照明監控系統通信協議設計

李瑋

【摘要】本文采用ADAM-4000系列的I/O模塊和PC機構成RS-485網絡結構，要實現相關的通信功能，必需要完成對通信協議的設計。Modbus是工業控制器的網絡協議中常用的一種通信協議。本系統以此為基礎進行協議設計。

【關鍵詞】串口通信；傳輸協議；照明監控

引言

本監控系統采用的RS-485總線，對校園照明過程集中監控、操作、管理和分散控制。通信過程是通過RS-485總線和面向字符型的通信協議進行連接。串行通信接口是計算機系統常用的一種串口通信方式，它是一種標準擴展接口，串行接口一般包含RS-232/RS-422/RS-485。它的概念較為簡單：即按位（bit）發送和接收字節，常用的串口用于ASCII碼字符傳輸，距離最遠可達1200m。由于串口通信采用異步方式，所以端口在一根線上發送數據的同時，還可以在另一根線上接收數據。

一、照明監控系統的總體架構和功能實現

本系統采用研華公司開發的ADAM-4000系列的I/O模塊來實現通信功能。首先使用ADAM-4520模塊實現RS-232到RS-485通信的轉換，再構建一個RS-485網絡，使通信距離從15米延伸為1200米，網絡能夠覆蓋整個監控范圍。除此外還將使用ADAM-4017和ADAM-4050，分別實現模擬量輸入和數字量輸出功能。系統構成如題1所示。

硬件功能的具體要求如下：

定時讀取電流值和電壓值：本系統使用ADAM-4017實時監控電壓值，要求以間隔2s的方式讀取電流和電壓的測量值。

電壓報警測量功能：本系統使用ADAM-4017實時監控電壓值的同時也監控電壓值是否有異常。控制電壓的變化通過傳感器轉換為0V～+5V的電壓信號送入模擬通道0通道，當檢測電壓小于程序設定的下限值，計算機輸出控制信號，使得監控值有藍色變為紅色，即電壓下限報警；當檢測電壓大于計算機設定的上限值，輸出控制信號，使得監控值有藍色變為紅色，即電壓上限報警。

開關量輸入輸出功能：使用ADAM-4050進行數字量的輸出控制。主要是控制燈組的開關燈情況。輸出線路中主要用于控制繼電器開關轉換，當輸出為1時開關閉合，燈組打開；輸出為0時開關打開，燈組關閉。

在RS-485總線上還要安裝一個智能電表，主要目的是讀取電量和電費。

二、串行通信協議簡介

常用的串口通信速率為：9600或19200或38400B/S。數據格式：1起始位，8數據位，1停止位，校驗方式位。校驗方式有：無校驗、奇校驗、偶校驗。

ASCII模式的數據幀協議數據包格式如圖2所示。在消息中的兩個ASCII字符發由8Bit字節構成并發送。消息中字的最大發送時間間隔可以長達1秒，即在相鄰字符發送間隔大于1秒后。接收設備才會認為傳輸出現錯誤。

ASCII字符采用的代碼系統是十六進制，所以消息中的任何一個ASCII字符都用一個十六進制字符組成來表示。

起始位由一個字節構成，使用的是“：”字符（ASCII碼表示為：3AH）。

結束符由兩個字節構成，使用的回車換行符結束（ASCII碼表示為：0DH，0AH）。

地址域由兩個字節構成，從設備地址是0…247（十進制），其中0作為廣播地址。

功能域由兩個字節構成，可能的代碼范圍是1…255（十進制）。

數據域是由兩個十六進制數集合構成的，范圍00…FF。

錯誤檢測使用LRC（縱向冗長檢測）方法，針對消息內容計算得出檢測結果，字符計算中不包括起始使用的冒號符和結束位使用的回車換行符。

字符在標準的Modbus系列網絡傳輸時，如果消息需要連續傳輸，那么每個字符或字節是以從左到右即從最低有效位到最高有效位開始傳輸的。

三、系統中傳輸協議的設計

ADAM-4050主要功能是控制系統中的開關燈情況，在系統設計中每個教室都要使用一個ADAM-4050，因此對其進行設備地址設置：0x01—0xFF。根據教室的實際情況每個教室連接4組燈組，因此使用ADAM-4050的0到3的引腳，如果為1則表示開燈，如果是0則表示關燈。開關燈控制協議設計如表1、表2所示。

ADAM-4017是8腳的模擬量輸出控制模塊，主要用來監控教室中電壓電流的情況，每個教室中安裝一個ADAM-4017，其中第一引腳用來檢測電壓，其余引腳用來檢測電流，但是教室中只有4組燈組，因此只使用其中四個引腳，根據實際情況使用第二個到第五個引腳，即1～4編號的引腳。電壓檢測控制協議設計如表3所示。

電流檢測控制協議設計如表4所示。

在本系統中只有一個智能電表用來讀取整個校區的電費和電量值，電表只需傳輸相應的電量幀給上位機，上位機根據要求計算出相應的電費。DLT_645-2007_多功能電能表遵循中華人民共和國電力行業標準的電能表通信協議，其協議設計應用如表5、表6、表7所示。

四、結束語

本文對串行通信技術及其傳輸協議進行了技術介紹。確定了該照明監控系統使用的通信I/O模塊和智能電表。以串口通信協議為基礎，設計了本系統中的監控中心與通信模塊之間的數據傳輸協議。