3 現場設備層設計

3.1現場設備層硬件設計

現場設備層每臺現場設備均由16個前級數據采集處理器(實時采集120路紗線信號，采用RS-422全雙共總線與后級單片機通信)和1個后級單片機構成監控裝置。為了實現與上位監控層的數字通信，加入RS-485通信驅動電路。硬件原理框圖如圖3所示。

圖3 現場設備層硬件原理框圖

3.2現場設備層軟件設計

作為現場設備的電子清紗器是一個24小時不間斷運行的多任務實時監控裝置。由于該裝置要檢測跑紗平均速度為600m/min，共120路紗線的紗線截面變化信號，使其具有很高的實時性要求;同時還要實現相應的動作控制(如對有害紗疵的切除等)以及后級單片機系統的實時處理，顯示、統計等功能，又決定了該裝置的多任務性。這樣在保證原系統的實時性和多任務性的同時，加入現場設備層的通信軟件在編寫時就有了一定的特殊性。我們借鑒Windows編程的原理，在單片機編程中進入消息概念，進行基于消息的多任務機制編程。從機的監控軟件主要流程如圖4所示(主要對通信部分說明)。

圖4 從機監控軟件主要流程圖(左—主程序 ，右—T0中斷程序通信部分)

其中：主程序主要完成上電自檢、消息巡檢、按照消息隊列組織通信信息體、數據發送、功能鍵散轉、驗校設備等工作。為了保證系統的實時性，必須減少中斷服務的時間占用，因此在中斷程序中只做簡短的消息標志處理和必要工作。大量的消息響應工作則利用中斷的間隙進行處理。

T0中斷每0.5毫秒產生一次，該段程序是整個從機任務的管理員，是現場設備程序的核心。T0主要完成總線上數據的接收和判斷、采用時間片算法完成對紗線信號采集器的通信控制、車速的采集、產質量記錄等任務。值得說明的是，為了保證從機的實時性，沒有采用常規的中斷通信接收或等待查詢的接收編程方式，而是結合T0中斷時間的周期性和異步串行數據傳輸的特點，定時做數據接收端的掃描，完成數據的接收(這部分程序占時不應大于60個機器周期,否則影響主程響應的實時性);當主程監測到有完整數據包到來標志后，進行數據包的流向、地址以及正確性分析并置欲發送信息的裝配標志;同樣當主程巡檢消息隊列時發現信息裝備標志后，則分析主機命令、裝備信息、建立發送標志，并以消息的形式通知主程用查詢方式發送數據包。這樣做不僅可以提高中斷的響應速度，又不影響數據的處理和其他任務的執行。很好的解決了多中斷實時數據響應與數據處理耗時之間的矛盾，從而提高了系統的實時性。

由于8251 USART芯片沒有數據幀和地址幀的區分功能，也就是說總線上的所有從機必須監聽所有在總線上的數據，這樣會由于各從機時時監聽數據，嚴重影響系統的實時性。為了解決這個矛盾，我們定義了完備的通信協議，其中加入了地址碼、數據流向標志和雙幀長等通信規約，以幫助主、從機迅速判斷數據包的流向，完整性以及是否做處理的標志，當從機接收到非自己的數據包或錯包時，根據各種消息標志快速退出通信處理過程。同時T0中的數據掃描避免了簡單利用多中斷機制在監聽大量隨機總線數據時，頻繁的中斷對整個軟件時間片劃分的破壞，以及由于接收數據的隨機性使得查詢接收方式不可行的缺點，從而最大限度的保證了系統實時性。

4 監控層軟件設計

監控層軟件作為現場總線系統監控軟件是在Windows 2000 Sever 、Delphi 6.0 以及 SQL Sever 2000的環境下開發而成。主要由通信組態模塊、權限管理模塊、系統動態監控模塊、報表管理模塊、現場LED條屏顯示管理模塊、Intranet/Internet接入模塊(預留模塊)六部分組成。由于這類監控軟件編制方法趨于成熟規范，在此僅在建立該現場總線系統軟件參考模型的基礎上，對數據組織的核心模塊——通信組態模塊的一些特殊處理加以說明。

眾所周知，現場總線技術的不斷發展，出現了多種現場總線，且各具特色;同時我們也看到不同的現場總線有著不同的應用領域，尚不存在一種能解決所有工業問題的現場總線;即便是同一類型產品，也存在著用不同的現場總線實現的可能性;同時多種現場總線集成在一個系統中，讓不同的總線充分發揮各自的優勢可以更好地共同完成控制任務。因此，在工業系統中必然會出現多種現場總線并存的局面。這就為監控層系統軟件對多種現場總線的兼容性、擴充性提出了更高的要求。為了適應這樣的發展趨勢，我們在系統軟件(監控層軟件)設計時構造如下的參考模型，一定程度上解決了多種現場總線并存于一個系統的問題，使系統軟件具有了較好的可擴展性。目前，該系統軟件主要是針對在紡織企業中廣泛使用的普通絡筒系列電子清紗器(RS-485現場總線，自定協議)設計;考慮行業發展方向，軟件同時對自動絡筒系列的電子清紗器(CAN現場總線)以及其他現場總線協議設備具有良好的兼容性。