基于嵌入式的變電站蓄電池遠程監(jiān)測平臺的設(shè)計與實現(xiàn)
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2CM模塊端的通信軟件設(shè)計與實現(xiàn)
軟件的設(shè)計主要是模塊之間數(shù)據(jù)的交換及處理，CM模塊端即ARM上的軟件設(shè)計包括兩大部分。一是與TM模塊的通信，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線RS485進行串口數(shù)據(jù)通信。接收單片機的檢測、報警、等數(shù)據(jù)，并把接收到的PC機控制命令傳送至TM模塊。另一部分是與PC機的通信，通過Socket的UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，兩者之間形成C/S結(jié)構(gòu)模式。應(yīng)用以太網(wǎng)通信(基于TCP/IP)的通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸共享，實現(xiàn)交互操作。系統(tǒng)通信流向如圖3所示。
CM模塊端與單片機和PC機兩方數(shù)據(jù)通信采用多進程方式來實現(xiàn)，與單片機串口通信和PC機的套接口通信分別在CMTM和CMPC這兩個進程中完成，兩進程之間通過共享內(nèi)存和信號量實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享及進程間的同步。
2.1串口通信(CMTM進程)
利用串口進行文件傳輸首先要打開和配置串口，按要求設(shè)置好速度和傳送方式之類的參數(shù)；然后，選擇一定的傳送協(xié)議和方式，設(shè)置好傳送雙方的同步方式；接著就可以按照選擇的傳送協(xié)議和同步方式來傳送數(shù)據(jù)或文件了。Linux平臺下串口屬性參數(shù)全部反映在一個structtermios結(jié)構(gòu)體中，其結(jié)構(gòu)如下：
structtermios{
tcflag_tc_iflag；//輸入模式標志
tcflag_tc_oflag；//輸出模式標志
tcflag_tc_cflag//控制模式標志
tcflag_tc_lflag；//線路選項
cc_tc_line；//行控制
cc_tc_cc[NCCS]；//控制字符
}；
其中含有大約50個標志位，這些標志位在頭文件termios.h中定義。串口編程的關(guān)鍵是對串口的配置，為了編程方便，Linux系統(tǒng)還包含了一系列針對termios結(jié)構(gòu)的設(shè)置函數(shù)，用來完成獲取和設(shè)置串口屬性[2]。Linux下串口設(shè)置很多，本設(shè)計主要的設(shè)置有如下幾方面：
①c_cflag的基本參數(shù)設(shè)置，如波特率(Baudrate)、數(shù)據(jù)位(Bits)、停止位(Stops)及校驗方式(Parity)等。配置過程如下：
struettermiosoptions；//termios的變量聲明
optionsc_cflag|=B9600；//波特率為9600bps
optionsc_cflag|=CS8；//采用8個數(shù)據(jù)位
optionsc_cflag|=～CSTOPB；//使用1個停止位
optionsc_cflag=～PARENB；//取消校驗位
②輸入輸出方式設(shè)定。根據(jù)是否對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行預(yù)處理，可分為預(yù)處理方式(Canonical)和原始(Raw)方式。預(yù)處理方式常用于Modem通信。如果只是串口傳輸數(shù)據(jù)，而不需要串口來處理，則使用原始模式(RawMode)方式來通訊，本文采用原始輸入方式：
options.c_lflag=~(ICANON|ECHO|ECH-OE|ISIG)；//RawModeforlnput
options.c_oflag=~OPOST；//RawModeforOutput
③控制字選項
c_cc包含一些控制字的定義和讀取等待定時器(ReadTimeoutTimer)配置選項。其中，VSTART和VSTOP參數(shù)設(shè)定軟件流控制的起始和停止字符(默認是11H和13H)。VMIN和VTIME參數(shù)用來控制系統(tǒng)的讀操作，VMIN設(shè)置每次讀取的最少字節(jié)數(shù)，VTIME設(shè)置讀取操作的等待時間(以0.1s為單位)。這2個參數(shù)的具體值影響了讀操作的行為。本文無軟件流的控制。所以設(shè)置如下：
Optionsc_cc[VTIME]=150；
Optionsc_cc[VMIN]=0；
除了上述的配置，傳送協(xié)議和方式的設(shè)定也是很關(guān)鍵的一環(huán)。結(jié)合實際情況，基于modbus協(xié)議的RTU傳輸模式作了相應(yīng)的小變動。由于變電站蓄電池數(shù)目較多，實現(xiàn)通信信息的識別，在發(fā)送包含自檢信息的字節(jié)前，先發(fā)送4個字節(jié)用于接收端的判斷，然后是幀長度(1byte)、目標地址(1byte)、源地址(1byte)、命令字(1byte)、標志數(shù)據(jù)(2byte)、數(shù)據(jù)(n*3byte)，最后是幀數(shù)據(jù)的CRC校驗值(2byte)。這里通訊數(shù)據(jù)采用不定長幀格式，便于后序功能的擴展。串口配置、通訊協(xié)議和方式規(guī)定完成后，便可用read()和write()等函數(shù)進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送了。ARM與單片機串口數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)在CMTM進程中完成，其主流程圖如圖4(a)所示。進程TMCM通過串口監(jiān)聽并接收單片機發(fā)送的檢測信號以及發(fā)送PC機的操作命令，負責(zé)將TM模塊發(fā)來的串口數(shù)據(jù)接收后存人相應(yīng)的反饋數(shù)據(jù)共享內(nèi)存SHM_TMCM中去，同時負責(zé)檢查共享內(nèi)存SHM_CMTM中是否有新的控制或操作命令到來，若有則將其轉(zhuǎn)發(fā)到串口。試運行時編寫相關(guān)的串口軟件，手動和自動對CM模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，此進程能準確實時地與軟件進行數(shù)據(jù)交換，通信效果良好。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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