设备接口设计

设备接口设计（精选7篇）

设备接口设计 篇1

USB (Universal Serial Bus) 即 “通用串行总线 ” 是计算机和外设间通信的一种工业标准。 它主要用于计算机与外围设备的互联, 是一种串行总线标准。

1芯片概述

接口芯片与上位机通信并提供对外围CPU接口, 使得开发者无须去关心复杂的USB协议。 根据所设计产品的需求, 选择CYPRESS半导体公司的CY7C63001A USB控制器作为接口芯片。 CY7C63001A是符合低速USB低成本的一种解决方案, 它支持2个端点和1个设备地址。 CY7C63001A是一个高性能的8位RISC微控制器, 具有128字节的片内RAM, 4K字节的EPROM。 有12个通用I/O引脚[2]。

2硬件设计

该USB设备的硬件设计以CY7C63001A芯片为中心, 所连接的存储器是ATMEL公司的AT24C02, 接口兼容I2C总线规范, 通过一对串行时钟、 数据线对片内存储单元进行读写。 其电路原理图如图1所示。 按照USB规范的要求, 将微控制器第13引脚 (D-) 通过一个7.5K上拉电阻 连接到+5V的VBUS。 微控制器 第5引脚 ( P1.0) 连接24C02的第7脚 (WP, 写保护 ) , 控制24C02的写操作功能 。 WP为高电平读取24C02的内容; WP为低电平时可进行读、 写操作。 微控制器第1脚 (P0.0) 连接24C02的第6脚 (SCL, 串行时钟),为控制24C02的读写操 作提供时 钟 ; 微控制器 的第2脚 (P0.1) 接24C02的第5脚 (SDA, 串行数据 、 地址 ), 作为读写24C02的数据、 地址信号线。 微控制器通过这3根信号线完成对24C02的读写操作。

3编写驱动程序

系统内核与硬件之间设备通信要通过驱动程序, 它屏蔽了应用程序与硬件之间的细节。 Linux设备驱动分为3类: 字符设备、 网络设备与块设备。 USB设备一般都作为字符设备来进行处理, 这是是通过串行通信来读写数据, 在此所编写驱动即为字符设备驱动。 下面则结合该设备代码来介绍Linux下USB驱动的开发。

3.1注册与注销驱动

Linux下USB驱动程序在USB子系统里注册并提供一些信息。

这是USB驱动框架数据结构。 name是驱动程序模块的名字。 probe函数是在驱动向USB系统注册后当插入一个USB设备时将自动处理的函数。 disconnect函数在拔掉设备后自动运行。 fops是驱动提供的文件操作的接口结构, 通过这样注册一个file_operations函数指针, 使得可与用户空间实现方便的交互。

USB驱动程序初始化模块函数中通过调用usb_register进行注册, 传入刚才定义的驱动框架结构。

相应地在卸载模块函数中通过调用usb_unregister函数注销USB子系统。

在probe函数中, 驱动程序通常首先确认插入的设备是否可被接受, 即USB硬件的厂商号和设备号是否和驱动相匹配, 若相符则在devfs子系统中注册设备, 允许devfs用户通过fops定义的文件操作接口来访问该设备。

当拔掉USB设备时, 会调用disconnect函数, 驱动程序需要从devfs上注销。

3.2数据处理函数

当USB驱动与设备绑定好后, 任何用户 通过file_operations结构所定义的函数即可操作此设备 。

首先, open设备后即可对设备进行操作。 MODULE_INC_ USE_COUNT宏在open函数中起到计数的作用 , 计数器在用户态程序打开一个设备后就加1。 若以模块方式加入一个驱动且计数器不为零, 则说明该驱动属于使用状态, 是不可以通过rmmod命令卸载驱动模块的。

当open完设备完成后, read、 write函数就可以发送和接收数据了。

在usb_read函数中 , 我们采用 中断方式 传输 , 用FILL_INT_URB宏建立一个urb, 调用usb_submit_urb函数来提交urb。

由于设备没有中断OUT端点, 因此需要采用Set_Repor标准请求来从主机接收数据。 所以write函数没有用urb传送数据, 而是用usb_set_report函数代替, 这个函数可以发送数据给设备, 并且不需要创建urb和操作urb函数。

4结语

USB设备由于其低价和高性能 , 在近几年内得到迅速的普及。 采用CY7C63001A开发出的低速通信设备, 满足了价格和性能这两方面的要求。 已投放市场经过了实际的 检验 , 证实了该系统设计方案的可行性。

参考文献

[1]杨辉,等.数字化教学资源保护系统的设计[J].山东水利职业学院院刊,2006,(3).

[2]徐增祥.USB软件狗的设计及反破解技术[J].电子技术应用,2012,(8).

[3]罗予东.一种USB软件狗的设计及防解密研究[J].计算机时代,2009,(8).

[4]曾水平.Linux系统下USB设备驱动的实现[J].计算机时代,2013,(7).

设备接口设计 篇2

1553B总线由于其成熟、可靠的特点已广泛的作为飞机的机载总线应用于各个分系统中,在许多分系统中,总线接口模块往往需要采用非标准局部总线设计来满足与所在系统的数据交互功能。由于非标准总线定义各不相同,这就对总线接口模块的测试和试验造成了很大的难度。传统的测试方法为每一种接口模块设计专用的测试设备,与其相配套的CPU模块来进行测试,这样不仅成本高、通用性差、测试效率低,而且在试验条件下对配套CPU模块损害大。对于总线接口模块的测试如何降低测试成本,并且提高测试效率已成急需解决的问题。

本文采用基于串行总线架构的测试设备设计,由于串行总线克服了并行总线在系统带宽、可靠性和可扩展性等方面的固有缺陷,有利于数据的长距离有效传输,这就大大提高了设备的通用性及可靠性。

2 测试产品描述

多路传输数据总线接口(MBI)模块是航空电子通信子系统最为重要的组成部分。各子系统通过MBI模块接入1553B总线通信系统中。由于各个子系统没有统一的标准,MBI模块连接器有多种标准及自定义局部总线型号,而这些总线协议并不兼容,通用的测试设备至关重要。航空产品在交付前要经过大量的试验,包括低温试验、高温试验、ESS试验及功能振动试验等等,如果CPU端随产品一块试验,这种高强度长时间的实验对CPU端造成很大的损害,所以分离式的测试设备设计必不可少。

3 工装设计方案

MBI模块测试设备满足接口测试和通信测试的要求,包括测试工装(内含4块MBI模块)、CPU端、工控机三部分。测试工装完成MBI模块安装,提供主机信号、1553B信号及电源转换功能;CPU端用于模拟用户主处理器,通过运行驱动软件完成对多个MBI模块的控制;测试工装与CPU端通过串行总线连接;工控机内装1553B仿真卡,用于运行测试软件和与测试工装内各模块相连;CPU端通过网口、串口与工控机相连,完成主机软件的调试、加载。

3.1 硬件设计

方案中CPU端通过串行总线接口来访问MBI模块,串行总线信号先转换为并行总线信号,可供标准并行接口MBI模块工作使用,若为其他接口总线,可以进一步通过FPGA芯片转换。本次测试产品为自定义总线接口,本设计以自定义总线接口为例。功能架构如图1所示,测试工装硬件电路包括:电源电路、时钟电路、接口转换电路、驱动隔离电路、主机接口电路。接口转换电路中,标准并行总线接口转换为自定义总线接口,然后通过驱动隔离电路与MBI模块相连,从而实现CPU端对MBI模块的配置和数据收发功能。加载程序及调试通过自定义总线引出的调试串口和调试网口实现。测试设备供电28V,然后通过电源转换电路转为各芯片使用的低电压信号。

PCI作为一种通用的总线接口标准,它在目前的计算机系统中得到了非常广泛的应用,本身可以直接供PCI接口的模块使用。

PCI总线是地址/数据复用的总线,包括以下主要信号:AD(32位地址/数据总线)、C/BE(命令/字节使能信号)、FRAME(总线访问发起信号)、DEVSEL(设备选择信号)、IRDY(初始准备好信号)、TRDY(目标准备好信号)。PCI总线单周期访问时序关系如图2所示。

自定义总线已广泛应用于机载嵌入式计算机系统,最高总线速度可达33MHz,位宽32位。自定义总线是地址、数据分开的总线,包括以下主要信号:XA(地址总线)、XD(32位数据总线)、XBE(字节使能)、XM/IO(表示总线周期为存储器访问周期或IO访问周期)、XD/C(表示总线周期为数据周期或指令周期)、XW/R(表示总线周期为写周期或读周期)、XSEL(总线设备选择信号)XCYC(访问请求信号,表示总线周期的地址已有效)、XCMD(总线信号,表示总线周期的数据已有效)、XWAIT(等待信号,表示从设备未准备好)、XBS16(16位设备标识信号)。自定义总线访问周期时序关系见图3。

本设计在FPGA内部实现从PCI总线扩展自定义总线的控制,FPGA内部设置状态机,对总线状态进行监控、转换,实现了PCI总线至自定义总线的透明桥控制。虽然PCI与自定义总线协议不同,但是在访问数据的时候,地址线、数据线、片选信号、读写使能信号都是并行发送的,逻辑需要处理的就是依据总线访问信号来进行数据包解析和读写信号的提取,具体流程如下:

3.2 软件设计

在本文中与CPU端采用Power PC处理器,移植嵌入式实时操作系统Vx Works5.5,在Tornado环境下开发串行总线驱动和测试程序。

(1)主机串行总线接口驱动

系统上电后,主机串行总线接口驱动软件对Power PC的总线控制器和桥片进行配置,配置完成后,主机就可以访问从设备。配置流程如图5所示。

首先初始化Power PC的基地址和空间大小。Power PC在内部定义了多个局部存取窗口,按照优先级选取一个窗口作为串行总线的配置窗口,可配置窗口大小和窗口的基地址。然后通过ID号能扫描Power PC的串行总线设备,并对设备进行链路训练。然后查询训练状态,如果状态为0x16,训练通过,若果链路正常,可以进行下一步设置;如果不是,则需要检查链路上的异常,出现异常的原因可能有物理链接、时钟、以及PCB走线等。训练通过后进行Power PC的串行总线设备寄存器设置,需要把Power PC的串行总线设备配置为主设备,设置为BUS0,点对点连接的设备为BUS1。配置完Power PC的串行总线设备后再次扫描链路,查找链路上的桥片,桥片的总线号是BUS1,找到后再按照类型1配置桥片的头标区,配置原级总线号、次级总线号寄存器,并配置下游设备的PCI空间基址和大小。

(2)多模块访问设计

为了实现同一个宿主机CPU模块控制多个同一种MBI模块,需要区分MBI模块在主机存储空间的地址。MBI模块是通过双口存储器来实现和宿主机的数据交换、指令执行。MBI模块的双口存储器空间为0x X0000000~0x X0003FFFH,0x X*******H的高位地址片选信号由CPU模块通过SEL0给出并连接到MBI模块的大存储器片选引脚。MBI模块的宿主机接口部分电路用来译码的自定义总线地址信号A19~A16和MBI模块的大存储器片选来实现0x X0000000~0x X0003FFFH,可以将CPU处理器的A22~A16与MBI模块的A19~A16地址信号移位连接,实现MBI模块占用宿主机CPU不同的存储器空间设计,实现一个CPU可以同时初始化启动4块MBI模块的设计思想。移位连接地址信号的连接逻辑框图如图6所示。

通过软件编程的方法保证主机板CPU测试程序可以同时初始化和启动4块MBI模块。多MBI模块和主机的接口地址如下:

MBI1:0x X0000000~0x X0003FFF命令字单元:0x X0001BC0,消息接收区:0x X0001C00,发送区:0x X0001D00

MBI2:0x X0080000~0x X0083FFF命令字单元:0x X0081BC0,消息接收区:0x X0081C00,发送区:0x X0081D00

MBI3:0x X0100000~0x X0103FFF命令字单元:0x X0101BC0,消息接收区:0x X0101C00,发送区:0x X0101D00

MBI4:0x X0200000~0x X0203FFF命令字单元:0x X0201BC0,消息接收区:0x X0201C00,发送区:0x X0201D00

4 测试验证

依据产品功能,MBI模块要进行三方面测试:资源测试,对MBI模块每个节点进行资源有效性测试;通信测试,对MBI模块每个节点进行通信有效性测试;循环测试,对MBI模块每个节点进行循环测试。具体测试内容如图7所示。

(1)MBI模块资源测试

对MBI模块进行资源有效性测试,主要包括IO测试(RTC测试)、DPRAM的读写测试、BIT测试和RESET测试,测试函数逻辑如下:

a.根据测试菜单提示,进入不同的资源测试;

b.RTC测试:根据地址读取高16位和低16位的RTC值,并将其拼为32位RTC值,调用MBI模块驱动软件接口Delay_nus延迟,再读取RTC值,与之前读取的值进行比较;

c.DPRAM测试:向指定地址写入指定值,将地址中存储数据取出,并与写入值进行比较;

d.BIT测试:调用MBI模块驱动软件接口MBI_Bit Drv,检查返回值;

e.RESET测试:调用MBI模块驱动软件接口MBI_ResetDrv,检查返回值;

f.根据返回结果打印。

(2)MBI模块通信测试

对MBI模块每个节点进行通信有效性测试,测试函数逻辑如下:

a.调用MBI模块驱动软件接口MBI_Open Device打开设备;

b.调用MBI模块驱动软件接口MBI_data Init初始化MBI模块输入、输出串口,通信地址;

c.根据MBI模块驱动软件接口MBI_Refresh Drv发送消息,调用MBI模块驱动软件接口MBI_Read Drv从Buffer中读取数据;

根据测试结果打印。

(3)MBI模块循环测试

对MBI模块每个节点进行循环测试,依次进行上述所有测试,测试函数逻辑如下:

a.进入循环,根据循环次数依次进行IO测试(RTC测试)、DPRAM测试、BIT测试、通信测试;

b.循环结束,根据设置的参量统计各个测试的失败次数;

c.根据测试结果打印。

5 总结

本文主要介绍了一种基于串行总线接口的1553B总线接口模块测试设备的设计与实现,通过将CPU外置并通过串行总线与测试工装连接,在测试工装内实现串行总线接口到并行总线接口的协议转换以及并行总线接口到自定义总线接口的协议转换,解决了传统的1553B总线接口模块一对一测试的问题,大大提高了测试设备的通用性和可靠性,有效降低了成本,为1553B总线接口模块的批量测试验证提供了方法和技术。

参考文献

[1]于海勋,苗紫晖.基于1553B的一种测试系统设计[J].西安工业大学学报,2009,29(2):172-176.

[2]国防科工委.GJB29A-97数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线[S].北京:国防科工委,1997.

[3]王海锋,梁晶晶,田苗.某型测试系统中1553B总线通信设计与应用[J].现代电子技术,2013,36(7):44-46.

[4]Ravi Budruk,Don Anderson,Tom Shanley.PCIExpress系统体系结构标准教材[M].电子工业出版社,2005.

设备接口设计 篇3

目前本地网的PON-AG设备大部分布放在室外机柜中, 且存量设备量较大。因受温度、湿度、灰尘等影响, 与传统接入网机房相比, 设备运行环境恶劣, 对其运行状态的监控不可或缺。通过对日常设备故障情况进行总结分析, 发现90%以上的PON-AG设备故障是因为夏季温度过高, 造成的设备宕机。而此类情况如果及时发现, 并立即安排维护人员到设备现场进行除尘、通风、降温等处理, 大多可以避免设备运行状态的继续恶化, 最大限度的降低对业务的影响程度。

现阶段一方面厂家提供的网管软件产生的告警种类和数量繁多, 无法方便有效甄别维护人员最关心的温度环境等相关参数。另一方面本地PON-AG设备种类往往较多, 型号涉及中兴、华为、阿朗等多个主流厂家, 对应多套网管监控系统, 不利于统一集中管理。有必要开发一套综合的集中监控系统, 实现对PON-AG设备的运行环境监控。

2 原理介绍

对PON-AG设备温度环境参数的获取常见的方式主要有两种:

(1) 模拟登录设备, 通过命令行的方式抓取显示结果, 然后对结果进行过滤获取相关的温度、风扇状态信息。

(2) 利用设备提供的SNMP北向接口, 通过读取相应OID节点获取设备的温度参数信息。

考虑到现有在网PON-AG均配置SNMP参数的前提下, 第二种方式对参数的获取效率更高。在网络通畅并且PON-AG设备负载正常的情况下, 通过SNMP协议可以快速获取维护人员关心的温度、风扇的等参数信息, 而且不存在通过仿真登录时占用设备VTY资源的问题。

3 系统架构

PON-AG温度环境监控系统框架如图1所示。为提高系统工作效率将数据采集存储和数据展示相分离, 相应的模块也主要分为数据采集、数据存储和数据展示三大模块, 辅以日志记录模块, 告警模块等。

3.1 数据采集模块

作为后台应用程序, 选择Perl脚本周期性利用SNMP协议读取设备的温度和风扇状态信息。Perl程序中的Net::SNMP模块为数据采集提供了友好的程序接口。为了提高数据采集的效率, 采用多线程的方式, 每个区域的设备由专门的采集线程负责。为了不给被采集PON-AG设备造成过多负担, 结合日常设备故障发生频率及设备故障恶化速度, 将数据采集周期设定为15分钟。

3.2 数据存储模块

后台数据库选择开源软件My SQL, Perl程序将采集到的设备状态信息通过DBI接口记录到My SQL数据库表中。数据库表包括设备管理IP、属地、局向、设备型号、媒体IP、风扇状态、板卡温度、状态改变时间、告警确认信息等字段。其中状态改变时间的类型为timestamp, 添加属性ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP, 即在更新数据时只有状态发生改变时才修改时间, 如果本次采集到的设备状态信息和上次采集到的一致, 表中的“状态改变时间”字段将保持不变, 这样有利于发现设备故障的最近时间点。

3.3 数据展示模块

在信息显示方面, 选择B/S架构, 使后台程序的更新对前端透明, 监控人员只需要在浏览器中保存网页地址即可。Web服务器的搭建选择开源软件Apache+PHP组合来实现。

打开Web页面后, 网页周期性刷新读取My SQL数据库中Perl采集到的设备状态信息, 并显示所选择区域的PON-AG节点信息, 显示结果按告警等级、温度参数等降序排列。为减少系统反应时间, 采取分页显示的方式来平衡Web服务器和数据采集服务器以及Web服务器和监控终端间的通信流量, 每页设定显示20条记录。

3.4 日志记录模块

日志记录模块, 为防止日志记录消息不断增大占据过多硬盘资源, 选择环形存储结构, 即只保存最近一周的异常设备信息及设备异常产生的最近时间点。新的一周的日志信息将覆盖上一周的日志信息。

3.5 告警模块

当发现异常信息时, 告警模块将产生告警音乐。维护人员点击告警确认链接后可以将告警音消除。

4 小结

目前该系统可以实时监控中兴9806H, 华为MA5616, MA5603T PON-AG设备的环境温度和风扇的运行状况, 监控阿朗7353 PON-AG设备的板卡温度状况及监控所有PON-AG设备的可达情况。当风扇发生故障, 或者温度超过阀值, 或者设备不可达时将产生异常告警。通过该系统, 维护人员能及时发现因温度影响而产生的潜在故障, 及早主动进行处理, 将故障消除在萌芽状态, 尤其在夏天, 大大减少了设备故障率。

附:

针对ZTE 9806H的温度风扇状态采集程序

参考文献

[1][美]Eric C.Herrmann著, 邱仲潘等译.Perl5从入门到精通.电子工业出版社, 1999

[2][澳]威利, [澳]汤姆森著, 武欣等译.php和mysql web开发.机械工业出版社, 2009

设备接口设计 篇4

条码技术是在计算机技术与信息技术基础上发展起来的集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的综合技术[1]。在各类信息化管理系统中, 条码作为一种计算机自动感知管理标的物的信息载体, 具有极高的应用价值。发达国家在条码技术的研究和发展, 早在上世纪50-60年代就开始, 例如美国的Motolora公司、Honeywell公司和Intermec公司, 以及日本的Denso公司等, 至今超过50年的历史。据权威机构统计, 中国的条码市场规模以每年35%的速度增长, 是世界增长速度最快的国家[1]。

传统的识别技术普遍采用的是基于微处理器、存储器及其配套电路, 通过软件解码技术完成对条码解码运算。条码解码芯片[2]解决了传统条码软件解码技术方案在体积、功耗、性能、复杂度等方面的问题, 用单芯片的硬件电路直接实现了条码识读和解码的功能。条码图像的输入输出采用NAND闪存接口[3]方式, 不仅具有较好的传输速度, 而且与其他MCU或存储类芯片具有良好的兼容性, 能方便地构成多种条码解码专用外设应用。本文重点阐述条码解码芯片NAND闪存接口的实现方式及外设应用的方法。

2 条码芯片设计概述

2.1 条码解码原理

条形码简称条码包括一维条码及二维条码。一维条码又称线形条码, 是由平行排列的多个“条”和“空”单元组成, 条形码信息靠条和空的不同宽度和位置来表达[4]。一维条码只是在一个方向 (一般是水平方向) 表达信息, 而在垂直方向则不表达任何信息, 因此信息容量及空间利用率较低, 并且在条码损坏后即无法识别。

二维条码是由按一定规律在二维方向上分布的黑白相间的特定几何图形组成, 其可以在二维方向上表达信息, 因此信息容量及空间利用率较高, 并具有一定的校验功能。二维条码可以分为堆叠式二维条码和矩阵式二维条码。堆叠式二维条码是由多行短截的一维条码堆叠而成, 代表性的堆叠式二维条码包括PDF417、Code 49、Code 16K等。矩阵式二维条码是由按预定规则分布于矩阵中的黑、白模块组成, 代表性的矩阵式二维条码包括Code one、Aztec、Data Matrix、OR码等[5]。

传统的条码解码方法一般是利用软件解码的方式实现, 需要在处理器中写入实现解码算法的一系列软件程序。由于单个处理器只能同时针对一种特定类型的条码格式进行解码处理, 因此解码速度较慢, 其次, 由于实现条码解码的软件算法较为复杂, 因此所采用的处理器对性能的要求很高, 因此成本很难降低。

2.2 条码解码芯片结构

条码解码芯片采用了芯片化全硬件设计方案, 在原有条码解码软件的算法基础上, 采用大规模逻辑电路替代原有的软件算法, 实现了芯片化、全硬件、可独立完成解码 (无需外接CPU/存储器件) 的条码解码方案, 可替代原有的以微处理器为核心的传统的硬件电路和解码软件, 在性能、效率、成本等方面具有全方位的优势。条码解码芯片内部结构如图1所示。

3 条码芯片接口设计方案

3.1 条码芯片接口选择

现有的条码解码芯片, 能直接接受光学图像传感阵列 (例如OV7220/7221 CMOS芯片) 的图像数据输出, 并支持通过SCCB接口对曝光参数、白平衡、亮度增益等进行控制[6]。其内部结构如图2所示。

由于在实际应用中, 存在着条码解码芯片直接通过外部总线接口导入条码图像数据并进行解码输出的应用需求。因此, 需要为此类应用需求的条码解码芯片选择一种简单快速、适应面广的外部接口方式。考虑到此类条码解码芯片一般用途为与其他MCU或专用芯片构成专用条码解码硬件外设, 因此所选的接口必须能为一般MCU所适用。表1为常用器件及外设接口的性能及参数的比较。

由于一幅典型的条码图像至少为256级灰度VGA分辨率, 数据量不小于300K字节, 因此低速接口不适合用于条码解码芯片的图像数据传输。从上表中可以看出, SPI、SDIO及USB在传输速度上比较理想, 且占用引脚数较少, 适合作为条码解码芯片的图像传输接口。在实际应用中, 已有USB接口的条码解码芯片开发成功并量产, 但不属于本文的讨论范畴。

NAND闪存接口原本不是一种通用的数据传输接口, 但考虑到其在大多数MCU及存储主控芯片中的广泛存在, 为此本文创造性地提出了将NAND闪存接口作为图像数据及解码结果双向传输通道的条码解码芯片外部接口方式。从原理上来讲, NAND闪存一般都支持数据读写、状态读取、页块擦除等操作指令, 则条码解码芯片可以通过内置的逻辑电路来根据上述指令产生不同的响应, 从而实现完整的图像数据输入和解码数据输出的功能。

3.2 NAND闪存接口设计

为在条码解码芯片中实现NAND闪存接口, 需要在芯片内部布置相应的NAND指令解析和执行逻辑, 并在外部提供相应的功能引脚。本文中条码解码芯片的NAND闪存接口引脚定义参见下表2[7]。

条码解码芯片的内置逻辑, 对上述引脚的电平信号产生响应, 操控内部条码解码逻辑组件对图像数据进行处理, 并模拟NAND闪存的表现对外产生输出。以常见的K9F1208 Flash Memory芯片为例, 其操作指令[8]参见下表3。

条码解码芯片的NAND指令解析执行逻辑, 主要支持表3中的Read 1、Page Program (True) 、Read Status、Reset和Read ID指令。其中Read ID指令的功能为对外输出条码解码芯片的特征信息, 共4个字节, 包括厂商代号、芯片代号、版本号等信息。Reset指令用于中止当前条码解码芯片的任何工作, 进入等待图像数据输入并执行条码解码的初始状态。Page Program指令用于向条码解码芯片输入图像数据。Read Status指令用于通知条码解码芯片图像数据已经输入完毕, 等待解码结果输出, 如果Read Status读取到的状态为Busy, 表示条码解码过程尚在执行中, 需继续等待;如果读取到的状态为Ready, 则表示条码解码过程已结束, 可以读取条码解码结果。Read 1指令用于读取条码解码芯片输出的解码结果。

3.3 NAND闪存指令实现

条码解码芯片使用NAND闪存指令进行一次完整的条码解码的基本工作过程如图3所示。

首先是通过Page Program指令实现对条码解码芯片的图像数据输入, 其中Page Program指令的实现方式如下所述:在片选CE使能且RE使能的前提下, 条码解码芯片内置的NAND闪存指令逻辑检测CLE电平, 如果置高则从I/O上读入当前指令。如果指令为80H, 则表示为Page Program指令, 即图像数据输入操作。随后检测到CLE置低ALE置高, 表示外部正在输入Page Address, 对于条码解码芯片而言, 这部分数据可以忽略。随后在CLE及ALE皆置低的情况下, I/O上将顺序写入1~528个字节的图像数据, 内部逻辑根据WE引脚上的脉冲逐个读入上述数据, 并依次存储在条码解码芯片的内部图像缓存区中。当检测到CLE拉高并在I/O上读到数据10H, 表示Page Program指令结束, 自此完成一帧图像数据的传输过程。实际操作中可多次使用Page Program指令以实现一幅完整条码图像的输入。Page Program指令波形时序图如图4所示。

当图像数据全部输入条码解码芯片后, 可通过Read Status指令来驱动内部逻辑开始图像解码操作。Read Status指令的实现较为简单:在片选CE使能且RE使能的前提下, 条码解码芯片内置的NAND闪存指令逻辑检测CLE电平, 如果置高则从I/O上读入当前指令。如果指令为70H, 则表示为Read Status指令, 即读取当前条码解码状态。如果内部的条码图像尚未执行过解码操作, 则立即启动条码解码逻辑组件;如果正在执行解码过程中, 则向I/O输出Busy信号;如果解码过程已执行完成, 则输出Ready信号。根据实测, 一般条码图像的解码时间在7~35ms左右。因此当Read Status指令返回Busy时, 可等待若干毫秒后再执行一次, 直到返回Ready为止。要注意的是, 返回Ready仅表示条码解码芯片已对内部缓冲区中的图像数据执行了一次解码尝试, 并不代表解码成功或失败。

当Read Status指令返回Ready后, 即可通过Read 1指令来获取条码解码结果。Read 1指令的执行过程如下:在片选CE使能且RE使能的前提下, 条码解码芯片内置的NAND闪存指令逻辑检测CLE电平, 如果置高则从I/O上读入当前指令。如果指令为00H, 则表示为Read 1指令, 即返回条码解码结果。随后检测到CLE置低ALE置高, 表示外部正在输入Page Address, 对于条码解码芯片而言, 这部分数据可以忽略。当ALE置低后, 条码解码芯片在RE脉冲信号同步下在I/O上输出条码解码结果。解码结果数据前面是标志段, 表示是否解析出正确的条码及解码结果的有效数据长度, 后面跟着有效码词数据。用户可根据标志段的信息来判定何时结束数据读取过程。Read 1指令的波形时序图如图5所示。

4 NAND接口仿真与实现

根据上述方案, 在新大陆既有的条码解码芯片FPGA工程中, 加入NAND接口逻辑, 并进行了实际仿真和测试。其中, 仿真平台为Mode Sim 6.1f, 硬件平台为Xilinx开发板, FPGA型号为XC5VLX330。工程总逻辑规模为110万门, 运行频率为72MHz。

下面为NAND接口仿真的信号时序图, 其中各信号的说明如下:

仿真过程如下:

1.芯片上电后, 通过Page Program指令首先将图像数据下载到芯片内部的图像RAM中, (图6中的红色1部分)

2.通过Read Status指令启动解码, 并查询是否解码完成 (图6中的红色2部分)

3.等到解码完成后, 通过Read 1指令读取码词 (图6中的红色3部分)

5 条码解码芯片应用方案

在实现前述基于NAND闪存接口的条码解码芯片的基础上, 可以搭配多种MCU、存储控制芯片等构建成多种形式的条码专用外设。相比与采用SPI、USB等接口而言, NAND闪存接口不仅能搭配主流的MCU, 更能与一些简单的存储控制类芯片相结合, 具有更广泛的应用空间。

图7为一种基于NAND闪存接口的条码解码芯片应用示例。在示例一中, 条码解码芯片与一款支持NAND闪存的MCU相结合, 构成一个基础的条码解码加速引擎组件。从MCU的角度来看, 条码解码芯片就相当于一片虚拟NAND闪存。MCU可通过多种外部渠道如以太网、摄像头等方式获得条码图像, 然后通过往虚拟NAND闪存写入数据的方式将图像传递给条码解码芯片, 并通过读取虚拟NAND闪存的方式获得条码解码结果。基于条码解码芯片的高速高效特性, 能大大提升系统整体的条码处理效率, 适合对条码识读具有较高要求的外设/设备所使用。

图8为另一种基于NAND闪存接口的条码解码芯片应用示例。在示例二中, 条码解码芯片与一款存储卡控制器 (CF/SD/XD等) 芯片相结合, 构成一个具有标准存储卡接口的条码解码加速卡。从存储卡控制器的角度来看, 条码解码芯片就相当于一片虚拟NAND闪存。而从用户的角度看, 上述整体构成一款特殊的支持图像条码识读解码的存储卡。用户通过存储卡接口往该存储卡中写入特定的文件或数据, 就实现了向条码解码芯片输入条码图像的功能。然后再读取该存储卡中的特定文件或数据, 即可获得条码解码输出。此类条码解码加速存储卡, 适合已经具备基本的软硬件结构, 自身性能难以达到较高的条码识读解码指标, 同时又具备相应的存储卡扩展槽的设备。此类设备通过扩展条码解码加速存储卡, 配合相应的软件驱动, 即可获得高指标的条码识读解码性能。

图9为另一种基于NAND闪存接口的条码解码芯片应用示例。在示例三中, 条码解码芯片与一款USB存储控制器 (即U盘) 芯片相结合, 构成一个具有标准USB存储接口的条码解码加速外设。从USB存储控制器的角度来看, 条码解码芯片就相当于一片虚拟NAND闪存。而从用户的角度看, 上述整体构成一款特殊的支持图像条码识读的USB存储器/U盘。用户通过USB接口往该U盘中写入特定的文件或数据, 就实现了向条码解码芯片输入条码图像的功能。然后再读取该U盘中的特定文件或数据, 即可获得条码解码输出。此类条码解码加速存储外设, 适合Windows、Linux、MAC等各类具有USB接口的计算机所使用。用户只需将此类U盘插入计算机的USB接口, 配合相应的软件驱动, 即可获得高指标的条码识读解码性能, 不仅在条码解码性能及效率方面超越本机的软件解码功能, 而且可以通过在该U盘固件中增加特殊的标识信息或密钥控制, 实现硬件级的条码信息保护及防伪特性。

6 总结

本文详细介绍了基于虚拟NAND闪存接口的条码解码芯片的内部构成及实现方式, 重点介绍了NAND闪存接口及指令的实施方式, 并描述了几款基于该条码解码芯片所实现的外设或设备的功能及形态。

福建新大陆电脑股份有限公司一直致力于物联网信息感知与识别技术的研发和创新, 于2010年发布了全球首颗二维码解码芯片。基于虚拟NAND闪存接口的条码解码芯片正是在上述技术成果的基础上创新发展而来, 并已成功申请了国家发明专利。

摘要：针对条码解码芯片的实际推广应用, 本文介绍了一种基于虚拟NAND闪存的接口模块设计, 并根据条码解码芯片及其接口性能指标, 给出了几种应用方案。

关键词：条码技术,条码解码芯片,NAND闪存接口

参考文献

[1]李俊宏, 湛邵斌.条码技术的发展及应用[J], 计算机与数字工程, 2009, 12, 115-118

[2]福建新大陆电脑股份有限公司, 条码解码芯片:中国, 2010101888977, 2012-05-23

[3]Hynix Semiconductoret al.Open NAND Flash Interface Specification.Technical Report Revision 1.0[S], ONFI, www.onfi.org, 28th December 2006.

[4]陶洪图.我国条码工作的现状及发展前景[J], 《福建标准化信息》:1997, 6, 27-28

[5]中国商业信息网, 简析二维码的概念与分类[OL], 2011-7-27, http://code.cb12580.com/detail/75-1936.html

[6]OmniVision Serial Camera Control Bus (SCCB) Functional Specification.OminiVision Technologies.Version:2.1, 2003, 2

[7]刘思平, 陈利学.基于FPGA的NAND FLASH控制器[J], 现代电子技术, 2007, 9, 134-135

调度自动化设备接口技术探讨 篇5

发电厂调度自动化设备之间的连接一般都采用RS-232、RS-422、RS-485串行数据接口;厂站调度自动化设备与调度主站设备主要采用网络连接;数据网路由器与通信设备连接采用2M同轴电缆接口;RTU遥调与DCS采用硬接线连接。从调度自动化设备故障情况统计分析来看,除少数故障原因为设备本身外,大部分故障均与接口有关。因此现场维护人员必须加强对调度自动化设备接口技术的研究,保证设备安全运行。介绍了发电厂调度自动化设备接口技术的应用情况,对调度自动化设备接口常见故障进行分类与分析,总结出一套故障处理的方法和流程。

1 调度自动化系统的作用

发电厂调度自动化系统包括:远动终端装置(RTU)、无功电压自动调控装置(AVC)、同步相量测量装置(PMU)、电能量计量系统(FFC)、电力调度数据网、调度自动化信息系统[1]。

发电厂调度自动化系统主要将电厂实时信息传送到调度中心和本厂相关部门,便于监视,同时接收调度中心下发的AGC、AVC指令和发电负荷计划,调节发电机有功、无功功率。

2 调度自动化设备接口分类

发电厂调度自动化设备接口一般都采用RS-232、RS-422、RS-485串行数据接口、网络接口,还有少量设备采用的2M同轴电缆接口和硬接线。

3 调度自动化设备接口技术要求

波特率(Baud Rate)统一;正负逻辑要统一;同步字要统一;报文规约要统一;地址码要统一;接口传输电平的衔接要一致、接口阻抗应匹配。

4 调度自动化信息传输模式及通信规约

调度自动化信息的传送可采用问答式或循环式传输模式。

通信规约是指通信实体之间进行交流的语言,即通信实体之间为进行数据交换而建立的规则、约定、步骤。采用Polling方式的通信规约有IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、MODBUS、DNP3.0、SC1801等;采用CDT方式的通信规约有部颁CDT等[2]。

在RS-232接口上使用的通信规约主要有:IEC60870-5-101、CDT等,例如:安徽淮南平圩电厂RTU与AVC的接口采用IEC60870-5-101规约。

在RS-422接口上使用的通信规约主要有:ALPHA、EDMI6,例如:电量采集装置与电表的接口采用ALPHA、EDMI6规约。

淮南平圩电厂RTU主机与数据采集模块之间的高速RS-485链路采用MODBUS规约。

安徽淮南平圩电厂调度自动化设备与调度主站采用网络接口连接,网络通信规约为IEC60870-5-104。

除了上述接口以外,数据网的路由器与通信设备连接采用2M同轴电缆接口,RTU遥调与DCS采用硬接线连接。

5 调度自动化设备接口常见故障分类

a)光缆线路故障,包括光缆线路中断,光缆线路总衰耗过大等;b)尾纤故障,包括尾纤断,尾纤弯曲半径过小,法兰盘接头有灰尘及尾纤头脏等;c)电缆故障,包括2M电缆中断,DDF配线架2M接头脱落或松动;d)各类干扰产生的错误信号影响调度自动化系统的正常运行;e)网络设备故障,如交换机、路由器、防火墙、纵向加密装置、横向隔离装置故障;f)通信传输设备故障,包括光传输设备失电,光端机光板坏、光电转换器坏、PCM故障等;g)两端设备通信规约配置不一致造成设备不能相互通信;h)通信接口模块损坏。

6 调度自动化设备接口故障处理方法

6.1 观察法

观察法主要通过检查设备指示灯的状态来判断设备故障情况。一般调度自动化设备或者光电转换器面板上都有Rx、Tx灯和电源灯,数据收发时Rx、Tx灯闪烁,指示灯不亮说明未有数据收发或装置有问题,一直亮则可能收发的信号不正常。例如,安徽淮南平圩电厂两台RTU主机采用RS-232接口通过光电转换器连接,通过观察法可以较快分析问题。如果光电转换器Rx、Tx灯不闪烁,先检查光纤链路是否有问题,一般来说要么是由于光纤断了,要么是光纤接头脏污、光损耗大,可用酒精擦拭光纤接头或者用笔式红光源观察光纤通断情况并检查光电转换器的RS-232接线端子是否牢固。如果故障依旧存在,可用测量法做进一步的处理。

6.2 测量法

测量法主要通过对接口电路进行有关参数如电压、电阻、电流等的测量,来判断接口设备的好坏以及线路的通断情况。在用测量法检查故障点时,一定要保证各种测量工具和仪表完好,使用方法正确,还要注意防止感应电、回路电及其他并联支路的影响,以免产生误判断。

还是以RTU的光电转换器为例进行阐述,在用观察法不能确定故障点的情况下,可用光功率计测量光电转换器的收发功率或者用万用表测量光电转换器的RS-232接线端子RXD、TXD对GND的电压信号以判断故障位置。

6.3 环回法

环回法就是先对装置或通道的数据接口的收和发接线端子进行导线连接,然后调度主站或发电厂调度自动化装置发模拟测试报文,观察发出信号数据的返回情况来逐步分析故障。

6.4 替代法

替代法是指用规格和性能相同的正常元器件、电路或部件,替代电路中可能存在故障的相应部分,通过比较判断故障所在位置的一种检测方法。

6.5 比较法

在用多种检测手段及试验方法都不能判定故障所在位置时,并且有同类型正常设备、元器件、电路或部件的情况下可采用比较法。通过对故障设备与正常设备比较从而判断调度自动化接口设备运行情况。

6.6 RS-485接口故障处理方法

RS-485是一种在电厂调度自动化设备中广泛使用的接口标准。但是RS-485稳定性弱,同时相互牵制性强,有一个节点出现故障会导致系统整体或局部的瘫痪,而且又难以判断。可通过测量共模电压大小来排查,共模电压越大说明离故障点越近,反之越远;连续几个节点数据中断,一般是由其中某节点故障导致后续节点无法通信,将其逐一与总线脱离,逐个排查。

6.7 网络故障处理方法

在数据网的交换机上连接一台笔记本电脑,IP地址设为与使用的调度自动化设备同一地址段,PING本端网关IP地址,如果拼不通说明本端网络设备故障,检查交换机、路由器等设备分别处理;如果能拼通,说明本端网络设备正常,再PING对方网关IP地址,若不通可判断为网络通道故障或对方路由器故障,联系对方调度自动化人员处理。

6.8 调制解调器故障处理方法

调制解调器一般有数据发送灯、数据接收灯、电源指示灯等,正常运行时数据发送灯、数据接收灯闪烁,电源灯常亮,通过观察指示灯可初步判断故障点。如果调制解调器有异常现象,可检查其发送、接收电平是否正常,以判断故障原因为调制解调器本身还是通信链路问题。若是调制解调器的问题,可检查其软件配置,包括波特率、发送电平、频率、工作模式、带宽、极性等是否设置正确,与对端是否匹配。

7 调度自动化设备接口故障处理实例

7.1 RS-485通信链路故障

2006年,安徽淮南平圩电厂在进行RTU调试工作中发现调度自动化系统中数据不刷新。用RTU维护软件检查发现RTU主控板和保护小室数据采集模块的通信时好时坏。判断问题可能出在保护小室数据采集模块之间的RS-485通信链路上,该链路采用超5类网线连接,数据采集模块的供电也使用该网线的另一对线。链路故障时测量数据采集模块电源回路末端电压只有20 V(正常时应为24 V),已接近模块电压的低限,所以会出现RTU主控柜和保护小室数据采集模块通信时好时坏的情况。用屏蔽控制线更换RS-485连接线后,测量数据采集模块电源回路末端电压为24 V,RTU主控柜和保护小室数据采集模块通信恢复正常,调度自动化系统中数据正确。

所以,在制作RTU数据采集模块之间的RS-485连线时,因为其中有两根是电源线,不可选择过细的导线,以免造成RTU外设数据采集模块之间通信中断。

7.2 RTU遥调输出回路故障

RTU遥调功能是电厂AGC(Automation Generator Control)功能,即自动发电功能的重要组成部分,通常指的是电网调度中心直接通过RTU将机组目标负荷指令送到DCS控制系统以实现机组自动增、减负荷的功能。如果RTU遥调回路故障,会使电厂AGC考核不合格,被上级调度部门扣罚电量,直接影响电厂全年发电任务的完成。

2006年8月,平圩发电厂2#机负荷585 MW,运行人员发现2#机DCS画面“调度负荷指令”突变为红底故障色,切除AGC。检查调度自动化信息系统2#机发电曲线及捕捉的RTU报文,2#机AGC指令一直都在刷新,说明RTU遥调板工作正常,省调发的AGC指令正确。测量遥调输出隔离装置的入口电压为22.7 V,隔离装置的出口电压为0 V。而正常情况遥调输出隔离装置入口、出口电压分别为3 V、1 V左右,可以判定RTU到DCS的电流回路不通。电流回路不通有两种可能:一是RTU到DCS的电缆断,二是隔离装置坏,用万用表测RTU到DCS的电缆完好,将RTU遥调输出直接接至DCS,2#机DCS画面AGC指令正常。可以判定故障原因为隔离装置毁坏。更换遥调输出隔离装置后,2#机DAS画面“调度负荷指令”正常,投入2#机AGC正常。

8 结语

调度自动化数据信号的传输,建立在数据接口的基础之上。维护人员必须掌握各种通信接口技术,才能摸清调度自动化设备的接口设备故障发生的规律。在实际工作中,根据基本的故障处理流程,综合运用仪器仪表和各种方法,迅速地完成对故障的定位和排除,并在实践中不断积累经验,提高应对各种故障的处理能力。

参考文献

[1]王远璋.变电站综合自动化现场技术与运行维护[M].北京:中国电力出版社,2005.

设备接口设计 篇6

经过几年的发展, 楼宇自控系统实现自身的功能已经比较成熟和完善, 但是由于楼宇自控系统涉及强电、暖通、给排水等多个专业, 为了避免项目实施完以后, 部分功能没有实现, 没有达到预期的效果, 就要在工程设计阶段、设备采购阶段对被监控系统设备的接口提出具体、明确的要求, 以避免发展由于接口问题而导致系统的最终功能不完善, 楼控系统丢项、甩项等情况。在一般情况下, 楼宇自动化系统主要实现对冷热源系统、空调和新风系统、送排风系统、给排水系统等进行监控。

一、冷热源系统的监控

冷热源系统一般包括冷水机组和换热机组两大部分。冷水机组部分一般包括冷水机组、冷冻水泵、分/集水器、冷却水泵、冷却塔、膨胀水箱、补水水箱、补水水泵等。换热机组部分一般包括换热器、循环水泵、补水水箱、补水水泵等。其中冷水机组部分, 是整个建筑物楼控自控系统监控的重点和难点。对于这两部分, 楼宇自控系统根据冷水机组和换热机组的设计不同, 一般有以下几种方式:

(一) 冷水机组和换热机组都自带控制系统, 楼宇自动化系统只需对系统的运行状态进行监测。

冷水机组自带控制系统时, 楼宇自控系统对冷水机组进行监测, 一般有两种方式, 一种是冷水机组提供楼宇通讯接口, 通过通讯网关, 将冷水机组运行的状态参数传递给楼控系统。另一种是冷水机组提供干接点方式, 楼宇自控系统的DDC控制器通过干接点采集冷水机组的运行状态。采集的状态包括冷水机组、各水泵、冷却塔的运行状态 (DI) 和故障报警 (DI) 。楼控系统可再根据需要在监测位置设置温度、压力和流量传感器, 通过DDC控制器采集温度、压力和流量信号。

换热机组自带控制系统时, 一般是其控制系统根据换热机组二次侧出水的温度, 调节其一次侧的进水流量。同时, 楼宇自控系统一般通过温度、压力传感器采集一次侧的供回水压力、温度和供水流量, 二次侧的供回水压力、温度。楼宇自控系统可根据暖通设计, 决定是否控制循环水泵, 需要循环水泵根据需要预留用于手/自动状态 (DI) 、运行状态 (DI) 、故障报警 (DI) 和启停控制 (DO) 的干接点。

(二) 冷水机组需要BAS监控, 换热机组自带控制系统, BAS只需对其监测运行状态。

如冷水机组需要BAS监控, 需要冷水机组、水泵、冷却塔预留用于机组手/自动状态 (DI) 、运行状态 (DI) 、故障报警 (DI) 和启停控制 (DO) 的干接点, 如冷水机组、水泵和冷却塔使用变频器控制, 还需变频器给BAS预留变频器启停控制 (DO) 、变频器故障报警 (DI) 、频率反馈 (AI) 、频率输出信号 (AO) 的等接点。换热机组自带控制系统时, 同上。

(三) 冷水机组和换热机组都需要BAS进行监控。

冷水机组需要BAS进行监控时, 同上。换热机组需要BAS监控时, BAS通过采集二次侧供水的温度来控制一次侧水阀的开度。同时, 需要水泵控制箱预留用于手/自动状态 (DI) 、运行状态 (DI) 、故障报警 (DI) 和启停控制 (DO) 的干接点。

以上三种情况是建筑物内冷热源系统, 常见的几种方式, 对于采用干接点方式时:一是手/自动状态:要求提供控制电路的手/自动转换开关辅助常开无源干接点信号;二是运行状态:要求运行状态时提供常开无源干接点信号, 一般是主电路接触器辅助常开接点;三是故障报警:要求故障报警时提供常开无源干接点信号, 一般是热继电器常闭接点;四是启停控制:要求在控制电路中有可接受控制预启停机组的干接点信号接点, 一般是主电路接触器线圈接点。可设置中间继电器, 将DDC控制器输出接点和接触器的线圈接点进行隔离。

对于模拟的输入、输出信号, 一般取0～10V的电压信号或4～20mA的电流信号。选型时, 需注意信号的匹配。

二、空调机组、新风机组和通风系统的监控

空调机组、新风机组一般由楼宇自控系统进行监控, 需要空调机组、新风机组的控制箱预留相应点位。通风系统中与消防相关的风机一般不作监控, 双速风机和其他与消防无关的风机可以根据需要进行监控。一是运行状态信号应由接触器的辅助常开触点引出。二是故障报警信号均应由热保护继电器的辅助常闭触点引出。三是被控设备控制箱内应设置手/自动转换开关, 且手/自动状态信号应为无源常开接点。

三、给排水系统的监测

给排水系统分为给水系统和排水系统。给水系统一般包括水箱和给水水泵, 排水系统包括集水坑。给水系统和排水系统一般都自带控制系统。楼控系统只对系统运行的状态进行监测。一是运行状态反馈信号应由交流接触器的无源辅助触点引出。二是故障状态反馈信号应由热保护继电器的无源辅助触点引出。三是被控设备控制箱的二次控制回路中设置手/自动转换开关, 并向楼宇自控系统提供一对无源辅助触点, 作为水泵的手/自动状态反馈信号。

四、变配电系统的监测

变配电系统分为高压部分和低压部分, 在高压部分, 由于变配电系统普遍采用微机二次继电保护, 可以通过其提供的通信接口采集相应的信号, 一种是采用RS232串口通信的方式, 另一种是采用OPC网络通信的方式。在低压部分, 监测各回路低压配电柜主开关状态, 此时应将主开关的辅助接点常开信号线正确编号后引至楼宇自控端子排。但是, 建筑物内低压回路路数较多, 一般无需监测。

五、照明系统的监控

针对照明系统, 楼宇自控监控的对象一般是建筑物公共区部分的照明和泛光照明。一是楼宇自控系统监测的设备的运行 (开关) 状态信号应由接触器的无源辅助触点引出 (此接点为无源常开接点) 。二是楼宇自控系统相关的设备的控制箱内应设置手/自动转换开关, 且手/自动状态信号应为无源常开接点。三是楼宇自控系统提供常开控制接点, 要求在控制电路中有可接受控制预启停机组的干接点信号接点, 一般是主电路接触器线圈接点。另外可设置中间继电器, 将DDC控制器输出接点和接触器的线圈接点进行隔离。

六、电梯设备的监测

电梯的生产厂家比较多, 不同的厂家有着不同的接口条件, 根据目前比较通用的做法, 有两种方式可供选择, 一种是干接点的方式, 另一种是采用通讯的方式。

干接点的方式实现起来比较简单可靠, 但是采集的信号比较少, 而且部分电梯不能提供相应的接口;而采用通讯的方式可以克服干接点方式的不足, 但实现起来比较困难, 受通讯协议、厂家是否开放接口等许多因素的制约。

干接点方式的接口要求:一是监测电梯的上行、下行状态、运行状态、故障状态, 信号均为无源常开触点, 信号应引出至接线端子排。二是监测扶梯的运行状态、故障状态, 信号均为无源常开触点, 信号应引出至接线端子排。

通讯方式接口要求:如采用通讯的方式采集电梯、扶梯的运行数据时, 应要求厂家提供相应的、完全开放的通讯接口协议。

以上根据多年的设计施工经验总结整理出来的楼宇自控系统需要其他设备专业提供的接口, 楼宇自控系统监控的对象范围, 可以根据业主的功能需要、建筑情况及其经济状况进行选择。在设计阶段、采购阶段时必须明确所需的接口, 才能保证施工的顺利进行, 发挥楼宇自控系统的功效。

参考文献

[1].上海市DBJ08-4-95.上海市标准:智能建筑设计标准

设备接口设计 篇7

随着计算机技术的发展, 计算机技术已在各个行业都已得到了大规模的应用, 发电厂的电气二次系统包含众多的控制设备, 这些设备都同样应用了计算机技术, 使它们具有更高的可靠性、功能配置更专业化、具备网络及通讯接口, 这样可以使它们被集中监视及控制。

可编程计算机控制器 (Programmable Computer Controller, 简称PCC) 是集计算机技术, 通讯技术, 自动控制技术 (简称3C技术) 为一体的新型工业控制装置。如今的PCC以其极高的可靠性, 丰富的编程语言, 实用的编程方法, 强大的功能, 优良的性能, 良好的耐恶劣环境的能力而成为工业控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备。新一代的PCC已经能胜任大型的集散控制和复杂的过程控制。其良好的兼容性, 强大的通讯功能, 优良的适时性, 丰富的功能函数, 品种繁多的硬件模块, 多种编程语言的使用等, 使PCC已能适应各种工业控制的需要。再有PCC是在PLC及PC的基础上发展起来的, 它不但吸收了PLC及PC的全部优点, 而且自身优势也非常明显。PCC采用了分时多任务操作系统, 不同于大多数PLC采用的单任务的时钟扫描方式。PCC与计算机相比同样更具优势, 用户接口不需要占用太多资源、灵活添加开关量采集控制、模拟量采集控制等功能。PCC与PLC的一个最大的不同点是PLC不具备与第三方设备通讯的能力, 而PCC除了具备标准的通信协议之外, 还向用户提供了第三方产品的通信协议开发工具-帧驱动器, 用户只需要了解通信协议细节, 用帧驱动器写出与第三方产品通信协议一样的通讯规约, 几可以方便的实现PCC与第三方产品之间的通信。的以下内容就详细介绍了关于帧驱动器的使用及应用实例。

1 系统结构及物理层连接

系统的结构图如图1, PCC采用2005系列产品, 具体配置为CPU型号IF 260、6槽底板、与上位机通讯卡IF681、与综保通讯卡为IF671, 综保采用Areva公司的P122、P922、P141等装置。物理连接为总线式连接, 串接所有设备相应的正端及负端, 在总线的两端加两个终端电阻。每台智能设备分配独立的地址, 设定固定的波特率, 总线长度不要超过1200米。

2 系统实现

2.1 Modbus协议介绍。

Areva综保在通讯时采用了MODBUS/RTU协议。Modbus协议最初由Modicon公司开发出来, 在1979年末该公司成为施耐德自动化 (Schneider Automation) 部门的一部分, 现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备, 包括PLC, DCS, 智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等, 并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构, 而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式, 数据通讯采用Master/Slave方式, Master端发出数据请求消息, Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据, 实现双向读写。

2.2 PCC的帧驱动包介绍。

PCC的帧驱动包是贝加莱公司针对第三方智能设备的接口开发的应用工具包, 该工具包使用方便、容易理解, 相对使用普通计算机开发接口更容易。工具包应用过程如下:接口初始化、打开接口、判断接口缓冲区是否有数据、如果有数据读缓冲区、向缓冲区发送数据、关闭接口。工具包包含如下功能块:FRM_xopen打开及初始化接口;FRM_gbuf发送数据前获得接口缓冲区;FRM_write向缓冲区写数据;FRM_robuf释放写缓冲区;FRM_read从缓冲区读取数据;FRM_rbuf释放读缓冲区;FRM_close关闭接口。

2.3 Areva综保功能及通讯介绍。

综保装置具有强大的保护、控制和数据采集功能, 可提供完整全面的保护、控制、测量、运行参数记录、故障记录、事件记录、故障录波、通讯等功能。使用PCC的帧驱动包按照Modbus协议, 可以实现PCC与综保设备的通讯联系, 从而使综保的各种信息传送到上位机中。事件记录作为保护的重要功能需要快速而准确地反应在上位机, 这也需要PCC实时查询综保是否有事件, 如果有就及时的提取出来, 再发送给上位机, 这个过程的报文如下:

a.读取装置的状态, 查看有没有新的未被确认的事件产生, 使用07功能码;

请求报文:01 07 41 E2

响应报文:01 07 07 63 F2 (有新事件未被读取)

b.如果有未被确认的事件, 则读取最早未确认的事件, 使用03功能码访问3600地址;

请求报文:01 03 36 00 00 09 8A 44

响应报文:01 03 12 00 24 (36, 过电压保护1段) 00 6F 00 76 00 00 00 05 (2005年) 0C (12月) B0 (即10h=16号) 0D (13点) B9 (即39h=57分) 14 9A (5秒274毫秒) 00 00 07 84

c.确认事件 (告诉装置刚才的事件已经成功读取) 使用05功能码写入4000地址

请求报文:01 05 40 0D FF 00 08 39

响应报文:01 05 40 0D FF 00 08 39

以上内容就是读取综保装置事件记录的过程。

2.4 实例代码。

PLC上指令表语言可在PCC上继续沿用, 而且用户还可采用更为高效直观的高级语言 (PL2000) 。它是一套面向控制的文本语言, 熟悉BASIC的技术人员会对它的语法有种似曾相识的感觉完全, 它对于控制要求的描述非常简便、直观。除此之外, PCC的应用软件开发还具有集成“C”语言程序的能力。下面介绍主要功能的代码:

a.初始化即打开串口

c.写缓冲区数据

结论:得PCC帧驱动器简单易于使用、通用性强, 针对不同的系统很容易移植或重新开发, 缩短了程序的开发周期。性能稳定可靠、适合各种规模的系统应用。

摘要：随着计算机技术的发展, 计算机技术已在各个行业都已得到了大规模的应用, 发电厂的电气二次系统包含众多的控制设备, 这些设备都同样应用了计算机技术, 使它们具有更高的可靠性、功能配置更专业化、具备网络及通讯接口, 这样可以使它们被集中监视及控制。介绍了使用PCC的帧驱动包工具开发电气二次设备接口的过程, 协议使用的是Modbus协议。

关键词：PCC,帧驱动,Modbus协议,综保

参考文献