机连接的传感器的数据并进行发送。

本发明的基于TTP通信的电机监控系统一实施例中，所述上位机显示控制模块的编程用LabView完成。

本发明的基于TTP通信的电机监控系统一实施例中，所述上位机显示控制模块，包括：

串口接收模块，用于接收下位机系统发送的数据；

数据解析模块，用于对采集到的数据进行解析并判断接收到数据的正确性；

信息显示模块，用于将采集到的有效数据以不同的控件模式显示在主机界面；

数据保存模块，用于将采集到的数据进行保存，作为后续分析的依据；

指令封装模块，用于将用户配置的指令按照数据传输的协议要求封装成数据帧；

串口发送模块，用于将配置好的指令数据帧发送到外部串口。

本发明还提供一种基于TTP通信的电机监控方法，所述方法包括：

步骤1)：基于TTP通信的电机监控系统的结构设计：

将STM32控制器作为完成TTP通信的控制器，TTP通信组成模块包括UART数据收发模块、定时器模块、传感器模块，各模块通过STM32控制器进行处理并实现数据通信；

步骤2)：基于TTP通信的电机监控系统的控制器参数设计：

对所述TTP通信所需的STM32控制器节点数、数据帧时间间隔、集群周期、控制周期等参数进行分析计算；并对STM32控制器的通信方式、数据帧格式、校验方式、MEDL(MessageDescription List，消息描述列表)等参数进行说明；

步骤3)：基于TTP通信的电机监控系统的软件设计：

根据所述分析计算的结果和所述说明，通过所述STM32控制器的处理能力，对双通道的选择进行判断，确定各节点之间的时钟同步，以及确定数据帧的封装发送和分解控制。

本发明的基于TTP通信的电机监控方法一实施例中，所述方法还包括控制功能实现，包括：

步骤11：上位机显示控制模块按操作人员的配置生成控制指令，经指令封装模块封装成数据帧；

步骤12：数据帧经串口发送模块发送到下位机TTP数据传输模块中；

步骤13：下位机TTP数据传输模块的主节点STM32控制器接收到数据帧进行解析封装后，通过双通道冗余发送给各从节点STM32控制器；

步骤14：各从节点STM32控制器接收到指令后通过计算处理对电机进行控制。

本发明的基于TTP通信的电机监控系统一实施例中，所述方法还包括在显示功能实现，包括：

步骤21：各从节点STM32控制器处理所述传感器模块采集到的数据并计算整合成数据帧；

步骤22：各从节点STM32控制器通过定时器模块定时，在规定时间内将所述数据帧通过所述UART数据收发模块经TTP总线发送给所述主节点STM32控制器；

步骤23：所述主节点STM32控制器将各从节点STM32控制器的数据帧整合成能与上位机显示控制模块通话的数据帧，并由UART模块发送至串口；

步骤24：所述上位机显示控制模块从串口读取数据，经数据解析模块对数据有效位进行分解；

步骤25：上位机显示控制模块将分解后的数据显示在显示面板上，完成实时监测。

具体的，本发明可以包括一台PC，USB转串口转换板，4个STM32控制器节点，3台电机和各种传感器装置；其中PC与一个STM32控制器节点通过USB转串口转换板相连接；剩下3个STM32控制器节点与各自电机和传感器装置相连接；并且4个STM32控制器节点之间通过TTP双通道RS-485总线相连接。

本发明制订了合理的通信协议，保证了数据传输的准确性；

本发明所述的一种基于TTP可靠通信的电机监控系统，采用TTP通信，定义了MEDL列表，对系统中各控制器节点进行时间划分使得节点只能够在所分得的时间槽内工作，防止通信数据堆积阻塞提高了系统通信效率；

本发明使用双通道总线，数据通过两条通道同时传输，在一条通道损坏时可以无缝切换到另一通道传输提高了可靠性；

本发明使用LabView作为上位机编程软件，用于对采集数据的显示以及操作指令的下达；

本发明采用TTP双通道冗余发送方法，通过STM32作为控制器传输数据，可实现数据的高可靠、高效率传输。通过上位机软件对电机工作状态进行实时监测，以防出现电机故障。

如图1所示，为本发明的TTP通信协议设计。通过帧头位来判断一帧数据的起始位置；帧ID用于确定当前数据帧在整个集群周期中的位置，对于本发明中4控制器节点的TTP系统，各节点都有与其相对应的唯一ID号；帧计数用于对发送数据帧进行计数；有效数据指实际传输数据；校验位用以对数据传输的正确性进行判断。通信过程中，收发双方按照通信协议的规定完成数据交换。

如图2所示，为本发明的TTP通信时序MEDL列表的设计，MEDL是一个规定好的总线调度表，定义了集群节点、通信时间槽和TDMA周期的安排，以及各节点间的传输时延等。本发明中一共有4个STM32控制器节点，集群节点数n＝4；每10ms对电机参数进行一次采集，即数据的通信周期Δt_TDMA＝10ms；对于四节点的TTP系统，设置每个节点的时间槽宽度一致为；以主节点发送数据帧作为TDMA周期中第一时隙，从0ms开始，之后依次节点2到节点4分别在每个TDMA周期的第2.5ms，5.0ms，7.5ms开始进行通信任务。

TTP下位机系统采用双通道总线型拓扑结构，对于两路通道在一路通道有所损坏后可以切换到另一通道继续工作。从节点同时接收两路通道的数据，并按照如表1所示算法对两路通道选择，Flag置1表示从节点接收到了有效数据并经过校验位无错误，反之置0表示未接收到有效数据或数据有错误。其中Flag_0和Flag_1分别表示通道0和通道1的数据接收情况，当两路通道都有正确数据传输时，优先选择通道0作为后续发送通道。

表1冗余接收管理

如图3所示，为本发明基于TTP的电机系统工作的上位机部分流程图，控制指令发送模块、接收模块、数据显示模块、数据保存模块通过生产者-消费者循环完成并行执行，各模块之间不存在干扰。

如图4所示，为本发明基于TTP的电机系统工作的具体流程，完成电机控制和实时参数显示的过程。下面结合图4对电机控制和电机参数监测步骤进行详细描述：

电机控制：

在步骤101中，上位机软件按照通信协议要求将来自操作人员配置的控制参数封装成具有帧头、功能码、帧计数、有效数据位和校验位的数据帧；

在步骤102中，上位机通过LabView软件的“VISA”函数将配置好的数据帧发送到串口；

在步骤103中，STM32控制器主节点接收到来自上位机的数据帧，并按照通信协议将其分解后再封装成TTP系统中各控制器节点能识别的TTP数据帧，之后发送到双通道总线上。

在步骤104中，从节点控制器接收到双通道总线上的数据帧后进行双通道判断，并对数据帧进行解析分解使其变成多个控制参数；

在步骤105中，从节点控制器将控制参数转换为控制信号，之后控制驱动电路驱动电机运转。

电机参数显示：

在步骤201中，从节点控制器对电机参数进行采集，并将采集到的数据按照通信协议封装成具有帧头、帧ID、有效数据位、校验位的TTP数据帧；

在步骤202中，从节点控制器按照TTP的MEDL设置，在各自设定的时间槽内通过UART将TTP数据帧发送到TTP总线上；

在步骤203中，主节点控制器在一个TDMA周期内，接收到各从节点控制器的TTP数据帧，将所有数据进行整合封装成一个与上位机通信的数据帧；

在步骤204中，主节点控制器将封装好的数据帧发送给上位机串口；

在步骤205中，上位机接收到来自TTP下位机系统的数据帧，经校验位确定数据无误后进行数据帧解析，分解成多个有效数据参数赋值给各显示控件，可以在显示面板实时观测到。

如图5中所示电机监控系统的结构框图，本发明由上位机显示控制模块1，TTP主节点控制器2，TTP双通道总线3(双RS-485通道)，多个TTP从节点控制器4，多个电机5组成。PC中的上位机软件用于产生由操作人员配置的控制指令，以及对来自TTP下位机系统的电机参数进行实时显示；STM32作为TTP系统主节点向上与上位机进行数据交换，向下与TTP从节点完成数据通信；TTP双通道总线保证了数据传输的可靠性，在一侧通道损坏后可以继续安全无干扰的完成正常通信；从节点STM32控制器，作用是进行数据采集以及电机驱动，并根据TDMA设置要求对从节点发送时间设置，使得各节点在各自时间槽内才工作，防止了数据堆积阻塞。

综上所述，本发明可以对电机工作时的参数进行实时测量，采用TTP总线，以一片STM32控制器作为下位机系统的主节点，与多个STM32从节点进行数据交换；数据通信遵循TTP协议，STM32控制器按照协议要求对通信数据帧进行封装和解析；TTP系统通信经过TTP总线，即两路RS-485总线完成数据交换，两路总线通过节点控制器进行选择；并且TTP下位机系统的主节点与上位机软件相连，以完成上位机的控制和电机参数的显示，本发明基于TTP的双通道冗余传输，在一路通道损坏后可以立刻切换到另一通道成功完成通信，并且按照TTP的要求各节点控制器在规定时间段发送，避免数据堆积阻塞，使得系统具有高可靠性，总线利用率得到加强。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于TTP通信的电机监控系统，其特征在于，包括：

上位机显示控制模块，用于对采集到的数据进行显示，并发送控制指令；

下位机TTP数据传输模块，用于采集各与电机连接的传感器的数据并进行发送。

2.如权利要求1所述的基于TTP通信的电机监控系统，其特征在于，所述上位机显示控制模块的编程用LabView完成。

3.如权利要求2所述的基于TTP通信的电机监控系统，其特征在于，所述上位机显示控制模块，包括：

串口接收模块，用于接收下位机系统发送的数据；

数据解析模块，用于对采集到的数据进行解析并判断接收到数据的正确性；

信息显示模块，用于将采集到的有效数据以不同的控件模式显示在主机界面；

数据保存模块，用于将采集到的数据进行保存，作为后续分析的依据；

指令封装模块，用于将用户配置的指令按照数据传输的协议要求封装成数据帧；

串口发送模块，用于将配置好的指令数据帧发送到外部串口。

4.一种基于TTP通信的电机监控方法，其特征在于，包括：

将STM32控制器作为完成TTP通信的控制器，TTP通信组成模块包括UART数据收发模块、定时器模块、传感器模块，各模块通过STM32控制器进行处理并实现数据通信；

对所述TTP通信所需的STM32控制器节点数、数据帧时间间隔、集群周期、控制周期的参数进行分析计算；并对STM32控制器的通信方式、数据帧格式、校验方式、MEDL的参数进行说明；

根据所述分析计算的结果和所述说明，通过所述STM32控制器的处理能力，对双通道的选择进行判断，确定各节点之间的时钟同步，以及确定数据帧的封装发送和分解控制。

5.如权利要求4所述的基于TTP通信的电机监控方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤11：上位机显示控制模块按操作人员的配置生成控制指令，经指令封装模块封装成数据帧；

步骤12：数据帧经串口发送模块发送到下位机TTP数据传输模块中；

步骤13：下位机TTP数据传输模块的主节点STM32控制器接收到数据帧进行解析封装后，通过双通道冗余发送给各从节点STM32控制器；

步骤14：各从节点STM32控制器接收到指令后通过计算处理对电机进行控制。

6.如权利要求5所述的基于TTP通信的电机监控方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤21：各从节点STM32控制器处理所述传感器模块采集到的数据并计算整合成数据帧；

步骤22：各从节点STM32控制器通过定时器模块定时，在规定时间内将所述数据帧通过所述UART数据收发模块经TTP总线发送给所述主节点STM32控制器；

步骤23：所述主节点STM32控制器将各从节点STM32控制器的数据帧整合成能与上位机显示控制模块通话的数据帧，并由UART模块发送至串口；

步骤24：所述上位机显示控制模块从串口读取数据，经数据解析模块对数据有效位进行分解；

步骤25：上位机显示控制模块将分解后的数据显示在显示面板上，完成实时监测。