基于ＲＳ ４８５總線的自動化檢測系統的研制

摘 要：安防型GPS定位裝置可以實現車輛的運行管理和鎖車防盜，有較大的市場需求量。該裝置的批量生產和檢測是安防型GPS定位裝置制造廠商面臨的問題。根據安防型GPS定位裝置生產和檢測的需要，提出了一種基于RS 485工業總線的計算機自動檢測系統，制定了用于該檢測系統的通訊協議。該檢測系統的研制不僅解決了安防型GPS定位裝置生產檢測的難題，而且，該系統的設計方法可以應用于其他電子產品的檢測。

關鍵詞：GPS；定位裝置；RS 485總線；自動化檢測系統；通信協議

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)0514203

Development of Automatic Examination System Based on RS 485 Bus

FAN Yue1，2，XU Kaihua1，2，LIU Yuhua1，2

(1.Digital Space Research Center，Huazhong Normal University Wuhan，430079，China;2.Wuhan Censtone Digital Techlology Inc.，Wuhan，430079，China)

Abstract：A kind of GPS positioning device，which is used to car traffic supervision and anti-theft alarm is suitable for the market.However，the problem of mass-production examination is faced by producers.In this paper，an automatic examination system is proposed basing on RS 485 fieldbus and the communication agreement for this system is also formulated.The solution of this examination system is not only used for GPS positioning device manufacturer，but also can be applied in other intelligent product such as intelligent sensor.

Keywords：GPS positioning device;RS 485 field bus;automatic examination system;communication agreement

年，我國安防市場發展迅猛，以每年20％~30％的速度增長。安防型GPS定位裝置是定位安防高端智能化創新技術與應用的產品，是GPS定位系統、GPRS通訊系統、防盜報警系統結合為一體的定位裝置。他能提供目標的具體位置信息對目標實時跟蹤，能進行無線數據傳輸、防盜報警、信息查詢、數據調度等。

安防型GPS定位裝置的結構框圖如圖1所示。

由于安防型GPS定位裝置的運行環境比較惡劣，而且該產品直接影響車輛的運行狀況和安全，因此對該產品的可靠性要求極高。

為了保證產品較高的可靠性，除了對產品設計要求高以外，還需要對生產進行嚴格的監管和測試。然而手工檢測的效率無法滿足批量生產的要求，因此需要設計滿足批量生產的安防定位裝置的測試系統。本文提出了一種基于PC機的自動化檢測系統設計思路，并且應用于安防型GPS定位裝置(以下簡稱裝置)的生產檢驗。該設計思路可以推廣到其他電子產品的生產檢測中。

2 自動化檢測系統的設計

2.1 設計思路

自動化檢測系統是利用計算機系統通過工業控制總線對終端裝置按流程進行檢測。串行通信是計算機與外部設備進行數據交換的重要渠道，并由于其成本低、性能穩定、遵循統一的標準，在工程中被廣泛應用。RS 485是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅動器和接收器，可以實現一臺上位機與多臺下位機之間的串行通信。其采用主從式通信方式，可以通過PC機與連接終端進行實時通訊^[1]，因此本測試系統采用RS 485總線。

這里，我們設計的自動化檢測系統是基于RS 485現場總線、自定義通信協議、在總線上連接各下位機(檢測終端裝置)和上位機(PC機)、由上位機統一管理的主從式總線型的檢測系統。一臺計算機通過RS 485現場總線同時檢測1～127臺終端裝置。用于測試的PC機和檢測終端都通過RS 232轉RS 485的轉接器，按照兩線制接線方式，通過總線式拓撲結構(并聯方式)，連接在一條RS 485總線上^[2]。PC機通過串行命令檢測裝置的硬件，連接方式如圖2所示。

2.2 系統檢測設計

根據安防型GPS定位裝置的特點，在生產過程中需要檢測的項目主要有：

微處理器單元及通訊接口;

供電系統(包括電源管理及電池充放電);

存儲器;

GPS模塊;

GPRS模塊;

按鍵;

指示燈;

鎖車;

語音提示(包括音頻放大電路)。

上位機通過與下位機的通訊，若收到下位機正確應答，則說明下位機能夠工作正常，可以確定微處理器單元、通訊接口以及供電系統正常。當下位機正常完成測試，則可以確定該節終端裝置微處理器單元、通訊接口以及供電系統正常。

存儲器、GPS模塊、GPRS模塊的測試是由上位機發出測試命令，下位機正確應答收到該測試命令后，由下位機微處理器分別進行存儲器、GPS模塊、GPRS模塊的測試，并把測試結果按通訊協議上報給上位機。

指示燈和鎖車的測試是由上位機發出測試命令，下位機正確應答收到該測試命令后，由下位機微處理器分別讓各個指示燈(包括鎖車指示燈)閃爍，通過檢測人員眼睛判斷，操作PC機(上位機)，確定該部件的好壞。上位機收到檢測人員的輸入結果后，向下位機發出結束該項測試的命令。

按鍵的測試是上位機發出測試命令，下位機正確應答收到該測試命令后，由下位機微處理器檢測相應按鍵在指定時間內是否按下和松開。若按鍵動作正確，則下位機處理器按通訊協議將按鍵正常動作的信息上報給上位機，否則上報按鍵錯誤信息。

語音提示部件的測試為上位機發出測試命令，下位機正確應答收到該測試命令后，由下位機微處理器分別循環出發出各提示語音段，有檢測人員根據語音的質量和清晰度判斷測試結果，并操作上位機輸入結果。上位機收到檢測人員的輸入結果后，向下位機發出結束該項測試的命令。

2.3 終端裝置編碼設計

由于RS 485總線是采用半雙工通信方式，每次只能有一對節點進行通信^[2]，故要求每臺裝置有自己的地址編號以便測試辨認檢測。這里設計將終端裝置的生產編號為檢測時的地址編號，由于終端裝置的生產編號具有惟一性，故能夠滿足RS 485通訊的要求。

生產編號是終端裝置的惟一標識，為了能更好地反映終端裝置的生產信息，同時考慮編號生成的自動化，我們確定的編號方法如下：

YYMMDDHHmmss ID1 ID2 ID3

其中，YY為年后兩位的BCD碼，MM為月的BCD碼，DD為日的BCD碼，mm為分的BCD碼，ss為秒的BCD碼。該時間為進行測試時的時間，可以由進行測試的計算機自動生成。ID1和ID2為單字節的編碼，分別為生產廠家代碼、操作人員代碼；ID3為雙字節編碼，代表軟硬件版本號。

這樣生產編號的設計具有以下優點：

(1) 可以通過測試軟件，根據當時時間等信息自動生成，避免人工失誤，并且提高效率；

(2) 編號存入各臺測試機的參數存儲器中，作為終端的身份標識，用于生產檢測和實際使用；

(3) 根據該編號，極容易查出終端的生產廠家、時間以及檢驗人員，符合質量管理體系的要求；

(4) 編號附帶軟硬件版本號，方便后期的技術維護。

3 通訊協議的設計

RS 485總線只制定了物理層電氣標準，對上層通信協議沒有規定，這給設計者提供了很大的靈活性。一套完整的通信協議應從多個方面加以考慮，即要求結構簡單、功能完備，又要求具有可擴充性與兼容性，并且盡量標準化。本系統采用的通信協議是在充分考慮到系統本身的功能特點，再參考國際標準通信規約的基礎上制定的，適用于檢測的計算機與檢測終端進行點對點的或一主多從的數據交換方式，具體如下：

3.1 幀格式

起始符：數據幀起始標志，用于觸發通信，本系統約定為8AH。

地址碼：地址域由10個字節構成，每字節2位BCD碼。地址長度為20位十進制數。低地址位在先，高地址位在后。當地址為99999999999999999999H時，為廣播地址(即向所有終端發送消息)。地址為11111111111111111111H時，為上位機。

控制碼C：一個字節長度，用于指明具體的命令內容。每一位代表不同的內容對應不同的命令代碼，具體內容如表1所示。

數據字段：本字段分兩部分。第一部分為一個字節，表示整個數據字段的字節數(長度)，L=0表示無數據域。第二部分則為通信中需要傳輸的數據內容，包括數據標識和數據等，其結構隨控制碼的功能而改變。

校驗碼CS：從幀起始符開始到校驗碼之前的所有各字節的模256的和。

結束符：數據幀結束標志，本系統約定16H。

3.2 數據傳輸

上位機(PC機)與下位機(單片機)構成的多機通信系統采用主從式結構，數據通信總是由主機發起。主機處于發送狀態時，從機總是出于接收狀態。若上位機發送的地址信息與本地從機相符，則接收該數據，否則繼續接收總線上的數據。若下位機需要發送數據，則必須等到主機輪詢過該下位機時，才可提出請求。這種網絡模式下，下位機不會“偵聽”其他下位機對主機的響應，這樣就不會對其他下位機產生錯誤的響應。

3.3 差錯控制

當主機發出呼叫幀后，如果在規定的時間內沒有收到從機的應答幀，則主機認為幀丟失并重發呼叫幀；如果發送3次仍沒有收到應答幀，則系統認為該次通信失敗，報錯。在數據幀發送時，本系統采用應答方式進行差錯控制，即接收方向發送方回發特殊的控制命令碼，作為傳輸正確以否的的確認。如果傳輸中幀完全丟失，則發送方進行超時處理。

4 結 語

本文提出了一種基于RS 485總線的安防型GPS定位裝置自動測試系統的設計，并分別就系統總體結構及檢測思想的設計和主從式多機通信協議的設計等兩個方面進行了闡述。設備的實際使用結果表明：整個系統設計合理，工作可靠，基于 RS 485 的總線測試系統通信可靠性高，可擴展性強，操作維護方便，大大提高了安防型GPS定位裝置的故障檢測與診斷效率。

該系統的設計思路，尤其是自動化編碼方式對其他智能電子產品的自動化檢測提供了很好的借鑒作用。并且通過對該系統的部分修改，可以移植到諸如智能傳感器、工業控制終端等多種產品的生產檢測中。

參考文獻

［1］虞日躍，史洪源.RS 485總線理論與實踐[J].電子技術應用，2001，27(11)：55-57.

［2］曹志錦，王永梁.基于RS 485的多級串行通信實驗系統設計及應用[J].實驗技術與管理，2002，19(5):65-67.

作者簡介 范 越 女，1983年出生，湖北黃石人，碩士研究生。主要從事智能控制與信息處理等研究。