基于串口通信的YDG?1型RTU參數配置與調試系統的實現

摘 要： 以串口通信技術為基礎，結合對RTU參數進行配置與調試的特點與應用需求，提出了該參數配置與調試系統的基本框架，并設計開發了該系統。該系統可視化好，交互性強，通過配置文件及RTU兩種方式批量導入導出參數信息，提高了效率，克服了普通超級終端系統命令行輸入及每次只能進行單個參數配置的不足。實踐證明，該系統運行穩定，操作簡單易行，為YDG?1型RTU參數配置與調試帶來諸多方便。

關鍵詞： 串口通信； RTU； 參數配置； 調試系統

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）02?0064?04

0 引 言

近年來，YDG?1型遠程數據采集儀（以下簡稱為RTU）在水利行業的地位已經日益重要，它在水利信息化領域有著廣泛的應用，其可以對水位、降雨量等參數進行實時的采集和處理，以滿足水利站計算機系統實時監控等要求。然而，RTU的參數繁多，計算機操作系統自帶的超級終端通過串口與計算機相連進行設置，需要在命令行敲入命令，而且一次只能設置一個參數。這無疑會要求操作人員需要熟悉命令，且設置過程中需要花費大量的人力與精力[1]。基于串口通信的YDG?1型RTU參數配置與調試系統YDG?1RTUPCDSBSPC（YDG?1 RTU Parameter Configuration and Debugging System Based on Serial Port Communication）填補了該空白。該系統具有通過該系統無需知道命令就可以批量地多方式地配置調試參數，且界面友好，交互性強，最重要的是減少了大量的人力投入，為RTU參數的配置與調試提供了一條簡便可行的途徑。

1 串口通信簡介

串口通信是指使用一條數據線，將數據一位一位地依次傳輸，每一位數據占據一個固定的時間長度。其只需要少數幾條線就可以在系統間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設之間的通信。使用串口通信時，發送和接收的每一個字符實際上都是一次一位的傳送的[2]，每一位為1或者為0。

通過單線傳輸信息是串行數據通信的基礎。數據通常是在兩個站（點對點）之間進行傳送，按照數據流方向可分成三種傳送模式：單工、半雙工、全雙工[3]。單工形式的數據傳送是單向的。通信雙方中，一方固定是發送端，另一方則固定是接收端，使用一根傳輸線。半雙工形式使用同一根傳輸線，即可發送數據又可接收數據，但不能同時同發送和接收數據。如RS 485可以使用一條數據線，也可以使用兩條數據線。全雙工數據通信分別由兩根可以在兩個不同的端點同時發送和接收的傳輸線進行傳送，通信雙方都能在同一時刻進行發送和接收操作，如RS 232在全又工形式中，每一端都有發送器和接收器，有兩條傳送線。

由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據，其他線用于握手，但不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗[4]。對于兩個進行通信的端口，這些參數必須匹配：

波特率是一個衡量通信速度的參數，它表示每秒鐘傳送的bit的個數。時鐘周期也是指波特率，例如協議需要4 800 b/s，那么時鐘是4 800 Hz。這意味著串口通信在數據線上的采樣率為4 800 Hz。波特率和距離成反比[5]。

數據位是衡量通信中實際數據位的參數。當計算機發送一個信息包，實際的數據不會是8位的，標準的值是5，7和8位。如何設置取決于需要傳送的信息。每個包是指一個字節，包括開始/停止位，數據位和奇偶校驗位。由于實際數據位取決于通信協議的選取，術語“包”指任何通信的情況[6]。

停止位用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數據是在傳輸線上定時的，并且每一個設備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設備間出現了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸的結束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。

奇偶校驗位是串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當然沒有校驗位也是可以的。

2 YDG?1型RTU通信協議簡介

YDG?1型數據采集儀（RTU）是一種水文參數實時采集、處理系統，它應用了通信、遙測和計算機等技術，進行江河、水庫、流域內降雨量、水位參數的實時采集和處理[7]。以實現防洪、減災、供水、發電等優化調度的自動化系統設備。系統的成功使用可使防汛指揮部門及時、可靠的掌握流域內的水情，為水庫、水電站、流域的防汛和優化調度提供準確的依據，為水文資料整編提供數據，以提高社會經濟效益[8]。

YDG?1型數據采集儀（RTU）是一種高可靠性、低功耗的適合野外工作環境的水文數據采集傳輸設備，它可以定時和實時地采集雨量、水位參數并進行計算處理和判斷，然后將處理的數據按標準格式存儲在本地存儲芯片內，并可通過本地串口線下載或通過GPRS通信模塊發送到中心站。同時也可以響應中心站發送的參數召測命令，及時將有關數據返回發送[9?10]。該設備具有實時數據顯示和各參數靈活設置的功能。YDG?1型數據采集儀系統框圖如圖1所示。YDG?1型數據采集儀可以接正、反格雷碼機械編碼水位計、CBS氣泡水位計、RLS雷達水位計、Nimbus氣泡水位計、Kalesto雷達水位計等水位傳感器[11]。

3 YDG?1RTUPCDSBSPC的實現

3.1 主體架構

YDG?1RTUPCDSBSPC旨在批量簡便地配置與調試RTU參數，系統建設的關鍵是參數讀取源。可以通過三種方式批量地讀RTU參數。

（1） 從配置文件讀取參數。這種方式的優越性體現在多臺RTU配置的情況，無需知道RTU原來的參數信息，讀取效率非常高。

（2） 從RTU讀取RTU內的參數。可以一鍵讀取RTU內的所有的參數信息，在需要查看比較多的RTU參數的情況下，這種方式比較合適。

（3） 直接連接RTU不批量讀取參數，可以通過單個讀取按鈕從RTU來讀取單個參數。

以上三種讀取方式，視實際的現場需求選擇讀取方式。有了多種可選擇的讀取方式作為保證，大大提高了工作效率和實用性。系統界面友好，交互性強，經實際運用后證實了其健壯性。整個系統工作流程如圖2所示。

在圖2 的系統流程中，系統用戶首次使用需配置參數配置文件的段名以及串口連接的相關參數。系統中的段名與配置文件中的段名是惟一相對應的。串口參數有通信端口號、波特率、數據位、校驗碼、停止位、數據流控制等。系統連接RTU成功后，視實際需求選取讀取參數的方式。首次參數顯示在系統相應的頁面上，需要調整可調整下參數，一鍵保存對應的參數到RTU及配置文件中。配置完成后，斷開串口連接，完成配置。

3.2 系統功能模塊

RTU配置調試軟件提供了對RTU參數配置調試的管理機制。整個系統分為三大模塊：控制模塊、設置與顯示模塊以及監控模塊。系統功能模塊分布見圖3。

3.2.1 控制模塊

控制模塊中設有四個子模塊：串口配置、參數源配置、串口控制、系統退出。串口配置模塊實現串口參數的配置。參數源配置模塊實現參數源的獲取：可以從配置文件中獲取，也可以從RTU本身獲取，或不獲得參數連接RTU。串口控制模塊實現與RTU的連接與RTU的斷開操作。

3.2.2 設置與顯示模塊

配置模塊中按參數功能設有7大子模塊：系統命令參數配置、通信設置參數配置、通信通道設置參數配置、雨量設置參數配置、雨量傳感器設置參數配置、水位設置參數配置、水位傳感器設置參數配置。按功能模塊劃分參數，分類處理更簡明易了。在這7個子模塊可多參配置與調試參數，也可單參配置與調試參數。

3.2.3 監控模塊

監控模塊設有實時事務監控與RTU實時通信數據流監控兩個子模塊。通過實時事務監控子模塊可以隨時監控軟件的運行狀況。RTU實時通信數據流監控模塊中給出了詳細的命令數據流，方便查閱與監控。這兩個子模塊增加了通信過程中系統的可讀性。

3.3 系統實現

基于串口通信的RTU參數配置與調試系統，為參數的配置與維護提供了一條簡明方便有效的捷徑。系統基于Visual Studio 2005的開發環境下，采用C#語言編制。經多次測試使用證明，該系統穩定可靠，操作方便。系統的主界面如圖4所示。

4 結 論

本文首先分析了基于串口通信的YDG?1型RTU參數配置與調試系統的研究意義。該系統為YDG?1型RTU的參數配置提供了重要技術方法。系統在傳統的單參數配置基礎上探索了多參數配置的方法，給實際的現場應用帶來諸多好處。隨著RTU軟件的不斷深入，以及水利行業對RTU的需求的不斷深入，RTU參數配置與調試系統的功能將會不斷完善。

參考文獻

[1] 江峰，劉高嵩.串口通信中系統資源的分配問題的研究[J].計算機技術與發展，2006（11）：1?3.

[2] 向樂樂，盧艷娥.基于 Nios Ⅱ的多串口數據通信的實現[J].電子設計工程，2011（2）：1?3.

[3] 翟希述，王寶興，范淼.基于Visual C#的串口通信程序設計[J].電子科技，2011（2）：2?4.

[4] ISO. ISO/IEC3309 Telecommunication and information exchange between systems： high?level data link control （HDLC） procedures?fame structure [S].[S.l.]： ISO， 1993.

[5] 李現勇.Visual C++串口通信技術與工程實踐[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[6] 龔建偉，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信編程實踐[M].北京：電子工業出版社，2004.

[7] 鄭彪，汪秉文.串口通信在工業控制中的應用[J].自動化儀表，2002（4）：1?2.

[8] 呂國芳，唐海龍，李進.基于Modus RTU 的串口調試軟件的實現[J].計算機技術與發展，2009（9）：1?3.

[9] 封亞斌.采用串口通信技術實現Modbus數據通信[J].自動化儀表，2004（10）：1?3.

[10] 楊偉，劉婭琳，張俊芳，等.基于RTU的用戶側管理服務系統設計[J].電力需求側管理，2004（1）：1?3.

[11] 蘇柱賓，蔣存波，張斌.狀態機原理在Modbus協議實現中的應用[J].軟件導報，2011（1）：1?3.