0 引言

在工業(yè)電氣傳動裝置中，變頻器因應用方便，性能可靠，所以被作為首選的電機控制器得到廣泛應用[1]。計算機控制技術與現(xiàn)代變頻器技術相結合，采用變頻器的標準RS485通訊接口和內置協(xié)議，可以方便地實現(xiàn)微機對下位機的集中控制，并且易于軟件實現(xiàn)，費用低廉，具有較高的可靠性和實用價值[2]。

為了便于操作和監(jiān)控電動機的運行工況，需要對其電壓、電流、頻率、轉速及工作狀態(tài)等關鍵信息進行監(jiān)測，并根據工作需要，修改相應的參數(shù)，調整電動機的工作狀態(tài)。這些信息可通過變頻器(下位機)傳給微機(上位機)，因此需要變頻器與微機進行通訊，通過微機監(jiān)控變頻器來控制、協(xié)調電動機的運行。本文基于Visual C++下的MSComm控件來實現(xiàn)微機與變頻器的串口通訊。

1 變頻器通訊機制

1.1 系統(tǒng)硬件總體結構簡圖

由于多數(shù)工業(yè)用變頻器提供的是符合RS485標準的串行通訊接口，而微機的通訊接口多為RS232C接口[3]，因此在二者之間需要加接RS485-RS232C接口轉換器。這樣利用該接口通過軟件編寫的通訊驅動程序就可以實現(xiàn)微機與變頻器的信息交換。系統(tǒng)硬件總體方框圖如圖1所示。

1.2 串行通訊

串行通訊是指外設和計算機間使用一根數(shù)據信號線傳送數(shù)據，這些通訊數(shù)據在信號線上是按位進行傳輸?shù)模恳晃粩?shù)據都占據一個固定的時間長度。

這種通訊方式的優(yōu)點是使用的數(shù)據線少，在遠距離通訊中可以節(jié)約通訊成本。當然，其傳輸速度比并行通訊慢。對于RS485 串行接口其最大傳輸速率為10 Mbit/s，最長通訊距離為1 200 m。

1.3 通訊協(xié)議格式

串口通訊傳輸?shù)幕舅枷牖趲瑐鬏敺绞?，即在向串口發(fā)送數(shù)據時是逐幀發(fā)送。在每幀傳輸過程中采用應答方式[4]。具體為上位機發(fā)送命令參數(shù)，變頻器首先通過校驗判斷是否為正常幀，若校驗為正常幀，可以接收并做出應答。否則丟棄不予應答。

本文所舉例的變頻器的通訊幀格式如圖2 所示，每一幀都由幀頭、幀格式數(shù)據塊、校驗和、幀尾四部分構成。

EOT：起始位，1個字節(jié);

DATA：數(shù)據塊，n 個字節(jié)，包括命令字、參數(shù)、工作狀態(tài)等內容;

BCC：校驗和，2個字節(jié)，為其前5 個字節(jié)數(shù)據之和，低位在前，高位在后;

ETX：結束，1個字節(jié)。

通訊協(xié)議的數(shù)據格式為：

1)串口幀采用10位幀，1位起始位，8位數(shù)據位，1位停止位，無奇偶校驗位，均為十六進制數(shù)據，字長為8 bit，采用COM1串口，波特率為9 600 bit/s;

2)變頻器根據上位機指令向上傳送相應數(shù)據;

3)應答發(fā)送，微機發(fā)出修改命令，變頻器接收命令后，修改參數(shù)，并把參數(shù)修改情況傳給上位機;

4)上位機發(fā)送其他命令如啟動、停止等。

2 MSComm控件

Microsoft Communication Control(簡稱MSComm)是Microsoft 公司提供的在Windows下進行串行通訊編程的ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行端口接收和發(fā)送數(shù)據的簡便方法。

2.1 MSComm控件的引用

MSComm 控件的引用和其他ActiveX 控件的引用類似，一般都是在Visual C++6.0環(huán)境下，新建一個工程，在“工程”菜單下，選擇“增加到工程”的Components

and Controls Gallery 選項，在彈出的對話框中打開“Registered ActiveX Controls”，選擇“Microsoft Communications Control version 6.0”插入到工程中，這樣類似電話機模樣的MSComm控件就出現(xiàn)在工具框中，用戶可以像使用內部控件那樣把它添加到窗體。

值得一提的是，該控件可以放在窗體的任一位置，在運行的時候對外是不可見的。

2.2 MSComm控件兩種處理通訊的方式

MSComm控件有兩種處理通訊的方式，包括事件驅動方式和查詢方式[5,6]。在文獻[5，6]中對此做了詳細介紹。

2.3 MSComm控件的屬性

MSComm 控件中比較重要的幾個屬性如下：

CommPort 設置并返回通訊端口號，缺省值為COM1，可設置1~16個;

Settings 以字符串的形式設置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據位、停止位;

PortOpen 設置并返回通訊端口的狀態(tài)，也可打開和關閉端口;

Input 讀入并清除接收緩沖區(qū)的字符;

Output 將發(fā)送的字符串或數(shù)組寫到發(fā)送緩沖區(qū);

CommEvent 在通訊錯誤或事件發(fā)生時產生;

OnComm 事件，CommEvent 屬性存有該錯誤或事件的數(shù)值碼。

3 軟件實現(xiàn)

3.1 程序模塊

軟件實現(xiàn)主要包括上位機初始化程序模塊，串口事件處理模塊，數(shù)據校驗模塊，數(shù)據處理模塊等。

3.1.1 上位機初始化模塊

打開串口并設置串口參數(shù)，同時，預讀緩沖區(qū)以清空殘留數(shù)據，對串口初始化。設置的串口參數(shù)包括：串口號、波特率、奇偶校驗位、數(shù)據位、停止位等。

主要代碼如下：

If(m_ctrlComm.GetPortOpen())

m_ctrlComm.SetPortOpen(FALSE);// 檢查串口，如果是打開的，則關閉

m_ctrlComm.SetCommPort(1); // 根據協(xié)議要求，選擇COM1端口

m_ctrlComm.SetSettings(“9 600，n，8，1”);// 設置波特率9 600，無校驗，8個數(shù)據位，1個停止位

m_ctrlComm.SetInputMode(1);//1：表示以二進制方式檢取數(shù)據

m_ctrlComm.SetRThreshold(1);// 參數(shù)1表示每當串口接收緩沖區(qū)中有多于或等于1 個字符時將引發(fā)一個接收數(shù)據的OnComm事件

m_ctrlComm.SetInputLen(0);//設置當前接收區(qū)數(shù)據長度為0，表示全部讀取

m_ctrlComm.GetInput ();// 先預讀緩沖區(qū)以清除殘留數(shù)據

3.1.2 串口事件處理模塊

該模塊主要是接收下位機發(fā)送來的數(shù)據包，并對數(shù)據包進行數(shù)據類型的轉換，以便于數(shù)據處理模塊和數(shù)據校驗模塊對其進行處理。主要代碼如下：

switch(m_ctrlComm.GetCommEvent ())// 代表控件引起的事件

{

case 2: //comEvReceiv 事件，事件值為2 表示接收緩沖區(qū)內有字符

{

VARIANT variant_inp;

COleSafeArray safearray_inp;

LONG len，k;

BYTE rxdata[2048];

CString strtemp，m_str;

variant_inp=m_ctrlComm.GetInput();//讀緩沖區(qū)

safearray_inp=variant_inp;//VARIANT 型變量轉換為ColeSafeArray型變量

len=safearray_inp.GetOneDimSize ();// 得到有效數(shù)據長度

for(k=0;k

safearray_inp.GetElement(&k，rxdata+k);//轉換為BYTE型數(shù)組

}

for(k=0;k

BYTE bt=*(char*)(rxdata+k);

strtemp.Format(“%02X”，bt);// 將字符以十六進制方式送入臨時變量strtemp存放，注意這里應加入一個空隔

m_str+=strtemp;

//加入接收編輯框對應字符串

}

// 微機控制變頻器的參數(shù)通過類似COIeVariant的構造函數(shù)來實現(xiàn)，COIeVariant 可以接收各種類型的數(shù)據(如字符串、整數(shù)、浮點數(shù)等)并自動將其轉換為符合VARIANT要求的數(shù)據。然后就可以根據自己的通訊協(xié)議要求加入相應的處理代碼，實現(xiàn)數(shù)據的傳遞[6]。

…… //在此可以添加通訊協(xié)議代碼

}

}

3.1.3 數(shù)據校驗模塊

根據約定的通訊協(xié)議，對于上位機發(fā)送的命令，不符合協(xié)議格式(包括數(shù)據頭，尾，數(shù)據長度等)時，下位機將不予應答;對于下位機傳送給上位機的數(shù)據，處理方式相同。符合協(xié)議格式(包括數(shù)據頭，尾，數(shù)據長度等)時，計算校驗和，校驗和為其前5 個字節(jié)數(shù)據之和。校驗正確，則進入數(shù)據處理模塊，否則，丟棄不予處理。

3.1.4 數(shù)據處理模塊

此模塊包括數(shù)據解包，數(shù)據提取，數(shù)據轉換，如將得到的十六進制的頻率數(shù)據，以十進制數(shù)據方式上傳至上位機顯示。

此外還有等待超時處理模塊，數(shù)據傳輸錯誤處理模塊等。

3.2 通訊協(xié)議編程實現(xiàn)

變頻器與微機進行通訊時，首先，作為下位機的發(fā)送方先將要發(fā)送的數(shù)據按協(xié)議規(guī)定的格式組成數(shù)據包，并求出檢驗和，然后連同包頭和包尾一同發(fā)送出去。作為上位機的接收方收到數(shù)據后，通過軟件實現(xiàn)通訊協(xié)議，主要流程如圖3所示。

在軟件實現(xiàn)通訊協(xié)議的過程中，處理和校驗數(shù)據時，注意要將接收的數(shù)據格式轉換為合適的數(shù)據格式，否則在調試的時候就會出現(xiàn)錯誤，或者在上位機的控制界面上不能正確顯示。

3.3 界面實現(xiàn)

該軟件主要由靜態(tài)數(shù)據區(qū)和動態(tài)數(shù)據區(qū)兩部分組成。靜態(tài)數(shù)據區(qū)包括串口參數(shù)的選擇和參數(shù)數(shù)據的顯示，并可選擇和修改參數(shù)命令;由于該變頻器采用應答式通訊，所以在動態(tài)數(shù)據區(qū)中，顯示下位機傳送的數(shù)據，同時，在靜態(tài)工作區(qū)可以導入導出參數(shù);

在動態(tài)工作區(qū)，可以根據需要，選擇是否進行定時發(fā)送測量命令，從而實時監(jiān)控下位機的工作狀況。靜態(tài)數(shù)據區(qū)和動態(tài)數(shù)據區(qū)兩部分相互配合，實現(xiàn)對下位機的完整控制。如圖4所示。

4 結語

采用Visual C++環(huán)境下的MSComm控件對變頻器進行軟件編程，通過變頻器的RS485串口通訊功能，可以實時監(jiān)控和調整下位機的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對下位機的集中控制。軟件界面友好，操作方便，具有較強的實用性。