工程实践与科技创新-第7大组-本地主系统设计报告(1)

工程实践与科技创新-第7大组-本地主系统设计报告(1)内容摘要：

机发往从机的信息帧，称为命令帧；由通信从机发往主机的信息帧，称为响应帧。 由通信主机发往某特定从机的命令帧，称为单播命令帧；由通信主机发往所有从机的命令帧，称为广播命令帧。 响应帧是对确定的单播命令帧的回复，两者有一 一对应关系；从机收到广播命令帧，不回复任何响应帧。 表 信息帧的基本结构 传输时字符（ ASCII 代码）数 编码段 表示意义 命令帧 响应帧 1 SOI 起始标识 2[注 1] VER 通信协议版本号 2[注 1] ADR 目的地址 2[注 1] CMD1 RSPD 命令码 1/响应标识码 2[注 1] CMD2 RTN 命令码 2/返回码 2[注 1] LENGTH 参数段字节长度 2[注 1]  LENGTH INFO 参数段 2[注 1] CHKSUM 校验和 1 EOI 结束标识 注 1：传输时使用 2 倍的字符数，例如若编码段 VER 的编码为 0x10，则传输时使用字符 ’1’和 ’0’表示，即 ASCII 代码 0x31， 0x30（高位数字对应的字符在先，低位在后）。 起始标识和结束标识 (SOI 和 EOI) 起始标识采用字符 ’~’，相应 ASCII 代码为 0x7E。 第 10页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 结束标识采用字符 ’\r’ （回车符），相应 ASCII 代码为 0x 0D。 通信协议版本号 (VER) 对应为 0x10。 目的地址 (ADR) 在本应用的通信系统中，无论通信主机还是任何一个确定的从机，都具有确定的唯一性标识，称通信机的地址。 以下说明地址编码的分配情况。 0：分配给通信主机的地址码。 1~254（ 0x01~0xFE）：分配给各通信从机的地址码，从 ADR 的地址容量角度看，本应用中最多可同时容纳 254 个通信从机。 255（ 0xFF）：保留，拟作通信主机向所有通信从机传输广播信息时的地址标识。 命令码 命令码 2 (CMD CMD2) 在命令帧中，命令码 CMD1 和 CMD2 组合表示一条命令代码。 CMD1 是主码，表示一 类命令，一般同类命令的 CMD1 相同； CMD2 是辅码，与主码配合，构成命令的唯一性标识。 CMD1 和CMD2 的编码方式，由协议使用者根据业务需要自行确定。 响应标识码、返回码 (RSPD、 RTN) 在响应帧中，通过响应标识码 RSPD 指示所对应的命令帧情况， RSPD 取所对应命令帧的CMD1 的值。 通信主机收到该响应帧时，可通过阅读 RSPD 段，检验是否是与所发命令帧相对应的响应，减少错误响应对通信系统正常工作的影响。 当目的接收机（某通信从机）正常接收命令帧（基本结构要素完整，即 SOI 和 EOI 存在，长度符合要求），并正 确解析命令后，应按要求回复响应帧，且在 RTN 段中指示“正常回复”。 通信从机应按以下顺序，依次对命令帧进行解析： 4. 检查 VER 段； 5. 检验 CHKSUM； 6. 判断 CMD CMD2 的合法性和有效性； 7. 检验 LENGTH与 INFO 段实际长度是否相符； 8. 判断 INFO 段中各参数的合法性和有效性。 若命令帧解析失败，通信从机通过响应帧的 RTN 段编码（见表 3），向主机指示按以上顺序检验到的第 1 种错误。 第 11页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 表 3 返回码 意义 编码 正常回复 00 VER 错 01 CHKSUM 错 02 非法或无效命令 03 参数段长度错 04 非法或无效参数 05 参数段长度 LENGTH LENGTH： 0~255（ 00H~0FFH） CHKSUM的计算： 除 SOI、 EOI 和 CHKSUM 外，其他字节累加求模 256 和，取结果的补码 (原码取反加 1)。 换言之，除 SOI、 EOI 外，其他字节 (包括 CHKSUM)的原码的模 256 和应为 0。 参数段 INFO INFO 段格式及编码，由协议使用者根据业务需要自行定义。 信息帧可以没有参数段（相应LENGTH取 0）。 下行命令帧形式 在命令帧中，命令码 CMD1 和 CMD2 组合表示一条命令代码。 CMD1 是主码，表 示一类命令，一般同类命令的 CMD1 相同； CMD2 是辅码，与主码配合，构成命令的唯一性标识。 LENTH表示数据位的字节长度， INFO 用以传递命令中必要涉及的数据，如设定水温目标值，设定电机转速，获取超声测距的结果等，当命令中不必要传输数据时（如要求读取电机转速命令）则 INFO 为空。 下行命令帧（全局主系统对本地主系统，或本地主系统对子系统）中的 CMD1 和 CMD2 的编码方式，以及 LENGTH和 INFO 的使用实例，参见表。 表 本地主系统命令帧的格式和内容 序号 通信对象 功能描述 命令帧 SOI VER ADDR CMD1 CMD2 LENGTH INFO CHECKSUM EOI 1 水温控制 检测状态 ~ 0x10 0x01 0x00 0x00 0x00 无 程序自动计算 /r 设定温度 ~ 0x10 0x01 0x01 0x01：开始加热 0x01 温度 /r 0x00：停止加热 读取温度 ~ 0x10 0x01 0x02 0x00 0x00 无 /r 重启系统 ~ 0x10 0x01 0x03 0x00 0x00 无 /r 2 电 机转速 检测状态 ~ 0x10 0x02 0x00 0x00 0x00 无 /r 第 12页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 写工作方式 ~ 0x10 0x02 0x01 0x00:正转停转 0x01 转速 /r 0x01:正转开转 0x02:反转停转 0x03:反转开转 读取状态 ~ 0x10 0x02 0x02 0x00 0x00 无 /r 重启系统 ~ 0x10 0x02 0x03 0x00 0x00 无 /r 3 超声波测距 检测状态 ~ 0x10 0x03 0x00 0x00 0x00 无 /r 写工作方式 ~ 0x10 0x03 0x01 0x00 0x01 工作方式 /r 读取测量值 ~ 0x10 0x03 0x02 0x00 0x00 无 /r 重启系统 ~ 0x10 0x03 0x03 0x00 0x00 无 /r 上行响应帧形式 当目的接收机（某通信从机）正常接收命令帧（基本结构要素完整，即 SOI 和 EOI 存在，长度符合要求），并正确解析命令后，应按要求回复响应帧，且在 RTN 段中指示“正常回复”。 通信从机应 按以下顺序，依次对命令帧进行解析： 9. 检查地址位是否针对本机 10. 检查 VER 段； 11. 检验 CHKSUM； 12. 判断 CMD CMD2 的合法性和有效性； 13. 检验 LENGTH与 INFO 段实际长度是否相符； 14. 判断 INFO 段中各参数的合法性和有效性。 从机根据解析结果确定响应帧的 RTN 位，若命令帧无错误，则执行该命令。 无论命令帧是否合理，从机一定会根据命令帧给出相应的响应帧。 从机给本地主系统响应帧结构如表 所示。 对于本地给全局的上行数据帧，其格式与从机给本地的响应帧完全相同 表 从系统响应帧格式与内容 序号 通信对象 功能描述 响应帧 SOI VER ADDR RSPD RTN LENGTH INFO CHECKSUM EOI 1 电机转 速 状态检测 ~ 0x10 0x00 0x00 0x00：无错误 0x01： VER 错误 0x02:CHKSUM 错 0x03:非法命令 0x04:参数段长度错 0x05:非法或无效参数 0x01 0x00:在线 程序自动计算 /r 0x01:不在线 写工作方式 ~ 0x10 0x00 0x01 0x01 0x00:设定成功 /r 0x01:设定失败 读取状态 ~ 0x10 0x00 0x02 0x01 0x00:正向停转不稳定 转速 /r 0x01:正向停转稳定 0x02:正向运转不稳定 0x03:正向运转稳定 0x04:反向停转不稳定 0x05:反向停转稳定 0x07:反向运转不稳定 0x08:反向运转稳定 2 水温控 制 状态检 测 ~ 0x10 0x00 0x03 0x01 0x00:在线 /r 0x01:不在线 第 13页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 设定温度 ~ 0x10 0x00 0x04 0x01 0x00:设定成功 /r 0x00:设定失败 读取温度 ~ 0x10 0x00 0x05 0x02 0x00：温度不稳定 温度 /r 0x01：温度稳定 3 超声波 测距 状态检测 ~ 0x10 0x00 0x06 0x01 0x00:在线 /r 0x01:不在线 写工作方式 ~ 0x10 0x00 0x07 0x01 0x00:设定成功 /r 0x00:设定失败 读取状态 ~ 0x10 0x00 0x08 0x02 0x00:结果稳定 厚度值 /r 0x01:结果不稳定 通信时序特性 异步通信字节格式： 9600 Baud， 8 位数据，无奇偶校验位， 1 位停止位； Tbb：帧内字节间隔时间； Tcr：命令帧 响应帧间隔时间； Trc：响应帧 下一命令帧间隔时间。 表 4 通信时序特性 符号 最小值 MIN 最大值 MAX Tbb 0 20 ms Tcr 0 500 ms Trc 0 — 注：若 TbbTbbMAX，则通信接收方可判定帧传输中止；若 TcrTcrMIN 或 TrcTrcMIN ，则存在通信接收方无法正确接收的风险；若 TcrTcrMAX，则通信主机可判定目的从机不在线。 T bb … S O I E O I 命令帧 N … S O I E O I 命令帧 N +1 … S O I E O I 对 命令帧 N 的响应帧 T bb T cr T rc 图 1 通信时序特性 第 14页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 5. 主从通信协议的程序实现 本地主系统的上、下行控制模块以及各个子系统的接口模块通过通信协议进行数据通信。 本部分以本地主机的下行 通信控制模块的程序模板为例来说明主从通信协议的实现过程。 其他子系统的通信协议可以参照此模板实现各个子系统的控制功能。 功能描述 本地主系统下行通信控制模块可以实现以下几种功能： 15. 本地主系统在不与全局主系统相连时可以发送一些命令帧。 16. 实现通信协议内容。 17. 对三个下属从机进行轮询操作，通过串行通信端口与从机通信，向下传递命令并获得相应响应帧。 18. 可以实现通信时序。 5. 可对命令帧及响应帧进行命令解析。 常量定义 6. private btn1。 7. private pictureBox1。 8. private groupBox1。 9. private radioButton2。 10. private radioButton3。 11. private panel1。 12. private label1。 13. private panel2。 14. private panel3。 15. private textBox1。 16. private label2。 17. private label3。 18. private label4。 19. private textBox2。 20. private groupBox2。 21. private textBox4。 22. private textBox3。 23. private label8。 24. private label7。 25. private la。