為解決科氏流量計二次儀表軟件調試開發(fā)過程中與上位機的通信問題 ，設計并實現(xiàn)了針對科氏流量計二次儀表的串口調試系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的軟硬件以及串口傳輸協(xié)議。主要功能包括串口配置、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)顯示以及二次儀表參數(shù)設置等。系統(tǒng)實驗驗證了本串口調試系統(tǒng)對科氏流量計二次儀表開發(fā)的有效性。

引 言

科里奧利質量流量計（以下簡稱科氏流量計）可以直接測量高精度的質量流量。在科氏流量計二次儀表的設計過程中，串口通信是一個必不可少的功能，擔負著與上位機通信的任務。同時，在二次儀表嵌入式軟件的開發(fā)調試過程中，通過串口通信實時傳輸相關數(shù)據(jù)或參數(shù)并直觀顯示，有利于及時掌握程序運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)算法不足，以便及時修正。

傳統(tǒng)的串口調試軟件（如ｓｓｃｏｍ、串口調試助手等），作為通用的串口調試工具，存在如下缺點：

① 數(shù)據(jù)顯示類型單一，上述軟件一般僅支持 ＨＥＸ字符和 ＡＳＣＩＩ字符的顯示，而不能顯示浮點數(shù)；

② 數(shù)據(jù)顯示界面簡單，不能直觀、動態(tài)地顯示數(shù)據(jù)，并作相關處理；

③ 不具有針對性，上述軟件作為通用串口工具不能很好地與二次儀表通信、實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、參數(shù)在線設置等功能。

針對上述缺點，本文設計并實現(xiàn)了針對科氏流量計二次儀表的串口調試系統(tǒng)，為二次儀表的開發(fā)、調試提供支持。

1.系統(tǒng)總體設計

本文設計的串口調試系統(tǒng)主要由３部分構成：系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件和傳輸協(xié)議?？傮w設計如圖１ 所示。系統(tǒng)硬件部分包括：二次儀表上的串口通信模塊和上位機，其中上位機需要配有串口，否則需使用ＵＳＢ轉 ＲＳ－２３２串口轉接線。系統(tǒng)軟件包括二次儀表內采用Ｃ語言編寫的程序和上位機采用 ＭＡＴＬＡＢ編寫的程序。由于串口通信都是基于二進制傳輸?shù)?，因此需要相應的傳輸協(xié)議控制二次儀表和上位機的通信，以實現(xiàn)更復雜的通信。

２.系統(tǒng)實現(xiàn)

２．１ 系統(tǒng)硬件

本文二次儀表選用的是 ＴＩ公司 Ｃ２８Ｘ 系列３２位浮點 ＤＳＰ 控制器———ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５。該芯片外設豐富，含有３個ＳＣＩ串行通信接口。ＳＣＩ是一個雙線異步串行端口，就像通常的 ＵＡＲＴ，支持 ＣＰＵ 和其他使用標準不歸零格式（ｎＲＺ）的異步外圍設備間的通信。由于上位機串口多采用基于ＲＳ－２３２的ＤＢ９接頭，因此本設計通過ＳＣＩ口接 ＴＲＳＦ３２２１Ｅ，實現(xiàn) ＴＴＬ電平到 ＲＳ－２３２電平的轉換，硬件電路如圖２所示，只需要３根線即可實現(xiàn)全雙 工 通 信，即 發(fā) 送 信 號 線、接 收 信 號 線 和 地 線。

ＴＲＳＦ３２２１Ｅ型ＲＳ－２３２收發(fā)器采用３～５．５Ｖ 供電，***大傳輸速率為１Ｍｂ／ｓ，同時該芯片具有自動斷電功能，在沒有通信的時候可斷電降低功耗。上位機此處不多做介紹，一般帶有串口的ＰＣ即可。

２．２ 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng) 軟 件 包 括 兩 部分：二次儀表內 Ｃ 程序和上位 機 ＭＡＴＬＡＢ 程 序。二次儀表內Ｃ程序的主要功能是流量計量、顯示輸出、串口通信等。串口通信程序通過ＳＣＩ中斷和主函數(shù)查詢的方式實現(xiàn)指令的接收和處理。中斷服務程序流程如圖３所示。在主程序內定時查詢接收幀標志位，當標志位置 １ 時 圖３ ＳＣＩ中斷服務程序流程圖表示接收到完整的一幀，則轉入幀處理程序，即根據(jù)傳輸協(xié)議處理幀內容，并做出相關操作。

上位機 ＭＡＴＬＡＢ程序的主要功能是串口配置、向二次儀表發(fā)送指令、接收處理數(shù)據(jù)、實時顯示數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)以及儀表參數(shù)設置等。ＭＡＴＬＡＢ的串口接口提供了一個對外圍設備的直接訪問，這個接口通過串口對象可實現(xiàn)串口通信和讀寫數(shù)據(jù)等功能。ＭＡＴＬＡＢ通過以下指令建立和配置串口對象

 為了可以實時顯示數(shù)據(jù)，需要配置串口對象的回調函數(shù)（ＣａｌｂａｃｋＦｕｎｃｔｉｏｎ）。當接收到數(shù)據(jù)后觸發(fā)回調函數(shù)，在回調函數(shù)內根據(jù)傳輸協(xié)議處理數(shù)據(jù)，并實時顯示。

軟件界面設計如圖４所示，主要包括顯示區(qū)、串口配置區(qū)、顯示設置區(qū)、指令發(fā)送區(qū)以及儀表參數(shù)設置等。

各區(qū)域功能如下：

① 顯示區(qū)：實時繪制接收到的數(shù)據(jù)；

② 串口配置區(qū)：配置串口參數(shù)，主要是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位、流控制、串口號等；

③ 顯示設置區(qū)：選擇要繪制顯示的數(shù)據(jù)和設置緩存大??；

④ 指令發(fā)送區(qū)：直接發(fā)送指令控制二次儀表；

⑤ 儀表參數(shù)設置：打開二次儀表參數(shù)設置窗口，設置相關參數(shù)，如流量系數(shù)、零點等。

２．３ 傳輸協(xié)議

上位機的ＣＯＭ 口一般為 ＲＳ－２３２接口，這種接口作為一種異步通信的接口標準和總線標準，只規(guī)定了通信口的電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口的機械特性等物理介質層和鏈路層的內容。要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問和控制就需要編寫相應的傳輸協(xié)議，因此本文設計了通用幀和數(shù)據(jù)幀兩種傳輸幀格式用于實現(xiàn)二次儀表和上位機的通信。

通用幀的主要作用是封裝指令和數(shù)據(jù)以及傳輸控制，二次儀表和上位機接收到完整一幀后根據(jù)內容作出相關操作。幀格式如下：

具體說明如下：

① 起始字節(jié)：標志著一幀的開始，設置為一固定值，如“０ｘＡＡ”。

② 長度字節(jié)：當前幀的長度，以字節(jié)為單位。

③ 功能字節(jié)：當前幀的功能標識，用于標識二次儀表的不同參數(shù)和不同指令。

④ 讀寫字節(jié)：標識當前幀為讀或寫。

⑤ Ｂｙｔｅ：具體的參數(shù)或指令內容，***長為１５字節(jié)。實際軟件調試時需要連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)監(jiān)控二次儀表運行，為了提高傳輸效率，采用如下所示簡化的數(shù)據(jù)幀格式。

每幀包含６個字節(jié)，首字節(jié)與指令幀相同，第二字節(jié)標識數(shù)據(jù)類型，如頻率或相位差等，其余字節(jié)構成３２位單精度浮點數(shù)。

３.系統(tǒng)實驗

為驗證設計的科氏流量計串口調試系統(tǒng)的有效性，對其進行了測試。實驗方案如下：

① 打開 ＭＡＴＬＡＢ串口調試程序，設置波特率３８４００ｂ／ｓ，數(shù)據(jù)位８位，停止位１位，校驗位 “無”，流控制 “無”，然后點擊“打開串口”按鈕；

② 二次儀表ＳＣＩ配置同上，實時向上位機發(fā)送頻率、幅值、相位差等測量信息；

③ 上位機通過“儀表參數(shù)設置”設置二次儀表參數(shù)或發(fā)送指令；

④ 關閉串口，保存數(shù)據(jù)。

接收數(shù)據(jù)結果如圖５所示，可實時繪制頻率、幅值、相位差和信號圖形，并實時顯示當前平均值等信息。

數(shù)據(jù)保存界面如圖６所示，保存類型為 Ｅｘｃｅｌ文件，默認文件名為當前系統(tǒng)時間。儀表參數(shù)設置如圖７所示。

4.結語

本文設計并實現(xiàn)了一套科氏流量計串口調試系統(tǒng)，用于解決科氏流量計二次儀表開發(fā)調試過程中與上位機通信的問題。系統(tǒng)可實時傳輸相關數(shù)據(jù)、在線發(fā)送指令，以及設置二次儀表相關參數(shù)。本系統(tǒng)有利于在二次儀表的調試過程中掌握程序運行狀態(tài)，并及發(fā)現(xiàn)算法不足，極大地方便了二次儀表的軟件開發(fā)工作。