基于RS485总线的自动化检测系统的研制

　　1 引 言

　　近年，我国安防市场发展迅猛，以每年20％～30％的速度增长。安防型GPS定位装置是定位安防高端智能化创新技术与应用的产品，是GPS定位系统、 GPRS通讯系统、防盗报警系统结合为一体的定位装置。他能提供目标的具体位置信息对目标实时跟踪，能进行无线数据传输、防盗报警、信息查询、数据调度等。

　　安防型GPS定位装置的结构框图如图1所示。

　　由于安防型GPS定位装置的运行环境比较恶劣，而且该产品直接影响车辆的运行状况和安全，因此对该产品的可靠性要求极高。

　　为了保证产品较高的可靠性，除了对产品设计要求高以外，还需要对生产进行严格的监管和测试。然而手工检测的效率无法满足批量生产的要求，因此需要设计满足批量生产的安防定位装置的测试系统。本文提出了一种基于PC机的自动化检测系统设计思路，并且应用于安防型GPS定位装置(以下简称装置)的生产检验。该设计思路可以推广到其他电子产品的生产检测中。

　　2 自动化检测系统的设计

　　2.1设计思路

　　自动化检测系统是利用计算机系统通过工业控制总线对终端装置按流程进行检测。串行通信是计算机与外部设备进行数据交换的重要渠道，并由于其成本低、性能稳定、遵循统一的标准，在工程中被广泛应用。RS 485是一个多引出线接口，这个接口可以有多个驱动器和接收器，可以实现一台上位机与多台下位机之间的串行通信。其采用主从式通信方式，可以通过PC机与连接终端进行实时通讯，因此本测试系统采用RS 485总线。

　　这里，我们设计的自动化检测系统是基于RS 485现场总线、自定义通信协议、在总线上连接各下位机(检测终端装置)和上位机(PC机)、由上位机统一管理的主从式总线型的检测系统。一台计算机通过RS 485现场总线同时检测1～127台终端装置。用于测试的PC机和检测终端都通过RS 232转RS 485的转接器，按照两线制接线方式，通过总线式拓扑结构(并联方式)，连接在一条RS 485总线上。PC机通过串行命令检测装置的硬件，连接方式如图2所示。

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　　2.2 系统检测设计

　　根据安防型GPS定位装置的特点，在生产过程中需要检测的项目主要有：

　　微处理器单元及通讯接口；供电系统(包括电源管理及电池充放电)；存储器；GPS模块；GPRS模块；按键；指示灯；锁车；语音提示(包括音频放大电路)。

　　上位机通过与下位机的通讯，若收到下位机正确应答，则说明下位机能够工作正常，可以确定微处理器单元、通讯接口以及供电系统正常。当下位机正常完成测试，则可以确定该节终端装置微处理器单元、通讯接口以及供电系统正常。

　　存储器、GPS模块、GPRS模块的测试是由上位机发出测试命令，下位机正确应答收到该测试命令后，由下位机微处理器分别进行存储器、GPS模块、GPRS模块的测试，并把测试结果按通讯协议上报给上位机。

　　指示灯和锁车的测试是由上位机发出测试命令，下位机正确应答收到该测试命令后，由下位机微处理器分别让各个指示灯(包括锁车指示灯)闪烁，通过检测人员眼睛判断，操作PC机(上位机)，确定该部件的好坏。上位机收到检测人员的输入结果后，向下位机发出结束该项测试的命令。

　　按键的测试是上位机发出测试命令，下位机正确应答收到该测试命令后，由下位机微处理器检测相应按键在指定时间内是否按下和松开。若按键动作正确，则下位机处理器按通讯协议将按键正常动作的信息上报给上位机，否则上报按键错误信息。语音提示部件的测试为上位机发出测试命令，下位机正确应答收到该测试命令后，由下位机微处理器分别循环出发出各提示语音段，有检测人员根据语音的质量和清晰度判断测试结果，并操作上位机输入结果。上位机收到检测人员的输入结果后，向下位机发出结束该项测试的命令。

　　2.3终端装置编码设计

　　由于RS 485总线是采用半双工通信方式，每次只能有一对节点进行通信，故要求每台装置有自己的地址编号以便测试辨认检测。这里设计将终端装置的生产编号为检测时的地址编号，由于终端装置的生产编号具有惟一性，故能够满足RS 485通讯的要求。

　　生产编号是终端装置的惟一标识，为了能更好地反映终端装置的生产信息，同时考虑编号生成的自动化，我们确定的编号方法如下：

　　YYMMDDHHmmss ID1 ID2 ID3

　　其中，YY为年后两位的BCD码，MM为月的BCD码，DD为日的BCD码，mm为分的BCD码，ss为秒的BCD码。该时间为进行测试时的时间，可以由进行测试的计算机自动生成。ID1和ID2为单字节的编码，分别为生产厂家代码、操作人员代码；ID3为双字节编码，代表软硬件版本号。

　　这样生产编号的设计具有以下优点：

(1)可以通过测试软件，根据当时时间等信息自动生成，避免人工失误，并且提高效率；

 (2)编号存人各台测试机的参数存储器中，作为终端的身份标识，用于生产检测和实际使用；
(3)根据该编号，极容易查出终端的生产厂家、时间以及检验人员，符合质量管理体系的要求；
(4)编号附带软硬件版本号，方便后期的技术维护。 [page]

　　3通讯协议的设计

　　RS 485总线只制定了物理层电气标准，对上层通信协议没有规定，这给设计者提供了很大的灵活性。一套完整的通信协议应从多个方面加以考虑，即要求结构简单、功能完备，又要求具有可扩充性与兼容性，并且尽量标准化。本系统采用的通信协议是在充分考虑到系统本身的功能特点，再参考国际标准通信规约的基础上制定的，适用于检测的计算机与检测终端进行点对点的或一主多从的数据交换方式，具体如下：

　　3.1 帧格式

　　起始符：数据帧起始标志，用于触发通信，本系统约定为8AH。

　　地址码：地址域由10个字节构成，每字节2位BCD码。地址长度为20位十进制数。低地址位在先，高地址位在后。当地址为 99999999999999999999H时，为广播地址(即向所有终端发送消息)。地址为11111111111111111111H时，为上位机。

　　控制码C：一个字节长度，用于指明具体的命令内容。每一位代表不同的内容对应不同的命令代码，具体内容如表1所示。

　　数据字段：本字段分两部分。第一部分为一个字节，表示整个数据字段的字节数(长度)，L=0表示无数据域。第二部分则为通信中需要传输的数据内容，包括数据标识和数据等，其结构随控制码的功能而改变。

　　校验码CS：从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和。

　　结束符：数据帧结束标志，本系统约定16H。

　　3.2数据传输

　　上位机(PC机)与下位机(单片机)构成的多机通信系统采用主从式结构，数据通信总是由主机发起。主机处于发送状态时，从机总是出于接收状态。若上位机发送的地址信息与本地从机相符，则接收该数据，否则继续接收总线上的数据。若下位机需要发送数据，则必须等到主机轮询过该下位机时，才可提出请求。这种网络模式下，下位机不会"侦听"其他下位机对主机的响应，这样就不会对其他下位机产生错误的响应。

　　3.3差错控制

　　当主机发出呼叫帧后，如果在规定的时间内没有收到从机的应答帧，则主机认为帧丢失并重发呼叫帧；如果发送3次仍没有收到应答帧，则系统认为该次通信失败，报错。在数据帧发送时，本系统采用应答方式进行差错控制，即接收方向发送方回发特殊的控制命令码，作为传输正确以否的的确认。如果传输中帧完全丢失，则发送方进行超时处理。

　　4结语

　　本文提出了一种基于RS 485总线的安防型GPS定位装置自动测试系统的设计，并分别就系统总体结构及检测思想的设计和主从式多机通信协议的设计等两个方面进行了阐述。设备的实际使用结果表明：整个系统设计合理，工作可靠，基于RS 485的总线测试系统通信可靠性高，可扩展性强，操作维护方便，大大提高了安防型GPS定位装置的故障检测与诊断效率。

　　该系统的设计思路，尤其是自动化编码方式对其他智能电子产品的自动化检测提供了很好的借鉴作用。并且通过对该系统的部分修改，可以移植到诸如智能传感器、工业控制终端等多种产品的生产检测中。