組態(tài)王653與51單片機

基于51單片機的智能儀表與組態(tài)王的通訊1242人閱讀|0條評論發(fā)布于：2009-8-1023:01:001、引言隨著工業(yè)自動化進(jìn)程的不斷加快，現(xiàn)場儀器、儀表、設(shè)備正不斷向數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向推進(jìn)。單片機以其強大的現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理能力，低廉的價格，緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、高度的靈活性，微小的功耗等一系列優(yōu)良特性成為構(gòu)建智能化現(xiàn)場儀器儀表、設(shè)備的重要手段，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量和控制系統(tǒng)中。組態(tài)王Kingview工控組態(tài)軟件以其工作性能穩(wěn)定可靠、人機界面友善、硬件配置方便以及編程簡單易用同時其驅(qū)動程序較為豐富，如支持DDE、板卡、OPC服務(wù)器、PLC、智能儀表、智能模塊等；支持ActiveX控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫訪問、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余功能。其擴(kuò)展性強，配有加密鎖，支持工程加密；可方便與管理計算機或控制計算機聯(lián)網(wǎng)通信等優(yōu)良特性，提供了對工業(yè)控制現(xiàn)場大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理的解決方案。在各種工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了大量使用［1-2］。將單片機和組態(tài)王優(yōu)良的特性結(jié)合起來，使它們實現(xiàn)“強強聯(lián)合”，成為改造傳統(tǒng)工業(yè)，提升企業(yè)技術(shù)競爭力的重要趨勢。目前許多測控系統(tǒng)是由通用機或工控機和底層單片機控制裝置組成，通用機或工控機通過組態(tài)軟件控制現(xiàn)場儀器設(shè)備，單片機采集數(shù)據(jù)和現(xiàn)場狀態(tài)通過串行口傳送到通用機或工控機，由組態(tài)軟件對采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲或顯示，并將命令和控制通過串行口傳到單片機以監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運轉(zhuǎn)?？煽康貙崿F(xiàn)它們之間的通訊是實現(xiàn)各種測控任務(wù)必須解決的首要問題。對于一些重要名家廠商的板卡和模塊，一般組態(tài)王可直接提供為數(shù)據(jù)采集和控制所需的底層硬件設(shè)備的驅(qū)動程序。但對于絕大多數(shù)一般用戶自行設(shè)計開發(fā)的采集、控制裝置則沒有驅(qū)動程序提供。因此實現(xiàn)它們“強強聯(lián)合”，必須解決它們之間之間的通信問題。迄今為止，人們對單片機與組態(tài)王的通信問題進(jìn)行了廣泛的研究［1-2］。目前，單片機與組態(tài)王的通訊方法有主要有3種［3］：①利用組態(tài)的驅(qū)動程序開發(fā)包進(jìn)行驅(qū)動開發(fā)自己的通訊驅(qū)動程序，該方法適用于專業(yè)廠商；②通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)方式進(jìn)行通訊，該方法帶來一些額外的開銷，如會降低系統(tǒng)實時性，增加系統(tǒng)的不可靠性等，對開發(fā)人員的要求也更高。而自己開發(fā)通訊驅(qū)動程序，有一定的難度，且增加開發(fā)周期、成本。⑧利用組態(tài)王提供的與單片機的通用通訊協(xié)議，該方法

簡單且實時性好，適用于一般用戶。本文介紹了一種采用通用單片機通訊協(xié)議，通過RS485接口實現(xiàn)組態(tài)王與基于51單片機的智能化儀器、儀表、設(shè)備的通訊方法，描述了單片機和組態(tài)王通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電路組成，采用的通訊協(xié)議。并將該方法用于熔融氧化銻液位高度的實時遠(yuǎn)程測量中。2、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)氧化銻作為一種高附加值的阻燃新材料，其生產(chǎn)工藝比較特殊，采用濕法工藝生產(chǎn)時，產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本高且污染嚴(yán)重，故很難形成產(chǎn)業(yè)化。目前，國內(nèi)氧化銻生產(chǎn)廠家主要使用火法工藝生產(chǎn)，火法生產(chǎn)工藝中一個重要的工藝參數(shù)就是熔銻的液位。熔銻的溫度高達(dá)1300度，因此市面常用的液位檢測儀無法在此惡劣環(huán)境下使用。迄今為止，氧化銻反應(yīng)爐高溫銻液的深度測量還停留在傳統(tǒng)的手工測量，即用一鐵桿浸入熔融銻液，取出后再用直尺測量浸沒的高度，人為因素干擾很大，測量精度差。為解決這一問題，我們研制了以步進(jìn)電機為驅(qū)動手段，51單片機為控制核心的智能液位測量裝置，該裝置設(shè)置了1個RS485接口，用于與上位機的通信。由RS-485通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)是工業(yè)控制及測量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一。它可以十分方便地將多種設(shè)備連在一起組成控制網(wǎng)絡(luò)。從目前解決單片機之間中長距離通信的諸多方案分析來看，RS-485總線通信模式由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當(dāng)?shù)忍攸c而被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、監(jiān)控報警等領(lǐng)域。熔銻液位測量裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖可以看出，這是一個機電一體化系統(tǒng)，由電子模塊和機械模塊兩部分組成。I rRS40511RS40511單?1298^動芯片 ?片1 If機■■ 屯分；機械部分 0 圖1液位測量裝置系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)〃電子模塊包括單片機、步進(jìn)電機驅(qū)動、步進(jìn)電機電流檢測、信號處理、RS485數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠帧，F(xiàn)場熔銻液位數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理后通過RS485接口傳送給上位機，在組態(tài)界面上實時顯示和監(jiān)控液位測量裝置的運行狀況。RS485接口電路如圖2所示。圖2單片機RS485接口電路圖中，控制處理器芯片為目前應(yīng)用最為廣泛的51系列芯片，型號為ATMEL公司的AT89S52。AT89S52與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容，是一種低功耗、高性能CMOS8位單片機，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，1000次在系統(tǒng)擦寫周期。MAX485是MAXIM公司生產(chǎn)的485接口專用芯片，將RS232信號電平轉(zhuǎn)換成RS485信號電平。MAX485是通過兩個引腳RE（2腳）和DE（3腳）來控制數(shù)據(jù)的輸入輸出。當(dāng)RE為低電平時，MAX485數(shù)據(jù)輸入有效；當(dāng)DE為高電平時，MAX485數(shù)據(jù)輸出有效。在半雙工使用中，將這兩個引腳直接連在一起，然后由單片機輸出的高低電平就可以讓MAX485在接受和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。在本電路中使用單片機的P32引腳及三極管Q2來控制MAX485的狀態(tài)轉(zhuǎn)。通常情況下，P32引腳輸出高電平經(jīng)Q2反相后，使MAX485的RE和DE為低電平而處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。為保證接口電路可靠、穩(wěn)定運行，在電路中增加微處理器監(jiān)控芯片-看門狗電路MAX706，用來監(jiān)測微處理器的運行狀態(tài)，一旦單片機失控就強行復(fù)位單片機，引導(dǎo)程序重新運行，提高系統(tǒng)抗干擾能力。3、通訊實現(xiàn)3.1計算機通訊接口本系統(tǒng)采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)。RS485采用差分傳輸方式，有效地提高了抗共模干擾的能力，其最高傳輸速率可達(dá)10Mb/S，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)1200m，支持?jǐn)?shù)據(jù)通信設(shè)備之間的多連接。RS485由于傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，已成為工控系統(tǒng)串行通信的主要選擇方式。當(dāng)采用RS485實現(xiàn)上位機與下位機串行通信時，由于上位機通常只提供RS232串行接口，因此需要使用RS232轉(zhuǎn)RS485通信接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。本測量裝置中采用自主開發(fā)的RS232轉(zhuǎn)RS485通信接口來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。硬件電路如圖3所示。圈3RS拓9轉(zhuǎn)RS4S5接口電路其中電路中使用TXD線和MAX232的另一個通道及三極管Q1來控制MAX485的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通常情況下MAX232的9腳輸出高電平經(jīng)Q1反相后，使MAX485的RE和DE為低電平而處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。3.2計算機通訊協(xié)議本系統(tǒng)中，組態(tài)王與單片機的通訊采用亞控科技公司提供的通用單片機通訊協(xié)議，該協(xié)議遵循命令/響應(yīng)的通訊方式［4］。計算機讀命令讀寫格式為:字設(shè)備標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字頭地址志地址節(jié)數(shù)異或CR單片機應(yīng)答正常讀寫格式為：字斗設(shè)備數(shù)據(jù)字地址節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)異或CR單片機應(yīng)答不止常讀寫格式為：字頭 設(shè)備地址異或CR字頭設(shè)備地址標(biāo)志數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)...異或CR單￥機應(yīng)答正常讀亍格式為\ 1k設(shè)備地址~~|異或ICR單￥機應(yīng)答不正常季寫格式為： [k 設(shè)備地址~~**~~|異或ICR3.3組態(tài)王的通訊配置上位機通信采用COM1,在組態(tài)王的工程瀏覽器中點擊設(shè)備\COM1,在右面窗口中雙擊新建，出現(xiàn)設(shè)備配置向?qū)?，設(shè)置智能模塊'單片機'通用單片機ASCII\串口，一直點擊下一步，邏輯設(shè)備命名為MCU1#，選擇COM1口，配置設(shè)備地址為01.0，組態(tài)王的設(shè)備地址定義格式：##.#，前面的兩個字符是設(shè)備地址，范圍為0-255,此地址為單片機的地址，由單片機中的程序決定；后面的一個字符是用戶設(shè)定是否打包，“0”為不打包、“1”為打包，用戶一旦在定義設(shè)備時確定了打包，組態(tài)王將處理讀下位機變量時數(shù)據(jù)打包的工作，與單片機的程序無關(guān)。接著配置COM1口通訊參數(shù)，參數(shù)為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位結(jié)束位，0位奇偶校驗位，波特率為9600bps。然后定義I/O變量，如圖4所示。圖4no變星定義3.4單片機通訊軟件設(shè)計軟件設(shè)計的第一步為編寫單片機與計算機的RS485串行通訊程序。利用串口調(diào)試助手進(jìn)行調(diào)試，能成功與計算機進(jìn)行通訊。設(shè)計的第二步為實現(xiàn)組態(tài)王與單片機的通訊。制作一根交叉串口線連接計算機的COM1與COM2，如果計算機沒有串口可以用USB轉(zhuǎn)串口代替。打開串口調(diào)試助手，打開COM2，波特率設(shè)為9600，無校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。打開組態(tài)王，運行液位監(jiān)控畫面，我們會發(fā)現(xiàn)COM2每隔固定時間收到403031413030303046303130370D數(shù)據(jù)，對照通用單片機通訊協(xié)議，這是組態(tài)王讀單片機數(shù)據(jù)命令。我們模擬單片機應(yīng)答正常讀寫格式在串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)欄填寫4030313031363430320D數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)COM2接收數(shù)據(jù)欄接收到的組態(tài)王讀命令數(shù)據(jù)間隔時間明顯縮短。并發(fā)現(xiàn)組態(tài)液位監(jiān)控畫面中液位數(shù)值發(fā)生變化，變?yōu)榇谡{(diào)試助手模擬單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗得到的結(jié)果編寫單片機應(yīng)答組態(tài)王讀命令程序，經(jīng)運行與實驗預(yù)期一致。同理編寫單片機應(yīng)答組態(tài)王寫命令也獲得了成功?！鮥xnnl]*B-4l3ttRnMD*4lHxi3aM圖5串口調(diào)試助手回面CXMssss?"K單址"**?5-KIM.4?*?l-r-nHnJIeu，nlluMRRHJT9luhwII/?"『??**■-ig#Tr5lH;]ltt:R，JT3IR]I他址,FHHnnsnMHiLKJLM坦例TrHMMjaM*疆wRMM-klRMMnM*跟暑^n-n-vtaTlSJi'aifnJZR■引也：ARn*:t引rhmr*IIW??F]I?TsKvliH-llKisl成RMIrTTnttTrllKIllwnMIfllvUHianlaMs^s■村*廈心■*?51.0wiirb宣葬K4IIR