1 Rhagymadrodd
Mae microreolyddion yn cael eu cymhwyso'n gynyddol mewn dyfeisiau rheoli awtomataidd, systemau amddiffyn integredig wedi'u seilio ar ficrobrosesydd ar gyfer gridiau pŵer, a meysydd rheoli awtomeiddio diwydiannol eraill, gyda chymhlethdod y dyfeisiau hyn yn tyfu'n gyson. Er mwyn mynd i'r afael â galwadau go iawn, aml-dasgau targedau datblygu, mae'r model datblygwr sengl, CPU sengl yn cael ei ddisodli gan ddull cydweithredol sy'n cynnwys CPUs lluosog o wahanol fathau a datblygwyr lluosog. Mae'r patrwm datblygu newydd hwn yn cyflwyno her hollbwysig: safoni'r caledwedd a'r meddalwedd ar gyfer cyfnewid gwybodaeth rhwng CPUs yn ystod y cyfnod gweithredu. Mae'r safoni hwn yn ganolog i fabwysiadu'r model newydd hwn yn llwyddiannus. Ymhlith nifer o ddulliau cyfathrebu, mae'r protocol cyfathrebu cyfresol RS-485 sy'n seiliedig ar UART yn cael ei fabwysiadu'n eang oherwydd ei weirio syml, ei ddibynadwyedd uchel, a'i allu i gefnogi CPUau lluosog. O ran protocolau cyfathrebu meddalwedd, mae protocol Modbus yn cynnig manteision sylweddol i ddefnyddwyr oherwydd ei natur gyffredinol a meddalwedd dadfygio aeddfed. Felly, yn ystod datblygiad y ddyfais amddiffyn cynhwysfawr modur newydd, mabwysiadwyd dull cyfathrebu cyfresol RS-485 a phrotocol cyfathrebu Modbus i gyflawni cyfnewid gwybodaeth gorchymyn data a rheoli rhwng CPUs lluosog. Er mwyn gwella effeithlonrwydd a chydlyniad cyfathrebu cyfresol, gweithredodd yr awdur nifer o fesurau ym mhensaernïaeth caledwedd a meddalwedd y mecanwaith cyfathrebu, gan gyflawni canlyniadau rhagorol. Yn ystod y cyfnod dadfygio cyfathrebu system, defnyddiwyd dull lle'r oedd pob modiwl CPU yn cyfathrebu'n gyntaf â meddalwedd prawf Modbus safonol cyn mynd trwy ddadfygio rhyng-gysylltiad cilyddol, gan wella effeithlonrwydd datblygu cydweithredol yn sylweddol. Mae practis wedi profi bod yr athroniaeth ddylunio hon yn symleiddio strwythur y system tra'n gwella effeithlonrwydd gweithredol a dibynadwyedd y ddyfais yn fawr.
2 Nodweddion y Dyfais Amddiffyn Cynhwysfawr Modur
Y tu hwnt i swyddogaethau amddiffyn cynhwysfawr, mae'r ddyfais amddiffyn modur yn integreiddio galluoedd mesur, telereoli a chyfathrebu. Mae ei sgrin sgrin fawr arddangos LCD nodau Tsieineaidd yn galluogi-rhyngwyneb hawdd ei ddefnyddio. Gan ddefnyddio cyfathrebu bws CAN gyda'r gwesteiwr monitro, mae'n ffurfio is-system o fewn system awtomeiddio hierarchaidd, ddosbarthedig is-orsaf. Er mwyn gwneud y gorau o ymarferoldeb system ar gyfer ei ofynion aml-dasgau, mabwysiadwyd pensaernïaeth aml-CPU. Mae un CPU yn ymdrin â samplu a throsglwyddo pwls cyfnodol; mae'r prif fodiwl CPU yn rheoli prosesu data, cyfrifo paramedr trydanol, diagnosis bai, a gweithrediadau newid; tra bod CPU modiwl bwrdd yn goruchwylio rhyngweithio peiriant dynol ac yn hwyluso cyfathrebu gyda'r prif fodiwl amddiffyn a gwesteiwr monitro. Mae gan bob modiwl CPU dasgau wedi'u diffinio'n glir, sy'n hwyluso datblygiad cydweithredol gan beirianwyr lluosog yn ystod y cyfnod gweithredu. Mae cyfathrebiad cyfresol yn cysylltu'r prif CPU a CPU y panel, gan alluogi-rhyngweithio peiriant dynol ac felly mewn safle critigol. Sefydlu mecanwaith cyfathrebu rhesymegol yw craidd yr adran cyfathrebu cyfresol, gan bennu cydlyniad cyfathrebu ac effeithlonrwydd dadfygio yn ystod camau diweddarach datblygiad y system.
3 Cyflwyniad i Fecanweithiau Cyfathrebu
3.1 Dylunio Caledwedd Mecanwaith Cyfathrebu
Mae'r mecanwaith cyfathrebu a gynigir ar gyfer y system hon yn anelu at effeithlonrwydd a dibynadwyedd uchel. Mae RS-485 yn defnyddio hanner-strwythur deublyg, sydd yn aml yn fwy ymarferol na deublyg llawn mewn cymwysiadau maes. Yma, mabwysiadir cysylltiad symlach gan ddefnyddio dwy linell signal yn unig. Dangosir y diagram cylched rhyngwyneb system yn Ffigur 1. Mae allbwn lefelau rhesymeg TTL gan y microreolydd 8051 ar y prif fodiwl amddiffyn wedi'u hynysu'n optegol, yna'n cael eu trosi i lefelau RS-495 gan y sglodion MAX485. Yn dilyn hynny, mae'r sglodion MAX485 ar y modiwl panel yn trosi'r rhain yn ôl i lefelau rhesymeg TTL i'w darllen gan y microreolydd 8031. Ar ochr microreolydd 8051, mae pin P2.7 o borthladd I/O cyfochrog 2 yn rheoli'r mewnbwn MAX galluogi pin RE ac allbwn galluogi pin DE. Fel y dangosir yn Ffigur 1, pan fydd P2.7 yn allbynnu lefel uchel, mae AG yn cael ei alluogi, gan ganiatáu i ochr y microreolydd dderbyn data. Pan fydd P2.7 yn allbynnu lefel isel, mae DE wedi'i alluogi, gan ganiatáu i ochr y microreolydd drosglwyddo data. Mae'r dull hwn yn atal colli data oherwydd gorgyffwrdd a achosir gan drosglwyddiad dall, gan sicrhau ansawdd cyfathrebu uchel a chyflymder trosglwyddo dibynadwy.
3.2 Protocol Cyfathrebu
Er mwyn sicrhau trosglwyddiad data cywir rhwng dau fodiwl o fewn y ddyfais amddiffyn, mae set o fanylebau sy'n llywodraethu trosglwyddo gwybodaeth-gan gynnwys dulliau trosglwyddo, fformatau data, a chynnwys-yn hanfodol. Mae hyn yn cynnwys y protocol neu'r protocol cyfathrebu. Heb feddalwedd dadfygio aeddfed sydd ar gael yn hawdd, mae'r prif fodiwl CPU yn ei hanfod yn gweithredu fel blwch du, gan arwain at-anodd-i-orchfygu heriau yn ystod profion integreiddio system. Felly, dewiswyd protocol cyfathrebu Modbus a fabwysiadwyd yn eang a'i symleiddio i weddu i ofynion penodol y ddyfais, gan alluogi cyfathrebu llwyddiannus rhwng modiwlau ac effeithiolrwydd profedig. Mae Modbus yn defnyddio prif fodel cyfathrebu caethweision. Yn gyntaf mae'r meistr yn anfon gorchymyn cais cyfathrebu at y caethwas. Yna mae'r caethwas yn ymateb i'r meistr gyda data yn seiliedig ar y cod swyddogaeth o fewn y gorchymyn cais. Mae gan bob caethwas gyfeiriad unigryw. Mae'r fframiau cais a anfonwyd gan y meistr a'r fframiau ymateb a anfonwyd gan y caethwas yn dechrau gyda chyfeiriad y caethwas. Mae caethweision ond yn darllen gorchmynion wedi'u cyfeirio atynt eu hunain ac yn anwybyddu negeseuon sy'n dechrau gyda chyfeiriadau caethweision eraill. Mae'r swyddogaeth hon yn cael ei rhoi ar waith gan ddefnyddio Modd 2 neu Modd 3 y porth cyfresol 8051. Mae'r model cyfathrebu cwestiwn hwn ac ateb yn gwella cywirdeb cyfathrebu yn sylweddol. Mae modd trosglwyddo RTU Modbus yn cael ei fabwysiadu yn y ddyfais hon.
4 Mesurau i Wella Dibynadwyedd Cyfathrebu
Mae'r ddau beit olaf o neges Modbus yn gweithredu fel checksum beit. Mae RTU Communication yn defnyddio gwiriad diswyddo cylchol CRC-16 ar gyfer canfod gwallau. Mae ei fecanwaith amgodio/datgodio yn gymharol syml gyda chyfradd gwallau isel, y gellir ei chyflawni trwy ddulliau cyfrifiadurol neu raglennu. Amlinellir nifer o ddulliau gweithredu isod:
4.1 Algorithm Sylfaenol (Cyfrifo â Llaw)
Gan ddefnyddio CRC16-CCITT fel enghraifft: mae gwiriad CRC yn 16 did, ac mae'r polynomial cynhyrchu yn 17 did. Tybiwch fod y llif data yn 4 beit: BYTE, BYTE, BYTE, BYTE[0];
Symudwch y llif data chwith 16 did, gan ei ehangu i bob pwrpas gan ffactor o 256 × 256. Yna perfformio rhaniad gan y generadur polynomial 0x11021 gan ddefnyddio rhaniad nad yw'n-benthyca (cyfwerth â bitwise XOR). Gwiriad CRC yw'r gweddill sy'n deillio o hyn. Mae'r ffrwd data a drosglwyddir yn cynnwys 6 beit: BYTE, BYTE, BYTE, BYTE[0], CRC, CRC[0].
4.2 Algorithm Cyfrifiadurol 1 (Did-Math o Algorithm)
1) Rhowch y 16 did uchaf (BYTE, BYTE) o'r ffrwd data estynedig (6 bytes) i mewn i gofrestr 16-did;
2) Os mai'r rhan fwyaf arwyddocaol o'r gofrestr yw 1, symudwch y gofrestr i'r chwith un did (gan gael y did lleiaf arwyddocaol o'r beit nesaf), yna perfformiwch weithrediad XOR gyda ffurf symlach y polynomial generadur; fel arall, symudwch y gofrestr i'r chwith fesul un (gan gael y darn lleiaf arwyddocaol o'r beit nesaf);
3) Ailadroddwch gam 2 nes bod y llif data cyfan (6 bytes) wedi'i symud i'r gofrestr;
4) Y gwerth yn y gofrestr yw gwiriad CRC CRC, CRC[0].
4.3 Algorithm Cyfrifiadurol 2 (Beit-Math Algorithm) (256^n yn dynodi 256 wedi ei godi i bŵer n)
Cynrychioli'r ffrwd data a archebwyd beit fel polynomial mathemategol. Gadewch i'r llif data fod yn BYTE[n] BYTE[n-1] BYTE[n-2] ... Cynrychiolir BYTE[0] fel y mynegiad mathemategol
BYTE[n] × 256 ^n + BYTE[n-1] × 256^(n-1) + ... + BYTE × 256 + BYTE[0], lle mae "+" yn dynodi gweithrediad XOR. Gadewch i'r polynomial generadur fod yn G17 (17-bit), yna'r cod CRC yw CRC16.
CRC16=(BYTE[n] × 256^n + BYTE[n-1] × 256^(n-1) + ... + BYTE × 256 + BYTE[0]) × 256^2 / G17
Mae hyn yn golygu symud y llif data a adawyd gan 16 did ac yna ei rannu â'r generadur polynomial G17.
Mae tarddiad yn dangos bod y cod gwirio CRC ar gyfer BYTE[n-1] yn hafal i ganlyniad XOR yr 8 did uchaf o god gwirio CRC y beit blaenorol Y[n] (YH8[n]) a'r beit cyfredol BYTE[n-1].
Mae'r algorithm math beit fel a ganlyn:
1) Cychwyn y grŵp cofrestr CRC i bawb "0" (0x0000).
2) Symudwch y grŵp cofrestr CRC 8 did i'r chwith a'i storio yn y grŵp cofrestr CRC.
3) Perfformiwch weithrediad XOR rhwng 8 did uchel y grŵp cofrestr CRC gwreiddiol (wedi symud 8 did i'r dde) a'r beit data i gael mynegai sy'n pwyntio at y tabl gwerth.
4) Perfformiwch weithrediad XOR rhwng y gwerth tabl a nodir gan y mynegai a grŵp cofrestr CRC.
5) Cynyddwch y pwyntydd data. Os nad yw prosesu data wedi'i gwblhau, ailadroddwch gam 2).
6) Cael y CRC.
5 Mesurau i Wella Effeithlonrwydd Cyfathrebu
5.1 Cyfathrebu ar Wahân Tasgau Derbyn a Throsglwyddo
Gall y microreolydd 8051 drosglwyddo a derbyn data trwy'r porthladd cyfresol gan ddefnyddio ymyriadau. Mae'r rheolydd porth cyfresol SCON yn cefnogi cychwyn a chyfeirio didau. Pan fydd cais am ymyrraeth porthladd cyfresol yn digwydd, mae'r ddau ddarn isaf o SCON yn clicio'r ymyriadau trosglwyddo a derbyn. Pan fydd y CPU yn ysgrifennu data neu gymeriad i glustogfa trosglwyddo'r porthladd cyfresol SUBF (cyfarwyddyd: MOV SUBF, A) mae'r trosglwyddydd yn dechrau anfon. Ar ôl cwblhau un ffrâm ddata, mae'r caledwedd yn gosod y faner TI i "1", gan nodi bod y porthladd cyfresol yn gofyn am ymyriad gan y CPU i anfon y ffrâm ddata nesaf. Yn yr un modd, os yw'r derbynnydd porth cyfresol wedi'i alluogi ar gyfer derbyniad, ar ôl derbyn ffrâm o ddata, mae'r faner RI wedi'i gosod i 1, sy'n nodi bod y porthladd cyfresol yn gofyn am ymyriad gan y CPU i ddarllen data o'r byffer derbyn data.
5.2 Lleihau Hyd Ymyriad
Gan fod ymyriadau lluosog yn cael eu defnyddio yn y dyluniad pensaernïaeth meddalwedd, er mwyn sicrhau gweithrediad rhaglen dibynadwy a lleihau'r tebygolrwydd o wrthdaro rhwng gwahanol dasgau, dylai gweithrediad y feddalwedd ymdrechu i symleiddio tasgau ymyriadau amrywiol a lleihau eu hamser gweithredu. O fewn yr is-reolwaith torri ar draws cyfathrebu, cyflawni tasgau hanfodol wrth fynd i mewn i'r ymyriad, megis: clirio'r darnau statws cyfatebol yn y gofrestr rheoli porth cyfresol, darllen cymeriadau a dderbyniwyd neu nodau ysgrifennu i'w trosglwyddo o / i'r byffer, cynyddu nifer y nodau a dderbynnir neu a drosglwyddir, ac ati. Yna gadewch yr ymyriad ar unwaith. Dylid ymdrin â thasgau eraill, megis dilysu fframiau, ymateb i orchmynion ffrâm a dderbyniwyd (telemetreg/telathrebu), a pharatoi fframiau trawsyrru, o fewn y brif raglen.
5.3 Canfod Terfynu Ffrâm Effeithlon i Atal Marweiddio Cyfathrebu
Mae defnyddio amserydd meddalwedd pwrpasol i ganfod diwedd ffrâm a dderbynnir yn atal tasgau cyfathrebu rhag aros os bydd ffrâm yn cael ei derbyn yn anghyflawn, a thrwy hynny sicrhau derbyniad amserol o fframiau dilynol. Gan fod y cyfnod amser rhwng beit o fewn ffrâm yn llawer byrrach na'r cyfwng ffrâm i-mae'r amserydd meddalwedd yn cael ei gychwyn bob tro y derbynnir beit newydd. Mae'r amserydd wedi'i osod i'r isafswm ffrâm-i-gyfwng ffrâm. Mae'r cyfwng hwn yn amrywio gyda chyfraddau baud gwahanol. Os derbynnir y beit nesaf cyn i'r amser rhagosodedig fynd heibio, mae'n nodi bod y ffrâm yn anghyflawn, a bod yr amserydd yn ailgychwyn. Os yw'r amserydd yn cyfrif yn llwyddiannus i'r amser rhagosodedig, mae'n sbarduno'r rhif ymyrraeth cyfatebol. O fewn yr is-reolwaith ymyrraeth amserydd, gosodir beit baner diwedd y ffrâm, sy'n dynodi bod derbyniad y ffrâm wedi'i gwblhau. Ar ôl i'r brif raglen ganfod cwblhau derbyniad ffrâm, mae'n dilysu cywirdeb y ffrâm trwy wirio beit y cyfeiriad caethweision a'r gwiriad diswyddo cylchol (CRC). Os caiff ei gadarnhau fel ffrâm ddilys a fwriedir ar gyfer y meistr, mae'n prosesu'r gorchymyn ffrâm yn seiliedig ar ei god swyddogaeth ac yn paratoi i anfon ffrâm. Pan fydd y caethwas yn derbyn neges anghywir, mae'n anfon ffrâm gwall yn ôl. Os oes gan y neges a dderbyniwyd CRC anghywir, gall y caethwas ddewis peidio ag ymateb. Os na fydd y meistr yn derbyn ymateb gan y caethwas o fewn yr amser penodedig, bydd yn ail-drosglwyddo'r neges cais. Os bydd aildrosglwyddiadau lluosog yn methu â chael ymateb gan y caethwas, adroddir am fethiant cyfathrebu.
5.4 Pennu Cyflymder Cyfathrebu
Gan fod pob dyfais yn byw o fewn yr un siasi, mae'r pellter rhwng modiwlau yn fach iawn. Mae Modbus yn gweithredu ar RS485 ar gyfer-cyfathrebiad pellter hir, gan ddileu'r angen i ystyried effeithiau pellter ar gyfradd baud. Ar ben hynny, mae'r prif ddull cyfathrebu caethweision yn atal tagfeydd llinell. Felly, o safbwynt effeithlonrwydd cyfathrebu, cyn belled nad yw'r gyfradd baud gosod yn fwy na therfyn cyfradd baud uchaf y sglodion a ddefnyddir yn y modiwl, mae cyfradd baud uwch yn arwain at gyfnewid gwybodaeth yn gyflymach ac effeithlonrwydd cyfathrebu uwch. Mae gosod y gyfradd baud i fod yn union yr un fath ar gyfer y ddau barti cyfathrebu yn sicrhau bod y pen derbyn yn samplu pob did data ar bwynt canol y cylch didau, gan sicrhau cyfathrebu dibynadwy.
5.5 Dulliau Dadfygio Rhesymol
Yn ystod dadfygio, prawf cyfathrebu cyntaf rhwng pob modiwl CPU a'r microgyfrifiadur trwy'r modiwl trosi data RS485 / RS232. Ar ôl profi unigol llwyddiannus, ewch ymlaen i ddadfygio rhwng-modiwlau, gan wella effeithlonrwydd dadfygio cyffredinol yn sylweddol. Yn ystod modiwl-i-dadfygio cyfathrebu cyfrifiadurol, mae'r cyfrifiadur yn defnyddio meddalwedd dadfygio Modbus i efelychu proses gyfathrebu'r meistr, gan fynd ati i ofyn am wybodaeth gan y caethwas. Mae hyn yn gwneud y broses dderbyn a throsglwyddo gyfan yn dryloyw ac yn glir, gan alluogi datrys materion modiwl yn amserol. Yn ystod dadfygio ar y cyd, mae meddalwedd monitro bysiau yn arsylwi data o'r ddwy ochr i nodi a datrys problemau yn brydlon.
6 Pwynt Arloesedd y Papur hwn
Yn gyntaf, mae'r papur hwn yn mabwysiadu Modbus, safon ddiwydiannol gyffredinol, yn y ddyfais amddiffyn. Gellir cael y feddalwedd offer angenrheidiol yn uniongyrchol o wefannau perthnasol heb fynd i gostau eiddo deallusol. Yn ail, mae'r ddyfais amddiffyn yn gweithredu amldasgio ac yn defnyddio protocol Modbus i greu mecanwaith dadfygio rhesymol ar y cyd rhwng modiwlau CPU, gan wella effeithlonrwydd datblygu system gydweithredol yn fawr.