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车载平台数据通讯系统
型号: PXF2996
车载平台数据通讯系统
摘要 !在分析 #$%&’()协议结构和特点的基础上 "着重给出了用 #$%&’()协议开发车载平台数据通讯系统的方法 "其中包括 #$%控制器的硬件接口设计和 *++模块 %对象字典 %应用程序等软件部分实现 "通过在车载平台数据通讯系统的运行 "验证了数据通讯系统的可靠性 &
在现代战争中 "随着武器装备系统的机动化 %自动化和信息化程度的不断提高 "军用车辆上的车载设备也不断增多 "其中很多设备如车载雷达 %车载光学瞄准设备 %车载武器设备等 "都需要一个稳定的水平平台作为基座 "以保证武器系统的瞄准 %跟踪和精确打击 &同时 "随着网络技术的不断发展 "车辆系统中的网络化程度也越来越高 "这就要求一个车载装置能和其它的设备进行互连 "从而有利于形成整车监控系统&目前 "在车辆中大多数设备都通过#$%总线进行连接 "但是其应用层协议的不统一给不同厂商之间的设备互连带来了困难
会员开发 &由于 #$%&’()是一种公共 %开放 %通用的协议 "而且精练透明 %容易开发 "因此在发布后不久就获得了广泛的承认 &如今已经被接受为 #$%高层协议的标准之一 &尤其在欧洲 "#$%&’()协议被认为是在基于 #$%的工业系统中占领导地位的标准 "已经应用于多种领域 "如越野车 %海上电子设备医疗设备甚至于还可应用于公共汽车和铁路 "且针对行业应用 "实现比较简洁
它很方便地挂接到总线上 "这样不仅解决了设备间的互连问题 "同时也提高了信息传输的可靠性 %实时性及装置的标准化 %开放化程度 &另一方面 "在国外 #$%&’()的应用已经非常广泛 "而在国内有关 #$%&’()的文章中多以介绍协议本身内容为主 "应用性的文章还很少 "希望借此文章给从事 #$%总线技术开发的人员提供一些有用的信息 "使我国的 #$%总线应用早日与国际接轨
协议设计的实质和核心内容
处于 DEF网络模型中物理层和数据链路层 "而 #$%&’()是基于 #$%的应用层 "因为现场总线通常只包括一个网段 "因此不需要第 G层!传输层 "和第H层!网络层 ""也不需要第 I层!会话层 "第 J层!描述层 "的作用 &正是因为有了 #$%&’()这样应用层协议的存
据进行了分类 "即每一个传输数据都是某一特定类的对象 "从而实现了面向对象的程序设计 &在 #$%&’()中每一类传输对象都有其规范化的格式 "从而实现了应用层结构上的统一 &这样无论从规范化角度 "还是从模块化程序设计角度讲 "#$%&’()协议都是一个设计比较完善的协议 &
协议的数据传输中共定义了 H类对象!通讯模式 ""分别为管理对象 !%LM"%服务数据对象 !E*D"%过程数据对象 !N*D"和特殊功能对象 &其中%LM用来传递主节点对整个网络系统的管理信息 " E*D用来传递网络系统中的配置信息 "N*D用来传递过程数据信息 !例如电压的变化值 ""特殊功能对象包
括同步对象 !"#$%&"紧急对象 ’()*+,*-./&%时间基准 !01)*2"34)5&等&各类对象传输时的帧格式
在参考文献中有详细的规定 "在这里就不详细介绍了 &在实际的工程中用户只要根据需要 "按照类的规定把要传输的数据映射到相应的对象中就可以了
为了对各类对象进行规范化和方便的管理 "在
- 9:;<5*-协议中定义了对象字典的概念 &它是一个有序的对象组 "其中定义了一个设备的所有信息 "在
- 9:;<5*-网络系统中每一个设备都要有一个唯一的对象字典 "每个设备的对象字典具有结构相同 %内容不同的特点 &通过对对象字典中的对象定义一个唯一的 6A位主索引和 B位子索引 "就可以方便地访问对象字典中的对象 & 9:;<5*-协议中定义了通用的对象字典结构 "其中规定了各种数据在对象字典中的位置区域 &在我们建立设备对象字典的时候 "主要工作应集中在定义通讯子协议区域 !6CCCD6EEE&和制造商特定子协议区域!8CCCDFEEE&部分
在整个 9:;<5*-协议中对象字典起到了连接 @GG模块 ’通讯接口 &和应用程序的作用 "我们要想把一个应用程序中的数据 ’如 HI=口的输入值 &送到9:;总线上 "我们首先要确定这个数据属于对象字典中的哪一类对象 ’例如 HI=口的输入值应为过程数据对象 &"然后把这个数据按照规定的格式写到对象字典中去 "最后用 @GG模块访问对象字典中相应的对象并把其按照相应的帧格式发送到 9:;总线上去 "从而完成了数据的传输 &
!车载平台数据通讯系统的实现
876数据通讯系统的组成
在我们的调平系统中 "平台采用 J点支撑 "由 J个 6KL%8JM的直流电机和减速器 %0型丝杠相连接 "以控制平台中 J个支点的上升或下降 &主控制器 %J个电机控制器和 N"O23<29:;通过 9:;总线相连 "水平传感器和手操器通过 P"8Q8接口和主控制器相连 "其结构如图 876所示 &其中主控制器 %电机控制器和手操器为我们自行开发的嵌入式设备 "电机控制器可以实现准确的电机位置控制 "手操器可以提供手动调平功能 &水平传感器为 9+
878系统中 9:;硬件接口设计
在主控制器和电机控制器中微处理器采用
ENXH0"N公司的 YO[CEFJQ芯片 "其本身带有内嵌
9:;控制器 "因此只需加一个 9:;总线驱动器 "就可方便地实现主控制器和 J个电机控制器之间的通信 &本系统中选用了 \9:B898FC收发控制器 "该芯片提供对总线的差动发送能力和对 9:;控制器的差动接收能力 "\9:B898FC是标准的 9:;收发器 "实验显示 "只要总线的每米电容小于 68C5]条件下 "就满足 9:;总线传送距离的标准 & 9:;总线驱动电路图略 &为了加强总线的抗干扰能力 "总线的通信介质采用带屏蔽线的双绞线
在网络系统中每一个设备都要有一个唯一的对象字典 "其中定义了各种对象的属性 ’如 H@%发送方式等&&在我们的系统中共有 F个节点 "它们以主从方式工作 ’6个主节点和 J个从节点 &"主控制器对应主节点"J个电机控制器对应 J个从节点 &为了系统扩展的方便 "我们设 J个从节点号的节点号分别为6C%66% 68%6Q"在各个节点对象字典中的对象 H@都采用预定义连接集中规定的 66位 H@"它由 J位功能代码和 ^位节点号组成
在表 8中传输类型 8FF表示异步 %事件触发传输"映射参数 C_8CCCC66C按照从左至右的顺序分别表示将对象字典中主索引为 8CCC‘"子索引为 C6‘的 6A位数值 ’6CZ映射到 \@=中去 &也就是说将保存在 8CCC‘处的位置信息映射到
在对象字典建立完成之后要生成
2-3符合规范 )*+.4,*和 )*+54,"& 256支持通过接收远程帧发送数据 & 7(6 -8个收 ’发缓冲区每个缓冲区都具有 .#比特
90和 :字节数据 "多级缓冲配置 & 2;6每个缓冲区支持标准帧和扩展帧的多种过滤
方式 & 2&6波特率可从 <,=>?@AB到 ?@AB%在我们的系统中使用规范 )*+54,*"波特率为
<5&CAB"并且为每类消息分配了一个独立的缓冲区 "这样做可以减少中断程序的处理时间 "从而提高了系统的实时性 %
0DD模块是对象字典和 )*+控制器之间的通讯接口 "它要完成的主要工作是 ! 7<6对 )*+控制器进行初始化 "其中包括波特率设置和 )*+寄存器初始化等 &
756对 )*+引发的中断的处理 "其中包括 !
<6在发送时通过访问对象字典将各种对象按照规定的帧格式发送到总线上 & 56在接收的时候把接收到的对象信息写到对象字典的相应位置中去 %
我们用两个函数 (((0DDE9F?@)*+ 73和 0DDE 9F@GHIJ@73来实现 )*+控制器的初始化和中断处理功能%由于篇幅的限制这里没有给出具体的源程序 "如有需要可与作者联系 %
.4;主控制器的应用程序流程
在系统中各个从节点被配置成节点监测状态 "主节点通过检测 ;个从节点发送的周期性心跳报文 7KGLH@>GL@3来判断各个从节点的工作状态 %
主控制器的应用程序流程为 !在系统上电后主控制器首先判断各个从控制器是否发出 "MM@NOJ消息 "如果有 "MM@NOJ消息则让各个从节点进 PJGHL@?MFLQ状态并接着判断是否有心跳报文 2KGLH@>GL@6产生以判断各节点是否成功进 PJGHL@?MFLQ状态 "否则通过指示灯报错 "然后采集水平传感器输出的R’S轴密位信息并判断是否在误差带内 "接着通过调平策略解算出 (个电机应该上移或下移的位置 2(点即可决定一个平面6"并且通过 )*+总线将位置信息传送给电机控制器"电机控制器在运动了相应的位置后向主控制器发出确认消息 "主控制器在接到确认消息后 "再次采集水平传感器输出的位置信号 "如果位置误差在误差带内则数据传输停止 "否则循环上述过程 %其流程图如图
整个平台在调平过程中达到了满意的效果 "调平的时间在 .T?F之内 "调平精度能达到 (!"这从一方面验证了通讯系统的可靠性 %为了更直观地观察数据传输过程 "我们通过运行监视程序 2!?F?TMF(.6可以在上位机上实时地显示数据传输的全过程 "这无论从系统调试方面还是从系统检验方面来讲都是很有意义的 %系统运行时的数据通讯如图 ;所示 %通过 #见 U;页)
车载设备的网络化 (标准化是组成车载监控系统的一个重要条件 "同时也是车载设备发展的一个重要方向 ’ [Dq)5:/协议作为 [Dq总线的应用层协议 "在车辆领域有着广阔的应用前景 ’本文通过把车载平台做成符合 [Dq)5:/协议的标准化装置 "从而增强了设备的可扩展性同时也提高了数据传输的可靠性 "可以满足现代化战争中军用车载设备的要求 ’
方向 !检测技术与自动化装置 (现场总线应用技术研究等 ’ hQ,7-4L;3$/=J$*$-k+-"I$B’I;/l王渝 mNfdVo"男"教授"博士生导师 ’主要研究方向 !网络化测试系统 (微机检测技术研究等 ’王向周 "男"教授 ’主要研究方向 !检测技术与自动化装置 "机械电子工程等 ’ #GAAAHG北京理工大学信息科学技术学院自动控制系)程坷飞王渝王向周
m投稿日期 LVWWcINVIdo m修稿日期 LVWWcINVINdo
#接 dV页)湿度传感器 "直接输出的是表示温度和湿度的数字信号 "不存在由模拟量到数字量转换的中间环节 "所以该系统具有稳定可靠 (测量精度高 (一致性好(无需任何调整 (信号线长短不会影响其性能等优点"还有单总线也带来安装方便 (线路清晰 (节省线材等长处 ’上下位机通信采用 [Dq总线通信方式 "提高了系统内部的速率和实时性 "降低了误码传送的概率’粮虫检测器的设计使该系统除了能实时监测温度和湿度外 "也能监测粮食虫害的发生情况 ’
参考文献 ! MNO余济临 "基于 [Dq总线的数字化温度测控网络系统 MPO"电子技术 " VWWc"‘!NptNf" MVO雷建龙陈贵银 "基于 DE‘f[VWdN的仓库粮食虫害检测报警系统 MPO " 现代电子技术 VWWV"C!ctd 作者简介 !来清民 #NfgWQ)河南灵宝人 "毕业于河南大
学物理系 "现任河南教育学院物理系电子教研室副教授 "从事工业 [Dq总线控制研究和教学
#FWAAA@河南郑州河南教育学院物理系 )来清民M$(+)+’+/; =,/$:E,#’ FWAAA@ ;",)$4 B C4);Z)$:K)$通信地址 [#\WAAA@河南郑州市纬五路 ?G号河南教育学院物理系电子教研室 )来清民
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