照明監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計(jì)

李瑋

【摘要】本文采用ADAM-4000系列的I/O模塊和PC機(jī)構(gòu)成RS-485網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)相關(guān)的通信功能，必需要完成對(duì)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。Modbus是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中常用的一種通信協(xié)議。本系統(tǒng)以此為基礎(chǔ)進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】串口通信；傳輸協(xié)議；照明監(jiān)控

引言

本監(jiān)控系統(tǒng)采用的RS-485總線，對(duì)校園照明過(guò)程集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制。通信過(guò)程是通過(guò)RS-485總線和面向字符型的通信協(xié)議進(jìn)行連接。串行通信接口是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)常用的一種串口通信方式，它是一種標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展接口，串行接口一般包含RS-232/RS-422/RS-485。它的概念較為簡(jiǎn)單：即按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)，常用的串口用于ASCII碼字符傳輸，距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200m。由于串口通信采用異步方式，所以端口在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，還可以在另一根線上接收數(shù)據(jù)。

一、照明監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用研華公司開(kāi)發(fā)的ADAM-4000系列的I/O模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)通信功能。首先使用ADAM-4520模塊實(shí)現(xiàn)RS-232到RS-485通信的轉(zhuǎn)換，再構(gòu)建一個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)，使通信距離從15米延伸為1200米，網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋整個(gè)監(jiān)控范圍。除此外還將使用ADAM-4017和ADAM-4050，分別實(shí)現(xiàn)模擬量輸入和數(shù)字量輸出功能。系統(tǒng)構(gòu)成如題1所示。

硬件功能的具體要求如下：

定時(shí)讀取電流值和電壓值：本系統(tǒng)使用ADAM-4017實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓值，要求以間隔2s的方式讀取電流和電壓的測(cè)量值。

電壓報(bào)警測(cè)量功能：本系統(tǒng)使用ADAM-4017實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓值的同時(shí)也監(jiān)控電壓值是否有異常?？刂齐妷旱淖兓ㄟ^(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為0V～+5V的電壓信號(hào)送入模擬通道0通道，當(dāng)檢測(cè)電壓小于程序設(shè)定的下限值，計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)，使得監(jiān)控值有藍(lán)色變?yōu)榧t色，即電壓下限報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)電壓大于計(jì)算機(jī)設(shè)定的上限值，輸出控制信號(hào)，使得監(jiān)控值有藍(lán)色變?yōu)榧t色，即電壓上限報(bào)警。

開(kāi)關(guān)量輸入輸出功能：使用ADAM-4050進(jìn)行數(shù)字量的輸出控制。主要是控制燈組的開(kāi)關(guān)燈情況。輸出線路中主要用于控制繼電器開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，當(dāng)輸出為1時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，燈組打開(kāi)；輸出為0時(shí)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，燈組關(guān)閉。

在RS-485總線上還要安裝一個(gè)智能電表，主要目的是讀取電量和電費(fèi)。

二、串行通信協(xié)議簡(jiǎn)介

常用的串口通信速率為：9600或19200或38400B/S。數(shù)據(jù)格式：1起始位，8數(shù)據(jù)位，1停止位，校驗(yàn)方式位。校驗(yàn)方式有：無(wú)校驗(yàn)、奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)。

ASCII模式的數(shù)據(jù)幀協(xié)議數(shù)據(jù)包格式如圖2所示。在消息中的兩個(gè)ASCII字符發(fā)由8Bit字節(jié)構(gòu)成并發(fā)送。消息中字的最大發(fā)送時(shí)間間隔可以長(zhǎng)達(dá)1秒，即在相鄰字符發(fā)送間隔大于1秒后。接收設(shè)備才會(huì)認(rèn)為傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。

ASCII字符采用的代碼系統(tǒng)是十六進(jìn)制，所以消息中的任何一個(gè)ASCII字符都用一個(gè)十六進(jìn)制字符組成來(lái)表示。

起始位由一個(gè)字節(jié)構(gòu)成，使用的是“：”字符（ASCII碼表示為：3AH）。

結(jié)束符由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，使用的回車換行符結(jié)束（ASCII碼表示為：0DH，0AH）。

地址域由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，從設(shè)備地址是0…247（十進(jìn)制），其中0作為廣播地址。

功能域由兩個(gè)字節(jié)構(gòu)成，可能的代碼范圍是1…255（十進(jìn)制）。

數(shù)據(jù)域是由兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)集合構(gòu)成的，范圍00…FF。

錯(cuò)誤檢測(cè)使用LRC（縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)）方法，針對(duì)消息內(nèi)容計(jì)算得出檢測(cè)結(jié)果，字符計(jì)算中不包括起始使用的冒號(hào)符和結(jié)束位使用的回車換行符。

字符在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus系列網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，如果消息需要連續(xù)傳輸，那么每個(gè)字符或字節(jié)是以從左到右即從最低有效位到最高有效位開(kāi)始傳輸?shù)摹?/p>

三、系統(tǒng)中傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)

ADAM-4050主要功能是控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)燈情況，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中每個(gè)教室都要使用一個(gè)ADAM-4050，因此對(duì)其進(jìn)行設(shè)備地址設(shè)置：0x01—0xFF。根據(jù)教室的實(shí)際情況每個(gè)教室連接4組燈組，因此使用ADAM-4050的0到3的引腳，如果為1則表示開(kāi)燈，如果是0則表示關(guān)燈。開(kāi)關(guān)燈控制協(xié)議設(shè)計(jì)如表1、表2所示。

ADAM-4017是8腳的模擬量輸出控制模塊，主要用來(lái)監(jiān)控教室中電壓電流的情況，每個(gè)教室中安裝一個(gè)ADAM-4017，其中第一引腳用來(lái)檢測(cè)電壓，其余引腳用來(lái)檢測(cè)電流，但是教室中只有4組燈組，因此只使用其中四個(gè)引腳，根據(jù)實(shí)際情況使用第二個(gè)到第五個(gè)引腳，即1～4編號(hào)的引腳。電壓檢測(cè)控制協(xié)議設(shè)計(jì)如表3所示。

電流檢測(cè)控制協(xié)議設(shè)計(jì)如表4所示。

在本系統(tǒng)中只有一個(gè)智能電表用來(lái)讀取整個(gè)校區(qū)的電費(fèi)和電量值，電表只需傳輸相應(yīng)的電量幀給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)要求計(jì)算出相應(yīng)的電費(fèi)。DLT_645-2007_多功能電能表遵循中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電能表通信協(xié)議，其協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)用如表5、表6、表7所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)串行通信技術(shù)及其傳輸協(xié)議進(jìn)行了技術(shù)介紹。確定了該照明監(jiān)控系統(tǒng)使用的通信I/O模塊和智能電表。以串口通信協(xié)議為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)中的監(jiān)控中心與通信模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。