以串行存储器为核心的多机异种通信数据上传系统

摘要

工业自动化中，需要对较大范围内的各种设备进行信息采集与数据上传，如水厂等仪表设备种类较多的工业现场。数据上传往往需要采用异步串行通信方式，将数据上传并汇集到主机上。由于中小型工厂的各种通信仪表设备的通信协议并不统一，并且串口已经被用来进行仪器的数据采集，因此导致数据的上传无法再使用多机串行通信总线的方式进行，需要引入多机数据上传的特殊方法。在罗源和德化等水厂自动化工程中，导师初步提出了“以串行存储器为核心构成多机异种通信数据上传系统”的思路，开发了相应的硬件和软件，成功地实现了多台仪器异种通信数据集中上传。本文对该思路进行了理论和方法的全面探讨，进一步阐述该思路的应用条件、实现方法。总结了非标准现场总线的时序要求、总线内容及协议要求，提出“冲突检测协议”报箱协议”的设计，并将该总线定义为DEBUS（Data Exchange BUS Using Serial EEPROM as its Core）总线。对数据中转机构的存储结构进行归纳和讨论，提出“报箱存储站”的概念。作者设计了硬件实验平台，开发了程序代码和上位机调试软件，对DEBUS总线、“冲突检测协议”、“报箱协议”和“报箱存储站”等新的提法，进行实例验证，对总线的性能进行了实测，并作了传输速度与连接单片机数极限值的估算。实验结果证明“以串行存储器为核心构成多机异种通信数据上传系统”是一种可以满足工业现场数据统一采集要求，适用于规模适中的工业现场，能够完成异种通信设备的数据采集任务的新方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本课题研究背景和意义

1.2国内外研究发展概况

1.3本课题研究的意义

1.4本课题研究的主要内容

1.5本课题完成的任务

第二章DEBUS(多机异种通信数据上传总线)的设计

2.1设计原则

2.2 DEBUS总线的设计

2.2.1总线时序

2.2.2总线内容

2.2.3总线协议

2.3报箱存储站空间规划

2.3.1存储结构和数据查找

2.3.2报箱协议和散列函数

2.3.3字串结点大小安排

第三章“多机异种通信数据上传系统”硬件设计

3.1报箱存储站和DEBUS总线的硬件设计

3.1.1报箱存储站器件选择

3.1.2 DEBUS总线的器件选择

3.1.3 DEBUS总线冲突检测的硬件实现

3.1.4报箱存储站电路原理分析与设计

3.2下位子机和下位主机的CPU选择

3.2.1下位子机CPU的选择

3.2.2下位主机CPU的选择

3.4“多机异种通信数据上传系统”硬件电路设计

3.4.1下位主机模块的电路原理分析与设计

3.4.2下位子机模块的电路原理分析与设计

3.4.3硬件抗干扰设计

第四章“多机异种通信数据上传系统”软件设计

4.1软件设计整体工作概况

4.2 MCS-51单片机多任务机制应用

4.2.1多任务机制的引入

4.2.2方法一：时间片间多任务轮换简介

4.2.3方法二：中断和堆栈任务切换法简介

4.2.4方法三：优先调度法简介

4.3下位主机软件设计与开发

4.3.1系统监控模块

4.3.2下位主机任务一程序设计

4.3.3下位主机任务二程序设计

4.3.4下位主机任务三程序设计

4.3.5下位主机任务四程序设计

4.3.6下位主机任务五程序设计

4.3.7下位主机任务六程序设计

4.4下位子机软件设计与开发

4.4.1系统监控模块

4.4.2时间片一的任务设计

4.4.3时间片二的任务设计

4.4.4下位子机与异种仪表通信

第五章 多机异种通信调试助手软件的设计与开发

5.1系统总体概况

5.2系统软件设计

5.2.1串行通讯模块程序设计

5.2.2数据处理模块

5.2.3动态生成数据点模块

5.2.4数据显示模块

5.2.5数据点参数的保存和恢复

第六章系统性能测试

6.1系统测试硬件平台

6.2系统测试软件平台

6.3系统测试结果与分析

第七章总结与讨论

参考文献

附录

致谢