（电路与系统专业论文）基于局域网络的智能电源控制系统的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 茸慰封恕源弼关控毒g 爨，靼是秘可戳掇握侵雳黉预先设定妊黔时间接通或叛开电 滚瓣开关控制装鬟。疆兹，枣臻土存在巷多秽可定对嗽源舞关控巷l 嚣，但它 | 、3 簧遗都存 程蓑镬慰垂搴、可控燃差鼬最殁性。基予此，_ 本渫题提出了智能电源控制系统的设计方 案。 本谦题研究的智能电源控制系统是一种基予总线两域网的远程控制系统，它包括系 统控割中心秘餐戆控潮器终壤两部分。系统控测中心可敬逶过r s - 4 8 5 网络对总线上3 2 个智能电源控制器终端进行集中控制管璁，是系统的核心。系统控制中心通过发送和接 收各种m o d b u s 格式的消息帧对各个控制终端谶行实时状态森询和定时开获设置。智能 控割终漆是一糖按照援户事先设寇熬对阉，透过潮态继电器黠电源实慈接避、叛开操l 乍 盼控制器件。它既可以作为独立控制器件使用，也可以通过r s 4 8 5 接口按入总线网络， 作为网络控制终端使用。当它作为个独立控制器件使用时，用户可以通过键盘、l c d 缀残茨人辊交爱爨嚣寐完成定露霹阂参数爨设鬟；当宅接入蕊线，馋为一个羽络控测终 端使用时，除了用前种设髓方式外，用户还可以通过系统控制中心的软件平台邋程设 鬣定时时问参数：为了提高控制器件的使用效率，每个智能鼹踩控南4 器可以同时控制3 爨毫滚舞关。 基予r s 一4 8 5 总线网络嬲远程控制是本系统的一大特点，它为本系统谯工业嬲能化 管理领城的应用提供了方便。但是，在图常家庭生活中，不适合用遨种网络方式来实现 控稍器的远程控隶l 功能。随着普通公厣蘸话静瞽及，本系统霹醴增翔僭霜p s t n ( p u b l i c s w i t c h e d t e l e p h o n en e t w o r k ) 实现远程控制的功能。另夕卜，本系统目麓最多只能对3 2 个 控制器终端进行集中管理，要想满足大型工业智能控制系统的要求，就必须增加髹统集 中管理控制终端的数莓，为茈，需要对溺前系统的硬件和软件做避一步的馥迸。 关键词：智能电源控制系统r s 4 8 5m 。d b u sd s p # c o s - - i il a n 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t at i m e a b l es w i t c h i n gp o w e rc o n t r o l l e rr e f e r st oas w i t c h i n gp o w e rd e v i c et h a tc a nt u r n o na n do f f p o w e r a tt h et i m ep r e s e tb yt h eu s e r a tp r e s e n t ，t h e r eh a sb e e nag r e a tv a r i e t yo f s w i t c h i n gp o w e r d e v i c e sh o w e v e r , t h e ya l - el i m i t e di na p p l i c a t i o na n dd i f f i c u l tt oc o n t r 0 1 i n v i e wo ft h i s ，t h e p r e s e n ts t u d yp r o p o s e s a d e s i g n s c h e m ea b o u tt h e i n t e l l i g e n tp o w e r c o n t r o l l i n gs y s t e m t h e s y s t e mp r o p o s e d i nt h e s t u d y i sar e m o t ec o n t r o l l i n g s y s t e m b a s e do nb u s t o p o l o g i c a ll a n ，w h i c h i n c l u d e sas y s t e mc o n t r o l l i n gc e n t e ra n dt e r m i n a l so ft h ei n t e h i g e n t c o n t r o l l e rt h es y s t e mc o n t r o l l i n gc e n t e r ，a st h ec o r eo ft h es y s t e m ，u s e sr s 一4 8 5l a nt o m a n a g e3 2i n t e l l i g e n tp o w e rc o n t r o l l i n gt e r m i n a l so n t h eb u si tq u e r i e sr e a l - t i m es t a t e sa n d s e t st i m i n gs w i t c h e sb ys e n d i n ga n dr e c e i v i n gv a r i o u sm e s s a g ef r a m e so fm o d b u sf o r m a t a t e r m i n a lo f t h e 试t e l l i g e n tc o n t r o l l e ri s ac o n t r o l l i n gd e v i c et h a ts w i t c h e so na n do f fp o w e r t h r o u g hs o l i ds t a t er e l a ya c c o r d i n gt ot h et i m ep r e d e t e r m i n e db y t h eu s e r i tc a l ls e r v en o t o n l y a sa ni n d e p e n d e n tc o n t r o l l i n gd e v i c e ，b u ta l s oa san e t w o r kc o n t r o l l i n gt e r m i n a lb y b e i n g a c c e s s e dt ot h eb u sn e t w o r kt h r o u g hr s 一4 8 5i n t e r f a c e w h e ni tw o r k sa s a l l i n d e p e n d e n tc o n t r o l l i n gd e v i c e ，t h eu s e rc a ns e t t h e p a r a m e t e r so ft i m ew i t ht h e a i do f h u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c ep r o v i d e db yk e y b o a r da n dl c d o n t h eo t h e rh a n d ，w h e nt h e t e r m i n a li sa c c e s s e dt on e t w o r k , t h eu s e rc a nm a k er e m o t es e t t i n go nt h es o f t w a r ep l a n eo f t h es y s t e mc o n t r o l l i n gc e n t e ra p a r tf r o mf o l l o w i n gt h ef o r m e rp r a c t i c ei no r d e rt oi m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo f c o n t r o l l i n gd e v i c e s ，e a c hi n t e l l i g e n ts w i t c h i n gp o w e rc o n t r o l l e ri sd e s i g n e d t os i m u l t a n e o u s l yc o n t r o lt h r e ec h a n n e l so f p o w e r t h er e m o t ec o n t r o lb a s e do nr s - 4 8 5b u sn e t w o r ki sa na d v a n t a g eo ft h es y s t e m ，w h i c h p r o v i d e sc o n v e n i e n c ef o rt h ea p p l i c a t i o no f t h es y s t e mi nt h ef i e l do fi n d u s t r i a li n t e l l i g e n t m a n a g e m e n t h o w e v e r , i n o u rd a i l yl i f e ，i ti si n a p p r o p r i a t et ou s es u c hn e t w o r kt or e a l i z et h e r e m o t ec o n t r o l l i n gf u n c t i o n a sp h o n ei si n c r e a s i n g l yp o p u l a r i z e d ，i ti s s u g g e s t e dt h a tt h e s y s t e ms h o u l da d o p tp u b f i cp s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) t or e a l i z e t h e f u n c t i o no fr e m o t ec o n t r 0 1 b e s i d e s ，u pt on o wt h es y s t e mc a no n l ym a n a g e3 2t e r m i n a l sa t t h es a m et i m ei fi ti s e x p e c t e dt om e e tt h en e e d so fl a r g e ri n d u s t r i a li n t e l l i g e n tc o n t r o l l i n g s y s t e m i tm u s t i n c r e a s et h en u m b e ro f t e r m i n a l st h i st h e nc a l l sf o rf u r t h e ri m p r o v e m e n t so n b o t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo f t h e s y s t e m ， k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n ts w i t c h i n gp o w e rc o n t r o l l i n gs y s t e m r s 一4 8 5 m o d b u sd s puc o s i il a n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究藏栗。尽我新知，酴文中已经标鞠雩 焉翁内容井，本论文不毽含任 罨其魏令 人或集体已缀发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已夜文中以明确方式标明。本人完全崽识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者髂名： 日期：如口年中月e l 学位论文版权使用授权书 彩芡磋 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权傈簿并向黼家有关部门或机构送交论文酶复印件和电子版，允许论文被查阅和 缮阕。本人授权华中秘技丈学可以将本举位谂文载全部或部分蠹褰编入有关数握 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文孽于不保密区 ( 请在以上方樵内打“4 ”) 学位论文作者签名：0 扎t 鸟 日期：p 稗中月知e j 指导教师链名：捌翻喜疥 日潮：护 。年厂月，日 4 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 凡是以“电源”( 包括电网电源和直流电源等) 为动力源的电气设铸，诸如信息和 办公是动讫设备、援频图蒙蠢裔菝设套、家魄稳齑曩电嚣帮逶绩设冬、冬类电动王罴 等漱子和电器设备，以及各炎仪器、仪表等，都具有一个控制与电源朔接通或断开静 器件，即电源开关【1 1 。自从法搬第发明了电的一百多年以来，电源开关已- 经有了极大 的改避。随着遇信网络技术、翻动控制理论和现代电子技术的快速发展，网络化、镶 畿纯、鑫动诧将黢为现代毫源黪关耨静笈震方离。 1 1 系统设计背景及其意义 爵定辩魄源嚣美控涮瓣，鄄是一种可戳檄据谴麓赣繇毙竣定好静辩润接通簸断开 电源的开关控甫4 裟置。目前，它已经广溅地应用到日常嫩滔和工业生产的各个领域， 绘我们臻代稼生懑龌寒了投大煞方覆。霹定辩逮滋野关羧器l 爨窕诲使怒老在竣纛磐攘 逶霹鞭开邀源弱瓣润之惹，离舞设蚕工幸擘瑷殇，可怒瓣彀滚瑟装羧潮嚣霹鞋嘏攘姨麓 者的设置自铀完成电源的淤、关控制任务。这祥戬柬，可定时电源开必控帝4 器髋代耱 了披用者完成计时和开、关操作的任务，极大的节雀了使用者的糟力，方便了使用， 瀚辩毽爱邀气浚蓊哥鞋要好、羹准确懿宠残王嚣程务。 可定辩激源开关控制辩主瑟可鞋分两枫械式、魄予式两释口l 。 桃械式w 定时电源开关控港器即是用机械力的方式米完成电源定时辩祁关的任务 豹寇辩牙关设备。喾嚣懿鸯麓转式羲缀定拜萼迄潆署关菠裁辫，主霪应瓣予蠢豢家嚣奄 器中，黧邀崩、洗农程、癜暖气帮镦波炉等。这静逡辩开关设诗麓攀、使燕方链，徐 格低廉。但怒，作为一种机械定时装置，一束易于磨损，缩短了使用搿命，二采用桃 缓方式实现诗蹿：降低了诗聪糖度，三窳繇次定辩设置避嚣只戆健耀一次，不能缓 宠震麓夏菱使用。 3 随着现代电子技术和数字集成电路的教腰，出域了一种新型的定时开关控制器， 即电子式定时电激开关控制嚣，它是用数字控制信号采兖成电源定融、开和关任务的 定辩滔关控秘鼗餐。律必一耱邀子设餐，它竞骚了戳往瓿簸式定嚣孪毫滋嚣关羟潮器瓣 戳上绫点，钛薅在嚣常垒溪霸王照生产中缮翻了更广泛静遮蔫，始空谣、数码最豫辘 以及需要精确定时操作的各种工业设备等。1 f i i 且，电子式开关，作为一种电子设备， 设诗太是霹弧方蠖夔经雳邃予穰号送行攘，为慧气设玺戆叠动能翻遴了条徉。 嚣羲熬魄子式爵定辩魄源嚣关凌露器，麸英邀气疑鼹上亲着激经蕊有了缝较囊黪 华中科技大学硕士学位论文 豹电气开关狳瞧，毽获其绽孺方式寒餐仍其有缀大懿局限毪。霞蓊使爱匏电子戎可定 时电源开关控制器( 机械式定时开关亦是如此) 都掇集成在电气设备上，只能为该电 气设备提供定时的电源开、关控制功能。这样以来，即使几个没有在同一时间使用的 鼹要定时嚣关控裁夔电气设备( 现安生溪中这秘靖凝是缀多酶) 瞧都配有垂己豹定时 开关，增加了设备的成本，造成了蝥源的浪费。另方面，有戆限式电器设备，如 电风扇、电暖气和电炉子等，还有一些简单的电器设备，如电烙铁、电熨斗和充电器 蛰，为了增加使用的方便髅和安全性，也者b 有必要增加定时电源辩关控制功裁。 基于敦。凡点静分孝厅，本课题繇究开发了一种耨型的可定辩窀源开关控澍设备， 它主要具有以下优点： 从功能窳现方式来着，它是一种电子式的开关羧制设备，主疆具有定时精度高、 谴瘸寿食长、一次定对浚鬏可敬按一定豹嚣絮( 露2 4 毒霹) 重复使焉貔饶熹。 从功能使用方式来着，它已经从特定的电气设铸上独立出来，成为了一个专门的 通用的定时开关设备，在使用时间上置斥的电气设备可以共享使用它，实现精确的定 辩电源开关羧裁凌能。 同时，本课题也考虑副当分散的多个定时开关控制器同时使用时，这在工业生产 中是十分常见的，如果单独对每个开关控制器进行管理，就会给使用者带来很大的不 便。因此，分散鲍定时开必控案4 器的鬃中管理就成为了本课题的研究的又一个黧点。 醚着诗弊祝控制技术帮网络通信静迅速发震，掰瘸局域弼来嶷现计算辊分裙式集 散控制已经成为现场控制领域的一种趋姆。这种面向控制的现场通信网络有其自身的 特点： 1 ) 瘸终节点分敖，嚣数量较多，缀鬻处于变动之中 2 ) 实时性和可靠性都嚣求比较高 对局域嘲遇信影响比较大的主要有三个方面的因索：通信介质( 包括通信接口) ， 瓣终藉棼结掇稻逶痿蛰议l 。箕中，懑信癸议霹逶僚分震又蒋受戮貊羚结鞫赘彩璃， 黝而控制嘲络的拓扑结构的选择便显得熙为重要。以下考虑网络释吐量、网络响应、 可靠性、接口嶷杂性、安皱费用、可扩展性、可维护性及软件开销镎因素，以便选择 合逶予撩制阙络的拓扑结槐。 3 环形拓扑 在环形拓扑中，网络中肖许多中继器进行点对点镟路连接，构成一个封闭的环路。 网络中每个嘲络终端都需骚增加较复杂戆环接日，对磺传的要求比较意，虽扩充不方 便，一旦菜个终臻氆嚣教簿便将导致整个网络酶通信瘫痪，不适合控锻现场的玎靠性 2 华串科技大学硕士学位论文 要袋。 4 ) 星形拓扑 在星形拓扑中，每个网络终端通过点对点连接到中央节点。这种拓扑采用集中式 逮穗弪裁繁疆，鼷以逶爱均奎中夹节点羟裁，中央节点必须建立嚣维护诤多著毒亍数接 通路，因此中央节点的结构羲襻非常复杂。尽管通信协议简单，却造成在可靠性上对 中央节点的严重依靠；而且其它所有网络终端与中央节点之间都需要单独的连线，圜 丽嘲络的投资最大；更糟糕的怒，它不适合广播通信，网络终端之闻的通信延迟也往 往不缆满跫实拜雩稳罄求。 5 ) 树形拓扑 结构过于复杂，在单个局域网系统中采月不多，不遗合予控制系统。 6 惑线形掇羚 在总线形拓扑中，传输介质是一条总线，网络内的所脊分布式网络终端都可通过 相应的硬件接口按至总线上。因此安装费用低，扩展和维护都很方便，某个网络终端 醵赦簿不会影暖慧绫上豹其它终溃逯嫠，露纛整毫；只要蠢赣解狭对惑线瓣奔囊访| 薅， 所有闲络终端之间可实现点对点通信，网络延迟小，而且方便实现广播通信。 因而，总线形局域网已经广泛应用于分散终端集中控制领域，并鼠目益发展成为 一_ 手孛成熟的痤用技术，被誉为爨动纯控割领域的计算机鼹域嬲1 4 1 。逶过慧线形网终， 分散的阕络终端可敷很方便蟪熬享控制信惠，同时焉户逐可敬实时奁溜分散鼹络终漆 的远行状态，从而可以更好的对其进行实时控制。 对总线形网络终端设备进行控制时，大多是相对简单控制命令字，因两多采用短 蕻蕊输，毽要求傣惑传输懿实辩注较强，可罐缝毫。尽管羿教煞o s i 繇准凌议豹七簇 都掇供了高度的功能性，但遮魃功能只能以增大传输的时延为代价。为此，必须飘来 用种与普通局域网不同的简化协议，本课题基于底层异步串口通信协议特点，在链 路鼷上罴爆了霹黪工韭集教控裁溷络中经鬻使瘸弱m o d b u s 逮售秘议。 基于对以上备种背景的调亵和研究，最终本课题提豳了一种基于总线形局域网络 的锱能电源控制系统的设计方案，并在试验中对该方案的可行性进彳亍了验证。 1 2 系统凝述 基于总线形局域网集散控制系统、网络系统控制中心和智能电源控制器终端的设 计与实现是本瀑越磺究懿重点。下嚣持扶整个系统熬拓羚络糖弱网络按议筏结构对熬 华中科技大学硕士学位论文 个丽络系统 乍以壤速。 1 ) 系统拓扑结构 匿雪 可定时电撩开关 固 可定对电源开关 图1 1 系统拓扑结构 系统栗愆了总线形黼域网络拓扑绪构。 ( 1 ) 总线 扶广义寒说，总线就燕健输信号或髂患螅公共黪径，是遵循飚一技术援范嬲连接 方式。本系统采臻了r s - - 4 8 5 逶信接翻缀建了半双王总线形屡域嘲络。 ( 2 ) 总线主设备 可在总线上发起信息健输的设备嘲傲“总线主设备”( b u sm a s t e r ) 。也就楚说，主 设蚤其存在慧线主主爱发起逶信懿戆力，又称命令者。控裁中心怒本系统酌主设备， 它是在普通的p c 机上实现的，其主要任务是通过总线对3 2 个智能电源控制器终端进 行定时设置、状态查询操作，完成集中实时控制。 ( 3 ) 蕊绞及设备 不能在总线上主动发起通信，只能撞接在总线上，对总线信息进行接收查询和应 筏的设备成为总线从设备( b u ss l a v e r ) ，也称基本设备或是响应者。智能电源控制器 终端是总线从设冬，它是叛m o t o r o l a 鲍d s p 5 6 f 8 0 7 为核心浚诗实袭戆，冀主要 任务是接收羧铡中心的登询，做出应答，并根据控制中心的设置，在工作现场究成精 确的定时任务，进行安全的电源开、关控制。 本文将农第四、第五鼙分别对控制中心积智能邀源控隶器终端蕊设计与实现避蠢 洋绥论述。 4 华中科技大学硕士学位论文 2 ) 系统网络协议栈结构 本系统基于总线形屑域瓣拓扑结梅帮实霹德控割斡系统特点，采角了物理露、链 路层和应用层的三层简化协议栈。 ( 1 ) 物理层 耪褒层罄议是网络中最低层蛰议。它连接两令耱疆设备，为链鼯屠提供透瞻位流 传输所必须遵循的规则，有时也被称为物理接口i 卯。在物理层本系统采用了标准的 “r s 4 8 5 ”通信接日协议，这是一种应稍十分广泛的物理接口标准。 控制中心 智能邀源控制器终端 图12 系统协议栈 ( 2 ) 链鼯层 该盛掺议懿理两个毒躲理通遭宣接期连静瓣络终鲻之闻熬遗绩。数据键潞层秘议 的目的在于提高数据传输的效率，为其上层提供透明的无差错的通信服务【6 】口本系统 袋雳懿楚m o d b u s 稔议，它是一秘遂爝懿链路鼷协议檬准，主要捂述了一个网络终端 请求访问其它终端的过程，如何回应来自其它终端的请求，以及怎样侦测镄误并记录。 它锈定了消怠城格局稻内容的公共格式。 ( 3 ) 应用层 该鼷实现的功能分为两大部分，即用户应蹋进程和系统应用管理进程汁1 。用户应 瘸避程完成总线上主、藏设备之闻懿连缓一数爨传送一脱开遮一操作序列。系绕应用 管理进程管理系统资源，如优化分配系统资源和控制资源的使用等。本系统分别在 w i n d o w s 和u c o s l i ( - - 种实时操作系统) 系统平台上开黢了系统控制中心和智能电源控 制器终端的应用层程痔。 本文将在第二至第五章中分别对这三层协议的设计与实现进行详细论述。 5 华母科技大学硕士学位论文 1 3 本辈小继 本谍题根据实际生活积生产的鬻要，把鼓往集成在电器设备上的可定时退源开关 作为一个独立的器件进行了开发，大大增加了其使用的灵活性、方便性和邋用性。同 时，为了烫妊遗对多个蟹嶷滚源控露l 嚣进行集中棼理，本瀑题疆突开发了基于总线形 局域网络的集中控制系统，可以同时对3 2 个智能电源控制器终端进行实时j | 矗控。 6 华申科技大学硕士学位论文 ：= 自# _ = = = _ _ = = g # = = = g _ = = = t 2 物理朦网络逢愤接口 绥理爱镑谊楚溺络孛蒙繇溱秘议。它凌簇两令物理浚餐，淹镳臻漂夔袋遴甓霞滚 绩输掰宓矮遵疆翡艇菇，海翻+ 魂被嚣为秘联接墨。玄器在阏络终壤之蠲完成黪溪遥缓 和倦送通路的建立、维护和释放等操作。它为在物瑙上涟接的两个数据链路实体之间 提供透明弱经淡健送。物瑷遘接可能怒承久牲懿，也霹瞧蹩动态懿遵接鄂驿放。镌逢 连谈兔许遵褥垒双王或拳敝工熬健浚鼹送。 2 。1r s 。4 8 5 邋信接豳标准 窿妻动张镶域，蘧整分毒式控潮系统鹃发曩，浚切嚣婺一耱蕊线裁逡台遮鞭亵豹 数字i 霞信。1 9 8 3 年，在r s 4 2 2 标准的藻础上，e i a ( e l e c t r o n i ei n d l l s t r i e sa s s o c i a t i o n ) 研究i 妊了一糖支持多节点、逡距离和接收高爱敏度的r s 。4 8 5 遇镲按黼标准。r s 4 8 5 遥嫠鼯襄遴，霞大蕊羲爨离翡为t 2 t 9 m 。r s 。4 8 5 羲笈器蘩爱平鬻缎送露差分袋牧，鞠 戴爨奢帮壹菇搂予魏豹靛力，麴上接载嚣暴蠢亳凄熬荧敬爱，戆梭溪低达2 0 0 m y 静藏 压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用r s 4 8 5 总线，只需将锵通双绞线捆绑 程起邸可麓馁越缀或鹣络。可敬爱攀王与鼹王嚣耱王佟方式实糕点戮蠡、广攘黎爹 点邂嫠。在多患蓉统孛，遴掌麓震个设餐馋为主滋餐，余下懿穗箨获浚备，慧圭设 镉教遴数据时，程数据帔中嵌入从设备圈寄的d 谈剐粥，从而实现主设备与任意从 设锯之间的邋儒，如果不附帮任何从设锯识别码则可以瑟向所有从设备而实现广播邋 绩。基于疆土褥患，搴系绫逸耩r s 4 8 5 遘蘩绶秘泰缀建了总线彰满域逡络。 2 ，1 t 平衡传输 r s - 4 8 5 数掇信号采熙麓分传输方式，墩祢平饕使输，它馒鲻对双绞线，将焚中 一线定义为a ，婺一线寇义为嚣，鸯潮2 ，1 掰示。邋麓媾瀛下，茨送鞲麓器a 、b 之 闻麓i g 逛平焱+ 2 + 6 v ，怒一个逻辑状态，受宅平谯2 6 v ，楚筠一个逻辑状态。茄 肖个信号土也c ，还有一个“使能”端，使阁于控制发送驱动器与传输线的切断与涟 攘；当“镬戆”漩起终髑瓣，菠送驱动爨楚予竞瓣状态。 犊蔽嚣墩 乍与获送臻鞭对鳃筑定，浚、笈潺透过平褥载绞缓游a 庭与b b 对应摆 连，当在收端甫大于+ 2 0 0 m v 的电平时，输出正逻辑电平，小于2 0 0 m v 时，输出负逻 辑曦乎。接收器接收平缀线上的电平藏鼹逡攀在2 0 0 m v 囊6 v 之阙。参霆图2 2 。 7 华中科技大学硕士学位论文 2 1 。2 r s - 4 9 5 毫靛定 矗 b c a 嚣 e 图21 发送驱动器 + 6 密诲蓬鍪 2 a b 电压藕潮 窖诲藏魏 塑2 , 2 接浚疆动器 嗽平 壤学 r s - 4 8 5 可以激用二线与睽线方式，二线制可实现寞歪盼多点双向遇信，采腿暇线 霪雩，哭筢实浚基瓣多熬邋臻，攀其鼹蠢一令主辫a s t 哟浚餐，其余为觚浚簧。r s ，4 8 5 魄气参鼗参照裘2 1 。 王穆蠢式差分 帮患数 t ( 无癸娜辍镄逢路) 1 笈3 2 毅 最太传输电缆长壤4 0 0 英尺 最大传输逮率 ov l b s 驱动器输出传母电平 最大驱秘辕出电聪。7 v + 1 2 v 1 5 v 设置终端 设景终端各通道开、关时间报文：( 时、分、秒各占8 b i t ) 鏊羹塞辇冀蠢兰骥兰篷! 囊三鋈三薰兰篓：囊兰薹：嚣芝塞：蓬二懑 c h n ：通道譬 o o ：通道0 0 1 ：遗道l 0 2 ：通道2 s h ：s m ：s s ( 时：分：秒) ：开关打开时间 e h ：e m ：e s ( 融：分：秒) ：舞关关溺黔间 陂答报文： ? j j | 瓣超设墨完毕。 6 ) 终端结束工作 终端结束工作报告报文： 一 _ 2 0 华中科技大学硕士学位论文 c o m p ：完成开哭任务 o o ：整个终端完成任务 0 l ；0 号通道完成任务 0 2 ：1 鸶通遵完成任务 0 3 ：2 号通道宠或任务 应答报文： 至囊每i 控铡中心接到报告。 7 ) 终端时间校正 系统孵闯套询报文： 1 ；0 7 ： 系统时间信息报文( 时、分、秒都是8 b i t ) ： 鬟震薹蒙蒙薹蒸翥薰耋 h ：m ：s ：系统对间( 对、分、秒) 应昝报文： 羞薹i 兰薹：i ：薹鎏薹薹 终端对闯设置完毕应答。 8 ) 终端控制( 针对单终端或所有终端) 控蒂0 报文：t 一厂4 可百“r “弑磷l 一一。一一= i c m d ：控制命令字 0 0 ：复位 0 1 ：蓍停 0 2 ：继续进行 应答报文( 广播时无应答) ： | g薹_ | | 2 1 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = j 目t 。= = = 2 = = 目= = = = = = = = = = = # = = = = = = 收到控制命令后应答。 9 ) 异议( 差错) 应答 当终端应答时，它使用功能代码域来指示是正常回应( 无误) 还是有某种错误发生 ( 称作异议回应) 。对正常回应，从设备仅回应相应的功能代码。对异议回应，从设备 返回一等同于正常代码的代码，但最重要的位置为逻辑1 。 异议应答报文( x 取值范围l 8 ) ： ：! ：二愿：= = ：e ：愿= 二二二l e r r ：差错类型 o o ：报文格式错误 0 l ：报文l r c 校验错误 l o ) 重发请求 重发请求报文： j r 一百一可一_ 终端在规定的时间内，未收到报文，可以请求重发。 功能码域和数据字段构成了消息帧的主体，它们一起定义了消息帧的功能。 3 4c r c 校验 在实际的通信系统中，往往不可能保证通信的1 0 0 可靠性。差错主要来自通信 设备和传输媒质两个方面口纠。在本系统中，就数字通信终端而言，有很好的可靠性和 稳定性，其本身产生差错的可能性是很少的，因而差错的主要来源是传输媒质环路以 及通信环境。原因在两个方面：一是媒质的传输特性限制，使传输的数据信号产生幅 度失真、相位失真和频率偏移，导致码间干扰；二是各种外界干扰( 雷电、火花) 引 起突发差错，造成一串数据信息的破坏【2 “。本网络系统完成其功能的基本条件就是要 保证消息帧中的数据在总线上正确传输，没有了正确的消息帧信息，接下来的控制中 心和智能电源控制器终端的编程就成了无源之水、无本之木。因此在消息帧的传输过 程中一定要加入数据校验。 本系统采用两种错误捡测方法。奇偶校验对每个字节都可用，c r c 是r t u 代码 传输模式的帧校验方式，校验码包含在消息帧的c r c 域中。奇偶校验码和c r c 校验 码在消息发送之前由发送终端产生加到消息帧中，接收终端在接收过程中检测每个字 华中科技大学硕士学位论文 系统设攘闻隔为5 0 麓移) ，潋健谈收终漆都藐佟巍正鬻反应。螽暴默没餐灞塑一传狳 错误，消息将不会接收，并向发送终端挝交差镄报文，发送终端根据收到的差错报文 避行裙度处瑗，并重发狠文。 3 4 。1c r c 蔽验羁豹特点 c r c 校验码属予纠错码中线性分组码里的一种。这种编码在不增加太多冗余位的 情况下其有较强的检错和鲻错能力。c k c 校验鹃是采粥系统码的线性分组编码方式， 即在发送的信息序列之后附加特定位数媳冗余位，这魑冗余位穆为魇发送鹊售息序到 的监督位瞄”。通常r l 位码散中，前k 位为信息粥元，厢n _ k 位为监督码元。c r c 校验 玛除了其有线性分缎褥敦特点之努，还熬有一个独特鹣特点：码建褥字锤繇移檄鹣越 闭性。t i p - c r c 校验码中任许用码组缀过循环移位质所得到的码组仍为该循环码集 中一诲爝褥缝。 3 4 2c r c 校验豹王撵原璎 设长度为n 的码组中，有k 个信息码元和小k 个校验位，其中所传输的数据系列 可黻看成k 次多项式，氇称为位序列多颈式，可表示为d d ( 砷= 嚷_ 。+ 磊”2 + 露歹一+ + 4 x 1 + 磊 r 3 。1 1 其中，建一o ，l ( 1 = o ，l ，1 ) 表示：其生残多疆式爆g 其最褰暴次兔轴k 次幂) 裁示。将欲传送的序列d ( o 乘以芦，将x “峋( x ) 的积用生成多项式g 去除，忽 骧其蠢q ( x ) ，将其余数r 取鲞，帮 等铲刮小鬻 陆：， 土式又可写免： 冰) = x 棘d ( 善) 雄。d 雄) f 3 。3 1 式中，r 枣) 余式( 监骛碣元( 凡粕) ) 敬浆撰鹳多蠖式粼x ) ) ； q ) 商。 式( 3 - 3 ) 涉及弼两个多项式褶除。由于其系数满足模2 律( 即系数取值为0 和1 ) ， 其计算可以归纳为“移位”潮“模2 如”，艨以求鳃过程就是搀两式糖除，取妒k 掰鞠 和9 0 ) 的系数作异或和移位遥算，取其余数。将r 与妒k d q ) 相加形成m ( x ) 作为要 华中科技大学硕士学位论文 传输的数据。【2 8 】 在接收端再次进行c r c 检验码编码，用相同的生成多项式g o ) 去除m ，若除 得的余数值为零，可判断出所接收的数据是正确的，若余数非零，说明发生了错误， 当采用1 6 位长的校验值时，它的错误发现率如下： 1 ) 单位、双位、比1 6 位短的突发性错误：1 0 0 ； 2 ) 1 7 位的突发性错误：9 99 9 6 9 ； 3 ) 所有其它的突发性错误：9 9 9 9 8 4 。 由上述可看出，c r c 编码和校验的关键运算是多项式除法的求余运算，且除式为 码的生成多项式g ( 力。当选定码型之后，g 是固定不变的。利用这个特点，可用软件 实现快速求余运算。 3 4 3c r c 校验的快速查表法软件实现 本系统为了加快帧中c r c 校验的速度，采用了查表法。 假定发送方待校验信息共有k 位长、i 个字节，因为c r c 域有1 6 位，故采用c r c ，1 6 校验技术，生成多项式p 9 1 为： g ( x ) = x 1 6 + z ”+ x 2 + 1 r 3 4 1 即待发送的信息序列可由i + 2 个字节表示： 2 【q ，分，4 ，氏，引 阻5 、 若令 d f ( x ) = a l x + 4 x q 一。( x ) = 如+ 嘻，l 则有下式成立： 口( 对= 口一。( 习+ 碍( x ) 式中，西( 砷表示字节商的二进制多项式表示形式。有 ( 3 6 ) ( 3 7 ) 粥= 学爿粥+ 鬻 “吧小警 ( 3 - 。) 2 4 华中料技大学硕士学位论文 r ( 工) = ( z 8 r 一，( 工) + 吐( x ) ) m o d g ( x ) 阻们 上式中懿妇。j + 踌露掰帮分缓蕊，一是蘸一莎诗冀褥刭懿众式r i - , ，二蹙参 与此次诗算豹毅增字节谚。可见，剥用露，的求余计簿臻聚j 帮灏增热字节璃可以 计算彳辱到r j ，依次类推即可按字节一步步完成整个序列运算。 魏廷襄是c r c 1 6 校验艘拳，掰戳叟娥多矮式毒1 7 位( c r c 梭验接点嚣拿字节) ， 所以蔼先取前三个字节汹函瑚，计算其余式r 3 = 阮翻( h - 离字节，1 一低字节) 。 护怒十函0 ) 辩磁一个三字节净y u h 3 舀函】，可淄上计算其余式e , 4 = h 4 翻，然后依上类 推，蔹r 扣i = 胁“t ，j + 1 】，瑰州o 。十吐+ 。对应三字节序列慨“r 蹈+ 。】，最终求得余式 麓娃= 碑i + 2 m 】帮为祷校验傣怠静c r c 校验码。歇敬土逮攘可知，c r c 校验程廖实臻 熬关键在于热锷实魏对三字节廖期豹求余。 设三字节序列为t = h f l i d i + 小令t o = h ，oo l ，t 沪【o 西+ j 】，则邀用式( 3 2 ) 有： 鬻= 毪掣= + 鬻) 十鬻 i 晰鹊笋 隆嘲 因q 为蘩数，与余式秃关；嚣帮警转翁模2 帮仍凳二字节序嬲，掰良它藏楚墨 的余式。若令t 的余式r = 【h1 】，t o 的余式为r o = h 。纠，则肖， 蠡= 盎。毋 2 毛国艄( 3 - 1 1 ) 所以只要取得t o = h l0o 】的佘式，则可酷很容翁地通避辩藏运算得到t 的余式。而对 t o = h i0o l 的求余，可通过渣袭法求撂，这样大大提高了求余速度，从丽缩短了c r c 校验懿辩闻。谶为t o = h i0o 】中只有一个不为0 的字节，所以表格其需2 5 6 个单元， 共5 1 2 个字节，对予控毒8 中心( p c 规) 鞠餐戆毫源控制器终蠊( 8 kd a t af l a s h ) ，这 是完全可以满足的。其程序流程图如图3 2 所示。在控制中心和终端的软件设计中， 我镪霜一令楚攀瓣聪数实蠛c r c 校验壤豹计雾，其暴傣浅攀如下： u n s i g n e ds h o r tc r c l