CN112131170A - 一种基于rs485串口通信的拧紧机可视化方法及系统 - Google Patents

一种基于rs485串口通信的拧紧机可视化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法及系统，包括：发送心跳帧建立与主控终端的通信通道；接收由主控终端发送的拧紧数据帧，所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一帧结构，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二帧结构；根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化。对拧紧数据分类且划分优先级，组帧时根据拧紧机对应的从站数量，将从站轴号封装至数据帧中，发送时采用不同的应答机制，解帧时采用不同线程解帧，即能够区分数据帧的来源，由避免多帧数据堵塞问题。

Description

一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法及系统
技术领域
本发明涉及串口通信技术领域，特别是涉及一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
串行通讯是一种在工控领域经济、有效的传输方法，RS485作为一种通信平台，具有经济、高噪声抑制、高传输速率、传输距离远、宽共模范围等优点，工业PC一般均带有串口，可通过RS485与下位系统进行通讯，但是RS485是单工通讯，同时间内只能接收或发送，一般采用应答机制进行数据交互，通信双方定义交互内容依次发送或接收。
电动拧紧设备应用于机械结构中的螺栓拧紧，拧紧控制设备的实时性要求较高时，需制定通讯机制确保数据快速收发处理，而发明人发现，目前大扭矩拧紧设备的控制器可视化功能一般采用工控机，不仅成本较高，而且由于拧紧设备在不同的应用场合的从站数量不固定，因此不同从站数量的拧紧机系统的产生的数据以及数据长度均不同，在显示终端无法有效区分不同从站的数据；且，由于存在产生的实时工作数据长度较长，单次发送时间较长，容易造成数据传输堵塞或数据堆栈问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法及系统，对拧紧数据分类且划分优先级，组帧时根据拧紧机对应的从站数量，将从站轴号封装至数据帧中，发送时采用不同的应答机制，解帧时采用不同线程解帧，即能够区分数据帧的来源，由避免多帧数据堵塞问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，应用于通过RS485串口与主控终端连接的显示终端，包括：
发送心跳帧建立与主控终端的通信通道；
接收由主控终端发送的拧紧数据帧，所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧；
根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化。
第二方面，本发明提供一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，应用于通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，包括：
接收心跳帧建立与显示终端的通信通道；
发送拧紧数据帧至显示终端，以使显示终端根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化；
所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧。
第三方面，本发明提供一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化系统，包括显示终端和通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，所述显示终端和主控终端采用第一方面和/或第二方面所述的方法进行通信，以完成拧紧数据的可视化。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明基于RS485通讯方法将传输的拧紧数据进行代码映射，由显示终端和主控终端进行代码解析，提高通讯过程的保密性。
本发明对拧紧数据类型安装功能进行分类，且划分优先级，不同类型采用不同的应答机制，不同优先级数据采用不同线程解帧，优先级分类及多线程操作方法避免因为RS485单工通讯特性导致多帧数据堵塞，导致反应慢或者数据丢失现场发生。
本发明通过重要数据应答式通讯协议，对未应答数据增加重发机制，确保数据的完整。
本发明对数据进行应答式收发，由于数据处理实时性要求不同，所有的数据设定的应答方式不同，不会同时收发，避免造成数据堆栈。
本发明在对拧紧数据组帧时，根据拧紧机对应的从站数量，将从站轴号封装至数据帧中，以便区分数据帧的来源。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法流程图；
图2为本发明实施例1提供的数据帧结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的基于RS485串口通信方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于RS485串口通信的通信数据帧处理方法，通过显示终端与主控终端间对数据的收发，以实现拧紧机数据的可视化，以显示终端为主，以主控终端为从，发送数据帧为显示终端发送至主控终端，接收数据帧为主控终端发送至显示终端，显示终端可通过任何一种兼容RS485通讯的图形界面操作系统将封装得到的通讯帧数据进行接收解析，并发送对应通讯帧。具体包括：
显示终端发送心跳帧建立与主控终端的通信通道；
显示终端接收由主控终端发送的拧紧数据帧，所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧；
根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化。
本实施例对拧紧机系统的显示终端和主控终端的通信数据进行组帧、解帧以及应答，根据数据功能对通信数据采用特征码组帧以及划分优先级，对每一种数据帧发送后，均获取相应的应答帧，根据优先级顺序依次处理数据帧，以保证正常通信。
在本实施例中，对通信数据根据功能划分为4种通信帧，包括心跳帧、参数设置数据帧、第一拧紧数据帧和第二拧紧数据帧；
本实施例中由十六进制数0x03-0xFF组成数据帧每一位，并根据不同的功能码设置不同的长度，通过解帧数据中的帧头、地址、帧尾判定整条数据是否完整，通过功能码解析功能码与帧尾之间的数据，验证整条数据是否正确；
如图2所示，基本的帧结构形式为帧头1+地址2+功能3+数据4+帧尾5+校验6，串行数据帧按照实际需求可以调节帧头域、帧尾域、数据域、校验域以及常用的几部分内容，实际应用也可以只保留数据域，但考虑到为保证串口协议帧完整性，需要对需要传输的数据进行自定义帧格式。
其中，第一种数据帧格式为心跳帧，所述的心跳帧作为检测显示终端和主控终端通讯状态的握手信号，不包含数据域，由显示终端发起通讯后发送第一次心跳帧，主控终端获取数据，经检验正确后返回应答帧，由显示终端接收返回的应答帧后，通信通道建立，继续发送心跳帧或其他数据帧；应答帧作为接收数据后下发的返回帧数据，结构和处理过程与心跳帧相同；
心跳帧的帧结构由帧头1+地址2+功能3+帧尾5+校验6组成，帧头1、地址2、帧尾5采用ASCII码表中对应的特殊字符的16进制数表示，本实施例中，帧头1为0x23，地址为0x03，帧尾为0x24，代表了特殊字符，该种数据不会出现在数据域中，因此可以避免错误识别缓存区内连续多帧数据，将上一帧后半部分和后面一帧合并为错误的完整一帧数据。
第二种为参数设置数据帧，显示终端作为参数设置的接口，将设置数据发送给主控终端，将设置的功能数据按照类型划分，由不同的特征码表示，不同的功能设置参数对应的数据长度也不同；
该类帧结构由帧头1+地址2+功能3+数据(Data1-Datan)7+帧尾5+校验6组成，将设置的参数转换为16进制字符数组写入连续的数据域中，加上基本帧结构形式定义的其它帧字节组成完整的帧数据发送至主控终端；
参数设置数据帧的数据7根据功能3特征码的不同，可以设置不同的长度，方便用于将当前设置转换成的数组组成完整的数据帧，例如功能码3为0x0D时，对应的数据7为0x41、0x42、0x43、0x44共4个字节，功能码3为0x0C时，对应的数据7为0x41、0x42、0x43、0x44、0x41、0x42、0x43、0x44共8个字节。
第三种为第一拧紧数据帧，本实施例为单轴或多轴设备实时拧紧数据，包含拧紧扭矩、角度等，因为不同的拧紧机系统连接的轴数不完全相同，因此本实施例增加轴编号区分每根轴各自产生的数据，该类帧结构由帧头1+地址2+功能3+轴号8+数据9+帧尾5+校验6组成；
当拧紧机系统包含多个从站时，每个从站都会产生一组数据9，显示终端接收数据时需要区分每一组数据对应哪一个从站，故通过参数设置数据帧获取轴号，即通过显示终端设置轴数并编号后发送至主控终端，在主控终端中与当前整个拧紧机系统中每根轴对应，当每根轴产生数据时，所有数据通过主控终端自动增加对应的轴编号，然后进行组帧并上传至显示终端。
第四种为第二拧紧数据帧，本实施例为曲线数据帧，其特征为数据域较长，单次处理该数据时间较长，故需要将该数据拆成多帧进行发送，显示终端解析获取到该功能码后，按照优先级优先处理其它数据帧，通过其他线程处理该曲线数据帧，以免影响其他数据帧类型处理进度；
该类帧结构由帧头1+地址2+功能3+轴号10+帧数11+帧号12+数据13+帧尾5+校验6组成，限定数据13的长度，按照限定场景拆分并计算拆分的总帧数11，与从站轴号10一起组帧。
显示终端发送心跳帧、参数设置数据帧时，主控终端需返回应答帧，应答帧结构与心跳帧相同，功能域与第一种、第二种、第三种发送数据帧对应的功能域值相同，显示终端发送完第一种、第二种数据帧后，需要对接收的应答帧数据进行解析，解析其功能域值，若应答帧数据的功能域值与发送时功能域值相同，则完成本次发送接收应答；若没有接收到对应功能域值的应答帧数据，则重复发送第一种、第二种数据帧类型数据，直至接收到对应功能应答帧；参数设置数据帧发送时，自动结束心跳帧每两秒发送一次，发送完成后再次启用心跳帧收发。
显示终端接收主控终端发送的第三种数据类型后，下发应答帧，如主控终端发送第三种数据类型后，未接收到显示终端下发的应答帧，主控终端重复发送第三种数据类型数据，直至接收到对应功能应答帧；
以显示终端发送参数设置数据帧为例：0x23 0x03 0x04 0x00 0x00 0x00 0x000x24 0x71 0x7F；其中，第一个字节0x23为帧头1，第二个字节0x03为地址2，第三个地址0x04为功能3，倒数第3个字节0x24为帧尾5，最后两个字节为校验6，0x04与0x24之间为数据7；
主控终端缓存区解析该数据帧时，扫描到前两个字节后，判断第三个字节功能码是否在预设的列表中，计算0x23至0x24之间所有数据的校验值与最后两位对比，校验值正确后，将0x04与0x24之前的所有数据进行处理，即得到显示终端发送的设定值；
主控终端发送给显示终端的应答帧为：x23 0x03 0x04 0x24 0x71 0x7F；其中，第一个字节0x23为帧头1，第二个字节0x03为地址2，第三个地址0x04为功能3，倒数第3个字节0x24为帧尾5，最后两个字节为校验6；如显示终端发送后未接到主控终端的应答帧，则继续发送。
本实施例对数据的收发进行应答式收发，由于数据处理实时性要求不同，功能码不同，所以所有数据设定的应答方式不同，不会同时收发，避免造成数据堆栈；且对重要程度高的数据设定应答式发送，对于重要程度低的较长数据不进行应答，只由主控终端发送到显示终端。
在本实施例中，根据上述数据帧类型的不同，设置优先级，采用3个线程设定不同的应答方式，进行解帧处理，完成数据收发；
其中，主线程用于获取参数设置状态、解析功能码、判断优先级顺序并发送参数设置数据帧；
第一个线程用于自动接收主控终端发送给显示终端的数据，并根据三级优先级顺序，将不同的数据帧存入不同的缓存区中，根据特征码对应的优先级从高到低循环处理接收数据；
在第二个线程内，处理优先级最低的较长数据。
在显示终端中构建3重缓存区机制，第一缓存区为RAM中数据接收区，通过软件自带类库写入；第二、第三缓存区为软件在RAM中单独开辟的区域，用于中转第二优先级以及第三优先级的数据，通过确保优先级最高的数据最快处理；
在显示终端无任何操作时，不会产生参数设置数据帧，此时将心跳帧互发接收的响应帧通过第二个线程实时接收主控终端在任意时间点发送的数据帧自动存入缓存区中。
在本实施例中，采用四种帧结构和三级缓存区将优先级不同的各类型数据进行划分，第一缓存区为串口接收数据区域，通过判断缓存区数据长度及各帧数据特征码，在处理优先级最高数据的同时，将次优先级数据转入第二缓存区，将曲线数据转存入第三缓存区，优先处理完第一、第二缓存区数据后处理第三缓存区数据。
在本实施例中，对4种数据帧结构划分优先级包括：优先级从高到低以此是，参数设置数据帧、第一拧紧数据帧、第二拧紧数据帧、心跳帧或第一拧紧数据帧、第二拧紧数据帧、参数设置数据帧、心跳帧；
显示终端发送的第二种参数设置数据帧的优先级根据主控终端是否发生拧紧工作而发生变更，在拧紧机系统工作时，配置功能下发的数据不会立即生效，故第二种参数设置数据帧优先级降到第三，否则优先级为第一。
如图3所示，本实施例提供的适用于拧紧机系统，根据从站数不同，变更通讯帧数据的组帧、解帧的数据处理方法及拧紧机系统的显示终端和主控终端的通信应答方法包括：
S101：上电初始化RS485串口，显示终端和主控终端对串口进行初始化操作；
S102：RS485串口连接，由显示终端为主发起通信连接；
S103：由显示终端判断主控终端是否可以连接成功，如果不成功返回S102继续等待连接，否则执行S104；
S104：心跳帧握手，硬件连接成功后，由显示终端发起心跳帧进行第一次握手，通过周期心跳信号代替硬件通讯状态；
S105：心跳帧握手后，判断第一缓存区内数据，第一缓存区内数据为心跳帧的返回应答帧数据；
S106：第一次握手信号后，进入主循环，通过主控终端反馈是否在工作状态中，若是，显示终端发送的参数设置数据帧的优先级降到第三，进入步骤S108；若不是，则将其优先级设置为最高，进入步骤S107；
S107：根据功能需要按照规定的帧格式组帧，并发送给主控终端，然后进入第一缓存区接收新数据；
S108：分析第一缓存区内数据，并将数据进行解帧，判定长度和特征码，此时第一缓存区内至少存在心跳数据，如果为空则返回S102；
S109：对数据判定长度后，此时第一缓存区内如果只存在心跳帧数据，则判断长度是否等于6，若长度等于6，跳转到S116继续发送心跳数据；
S110：若长度不等于6，则说明第一缓存区有新的数据产生，则进入S111进行判断；
S111：判断第一缓存区内数据是否是PRIO1(优先级最高)的数据类型，如果是，则进入S112，否则执行S121；
S112：若该数据为主控终端安全和性能的一级报警数据，进行数据解帧，进入S113；
S113：若该数据为实时拧紧数据，包含拧紧扭矩、角度，进行数据解帧，完成第一缓存区的数据处理。
S121：将第一缓存区内非PRIO1数据存入第二缓存区，由第二线程处理；
S123：判断第二缓存区内的数据是否是PRIO2(优先级次高)的数据类型，如果是则进行数据解帧，否则执行S120；
S120：将优先级最低的数据存入第三缓存区；判断第三缓存区内数据是否是PRIO3(优先级最低)的数据类型，如果不是则抛弃该数据，否则跳转到S126。
S126：接收并储存PRIO3数据，储存之前发送心跳数据表示接收完成，继续执行循环，同时由线程2处理存储的PRIO3数据，避免因数据量较大处理时间过长导致主控终端中断下发心跳信号。
在更多实施例中，还提供：
一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，应用于通过RS485串口与主控终端连接的显示终端，包括：
发送心跳帧建立与主控终端的通信通道；
接收由主控终端发送的拧紧数据帧，所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧；
根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化。
一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，应用于通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，包括：
接收心跳帧建立与显示终端的通信通道；
发送拧紧数据帧至显示终端，以使显示终端根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解析以完成可视化；
所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧。
一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化系统，包括显示终端和通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，所述显示终端和主控终端采用实施例1所述的方法进行通信，以完成拧紧机数据的可视化。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，应用于通过RS485串口与主控终端连接的显示终端，包括：
发送心跳帧建立与主控终端的通信通道；
接收由主控终端发送的拧紧数据帧，所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧；
根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化。
2.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述心跳帧结构包括帧头域、地址域、功能域、帧尾域和校验域，所述显示终端接收由主控终端发送的心跳帧对应的应答帧，根据对应答帧功能域与心跳帧功能域的验证结果，建立通信通道。
3.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述显示终端将参数设置数据组帧为参数设置数据帧发送至主控终端，根据拧紧机的工作状态调整参数设置数据帧的优先级。
4.如权利要求3所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述优先级从高到低设置为：参数设置数据帧、第一拧紧数据帧、第二拧紧数据帧、心跳帧或第一拧紧数据帧、第二拧紧数据帧、参数设置数据帧、心跳帧。
5.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述第一拧紧数据帧结构包括帧头域、地址域、功能域、轴号域、数据域、帧尾域和校验域；所述第二拧紧数据帧结构由帧头域、地址域、功能域、轴号域、帧数域、帧号域、数据域、帧尾域和校验域。
6.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述组帧包括根据功能域的不同设定不同的应答方式与不同的数据帧长度。
7.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，采用十六进制数进行组帧，通过对帧头域、地址域、帧尾域的解帧判断数据帧完整性，通过功能域解析功能域与帧尾域间的数据域验证数据帧的正确性。
8.如权利要求1所述的一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，所述线程包括主线程、第一线程和第二线程，所述主线程用于获取参数设置状态、解析功能域、判断优先级顺序并发送参数设置数据帧；
所述第一线程用于优先级顺序将数据帧存入不同的缓存区中；
所述第二线程用于处理优先级最低的数据帧。
9.一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化方法，其特征在于，应用于通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，包括：
接收心跳帧建立与显示终端的通信通道；
发送拧紧数据帧至显示终端，以使显示终端根据拧紧数据帧的优先级采用不同的线程进行解帧以完成可视化；
所述拧紧数据帧为根据优先级对待显示拧紧数据分类后进行组帧得到，所述组帧包括根据拧紧机的从站轴号对第一级数据组帧得到第一拧紧数据帧，根据对第二级数据拆分后的帧数、帧号和从站轴号组帧得到第二拧紧数据帧。
10.一种基于RS485串口通信的拧紧机可视化系统，其特征在于，包括显示终端和通过RS485串口与显示终端连接的主控终端，所述显示终端和主控终端采用权利要求1-8任一项所述的方法和/或权利要求9所述的方法进行通信，以完成拧紧数据的可视化。
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