變頻器與微機(jī)的串行通訊設(shè)計(jì)

0 引言

在工業(yè)電氣傳動(dòng)裝置中，變頻器因應(yīng)用方便，性能可靠，所以被作為首選的電機(jī)控制器得到廣泛應(yīng)用[1]。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與現(xiàn)代變頻器技術(shù)相結(jié)合，采用變頻器的標(biāo)準(zhǔn)RS485通訊接口和內(nèi)置協(xié)議，可以方便地實(shí)現(xiàn)微機(jī)對下位機(jī)的集中控制，并且易于軟件實(shí)現(xiàn)，費(fèi)用低廉，具有較高的可靠性和實(shí)用價(jià)值[2]。

為了便于操作和監(jiān)控電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，需要對其電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速及工作狀態(tài)等關(guān)鍵信息進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)工作需要，修改相應(yīng)的參數(shù)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。這些信息可通過變頻器(下位機(jī))傳給微機(jī)(上位機(jī))，因此需要變頻器與微機(jī)進(jìn)行通訊，通過微機(jī)監(jiān)控變頻器來控制、協(xié)調(diào)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。本文基于Visual C++下的MSComm控件來實(shí)現(xiàn)微機(jī)與變頻器的串口通訊。

1 變頻器通訊機(jī)制

1.1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)簡圖

由于多數(shù)工業(yè)用變頻器提供的是符合RS485標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口，而微機(jī)的通訊接口多為RS232C接口[3]，因此在二者之間需要加接RS485-RS232C接口轉(zhuǎn)換器。這樣利用該接口通過軟件編寫的通訊驅(qū)動(dòng)程序就可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)與變頻器的信息交換。系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖1所示。

1.2 串行通訊

串行通訊是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線傳送數(shù)據(jù)，這些通訊數(shù)據(jù)在信號(hào)線上是按位進(jìn)行傳輸?shù)?，每一位?shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。

這種通訊方式的優(yōu)點(diǎn)是使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通訊中可以節(jié)約通訊成本。當(dāng)然，其傳輸速度比并行通訊慢。對于RS485 串行接口其最大傳輸速率為10 Mbit/s，最長通訊距離為1 200 m。

1.3 通訊協(xié)議格式

串口通訊傳輸?shù)幕舅枷牖趲瑐鬏敺绞?，即在向串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)是逐幀發(fā)送。在每幀傳輸過程中采用應(yīng)答方式[4]。具體為上位機(jī)發(fā)送命令參數(shù)，變頻器首先通過校驗(yàn)判斷是否為正常幀，若校驗(yàn)為正常幀，可以接收并做出應(yīng)答。否則丟棄不予應(yīng)答。

本文所舉例的變頻器的通訊幀格式如圖2 所示，每一幀都由幀頭、幀格式數(shù)據(jù)塊、校驗(yàn)和、幀尾四部分構(gòu)成。

EOT：起始位，1個(gè)字節(jié);

DATA：數(shù)據(jù)塊，n 個(gè)字節(jié)，包括命令字、參數(shù)、工作狀態(tài)等內(nèi)容;

BCC：校驗(yàn)和，2個(gè)字節(jié)，為其前5 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)之和，低位在前，高位在后;

ETX：結(jié)束，1個(gè)字節(jié)。

通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)格式為：

1)串口幀采用10位幀，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位，均為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，字長為8 bit，采用COM1串口，波特率為9 600 bit/s;

2)變頻器根據(jù)上位機(jī)指令向上傳送相應(yīng)數(shù)據(jù);

3)應(yīng)答發(fā)送，微機(jī)發(fā)出修改命令，變頻器接收命令后，修改參數(shù)，并把參數(shù)修改情況傳給上位機(jī);

4)上位機(jī)發(fā)送其他命令如啟動(dòng)、停止等。

2 MSComm控件

Microsoft Communication Control(簡稱MSComm)是Microsoft 公司提供的在Windows下進(jìn)行串行通訊編程的ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過串行端口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的簡便方法。

2.1 MSComm控件的引用

MSComm 控件的引用和其他ActiveX 控件的引用類似，一般都是在Visual C++6.0環(huán)境下，新建一個(gè)工程，在“工程”菜單下，選擇“增加到工程”的Components

and Controls Gallery 選項(xiàng)，在彈出的對話框中打開“Registered ActiveX Controls”，選擇“Microsoft Communications Control version 6.0”插入到工程中，這樣類似電話機(jī)模樣的MSComm控件就出現(xiàn)在工具框中，用戶可以像使用內(nèi)部控件那樣把它添加到窗體。

值得一提的是，該控件可以放在窗體的任一位置，在運(yùn)行的時(shí)候?qū)ν馐遣豢梢姷摹?/p>

2.2 MSComm控件兩種處理通訊的方式

MSComm控件有兩種處理通訊的方式，包括事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式[5,6]。在文獻(xiàn)[5，6]中對此做了詳細(xì)介紹。

2.3 MSComm控件的屬性

MSComm 控件中比較重要的幾個(gè)屬性如下：

CommPort 設(shè)置并返回通訊端口號(hào)，缺省值為COM1，可設(shè)置1~16個(gè);

Settings 以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位;

PortOpen 設(shè)置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可打開和關(guān)閉端口;

Input 讀入并清除接收緩沖區(qū)的字符;

Output 將發(fā)送的字符串或數(shù)組寫到發(fā)送緩沖區(qū);

CommEvent 在通訊錯(cuò)誤或事件發(fā)生時(shí)產(chǎn)生;

OnComm 事件，CommEvent 屬性存有該錯(cuò)誤或事件的數(shù)值碼。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 程序模塊

軟件實(shí)現(xiàn)主要包括上位機(jī)初始化程序模塊，串口事件處理模塊，數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K，數(shù)據(jù)處理模塊等。

3.1.1 上位機(jī)初始化模塊

打開串口并設(shè)置串口參數(shù)，同時(shí)，預(yù)讀緩沖區(qū)以清空殘留數(shù)據(jù)，對串口初始化。設(shè)置的串口參數(shù)包括：串口號(hào)、波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位等。

主要代碼如下：

If(m_ctrlComm.GetPortOpen())

m_ctrlComm.SetPortOpen(FALSE);// 檢查串口，如果是打開的，則關(guān)閉

m_ctrlComm.SetCommPort(1); // 根據(jù)協(xié)議要求，選擇COM1端口

m_ctrlComm.SetSettings(“9 600，n，8，1”);// 設(shè)置波特率9 600，無校驗(yàn)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位

m_ctrlComm.SetInputMode(1);//1：表示以二進(jìn)制方式檢取數(shù)據(jù)

m_ctrlComm.SetRThreshold(1);// 參數(shù)1表示每當(dāng)串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于1 個(gè)字符時(shí)將引發(fā)一個(gè)接收數(shù)據(jù)的OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen(0);//設(shè)置當(dāng)前接收區(qū)數(shù)據(jù)長度為0，表示全部讀取

m_ctrlComm.GetInput ();// 先預(yù)讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據(jù)

3.1.2 串口事件處理模塊

該模塊主要是接收下位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)包進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換，以便于數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K對其進(jìn)行處理。主要代碼如下：

switch(m_ctrlComm.GetCommEvent ())// 代表控件引起的事件

{

case 2: //comEvReceiv 事件，事件值為2 表示接收緩沖區(qū)內(nèi)有字符

{

VARIANT variant_inp;

COleSafeArray safearray_inp;

LONG len，k;

BYTE rxdata[2048];

CString strtemp，m_str;

variant_inp=m_ctrlComm.GetInput();//讀緩沖區(qū)

safearray_inp=variant_inp;//VARIANT 型變量轉(zhuǎn)換為ColeSafeArray型變量

len=safearray_inp.GetOneDimSize ();// 得到有效數(shù)據(jù)長度

for(k=0;k

safearray_inp.GetElement(k，rxdata+k);//轉(zhuǎn)換為BYTE型數(shù)組

}

for(k=0;k

BYTE bt=*(char*)(rxdata+k);

strtemp.Format(“%02X”，bt);// 將字符以十六進(jìn)制方式送入臨時(shí)變量strtemp存放，注意這里應(yīng)加入一個(gè)空隔

m_str+=strtemp;

//加入接收編輯框?qū)?yīng)字符串

}

// 微機(jī)控制變頻器的參數(shù)通過類似COIeVariant的構(gòu)造函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，COIeVariant 可以接收各種類型的數(shù)據(jù)(如字符串、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)等)并自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換為符合VARIANT要求的數(shù)據(jù)。然后就可以根據(jù)自己的通訊協(xié)議要求加入相應(yīng)的處理代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞[6]。

…… //在此可以添加通訊協(xié)議代碼

}

}

3.1.3 數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K

根據(jù)約定的通訊協(xié)議，對于上位機(jī)發(fā)送的命令，不符合協(xié)議格式(包括數(shù)據(jù)頭，尾，數(shù)據(jù)長度等)時(shí)，下位機(jī)將不予應(yīng)答;對于下位機(jī)傳送給上位機(jī)的數(shù)據(jù)，處理方式相同。符合協(xié)議格式(包括數(shù)據(jù)頭，尾，數(shù)據(jù)長度等)時(shí)，計(jì)算校驗(yàn)和，校驗(yàn)和為其前5 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)之和。校驗(yàn)正確，則進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊，否則，丟棄不予處理。

3.1.4 數(shù)據(jù)處理模塊

此模塊包括數(shù)據(jù)解包，數(shù)據(jù)提取，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如將得到的十六進(jìn)制的頻率數(shù)據(jù)，以十進(jìn)制數(shù)據(jù)方式上傳至上位機(jī)顯示。

此外還有等待超時(shí)處理模塊，數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤處理模塊等。

3.2 通訊協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)

變頻器與微機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，首先，作為下位機(jī)的發(fā)送方先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按協(xié)議規(guī)定的格式組成數(shù)據(jù)包，并求出檢驗(yàn)和，然后連同包頭和包尾一同發(fā)送出去。作為上位機(jī)的接收方收到數(shù)據(jù)后，通過軟件實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議，主要流程如圖3所示。

在軟件實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議的過程中，處理和校驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，注意要將接收的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為合適的數(shù)據(jù)格式，否則在調(diào)試的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者在上位機(jī)的控制界面上不能正確顯示。

3.3 界面實(shí)現(xiàn)

該軟件主要由靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)兩部分組成。靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)包括串口參數(shù)的選擇和參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示，并可選擇和修改參數(shù)命令;由于該變頻器采用應(yīng)答式通訊，所以在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)中，顯示下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，同時(shí)，在靜態(tài)工作區(qū)可以導(dǎo)入導(dǎo)出參數(shù);

在動(dòng)態(tài)工作區(qū)，可以根據(jù)需要，選擇是否進(jìn)行定時(shí)發(fā)送測量命令，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控下位機(jī)的工作狀況。靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)兩部分相互配合，實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的完整控制。如圖4所示。

4 結(jié)語

采用Visual C++環(huán)境下的MSComm控件對變頻器進(jìn)行軟件編程，通過變頻器的RS485串口通訊功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整下位機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的集中控制。軟件界面友好，操作方便，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。