总线控制范文10篇

总线控制范文篇1

关键词:FCS控制系统;结构特点;优势分析;前景展望

“信息化带动工业化，工业化促进信息化”是中国的国策。现在石油和化工企业的信息化分为三层结构：第一层以PCS(ProcessControlSystem，过程控制系统)为代表的生产过程基础自动化层，主要内容包括先进控制系统（DCS、FCS）、先进控制软件、软测量技术、实时数据库等。第二层以MES(ManufacturingExecutionSystem，制造执行系统)为代表的生产过程运行优化层，主要内容包括现金计划与调度技术APS、生产实时跟踪技术、动态质量控制与管理技术、物料平衡技术等。第三层以ERP(EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划)为代表的生产过程经营优化层，主要内容包括企业资源管理ERP、供应链管理、产品质量数据管理、设备资源管理、企业电子商务平台等。三层结构在功能划分上虽有重叠，但各有侧重。

目前中国石油内部正在MES和ERP这两层平台推广实施先进的管理系统。PCS层虽然处于最底层，但是本层各种控制系统及技术应用效果的好坏，直接关系到信息化进程的快慢和应用效果。在目前，DCS（集散控制系统）还是主流，国内已有近800套应用。但是现场总线控制系统FCS（fieldbuscontrolsystem）代表当今控制技术和DCS的发展方向，并已经进入工业化应用阶段。人们对FCS有各种评论，既有对新技术的赞尝，也有对现状的困惑。尽管众说纷纭，笔者将FCS结合本公司装置实例，对其应用发展，略表以下个人之见：

一、(FCS)现场总线控制系统的特点

根据IEC/ISA定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支的通信网络。它是用于过程自动化最底层的现场设备以及现场仪表的互连网络，是现场通信网络和控制系统的集成。它具有系统开放性；互可操作性和互用性；现场设备的智能化与功能自治性；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性等技术特点。FCS与传统控制系统（如DCS）的结构对比如图所示

二、(FCS)现场总线控制系统的优势分析

出于安全角度考虑，炼油化工装置与操作控制人员所处的距离一般较远，采用FCS比采用DCS优势更明显。以我公司20万吨/年催化重整和10万吨/年柴油加氢联合装置为例，来分析一下采用现场总线系统的优势。目前本联合装置采用DCS系统，从装置到控制站之间距离为大约450m。DCS系统现场控制站I/O点数统计为（不包括ESD系统点数）：模拟量输入点（AI）带控制106点、指示208点；温度指示T/C、RTD：340点；模拟量输出AO：93点；数字量输入DI:50点；数字量输出DO：22点。根据点数统计，集散控制系统规模最低设置（考虑20%备用余量）应至少配控制柜4块，包括：8点AI卡57块，6路T/C卡68块，8点AO卡27块，16点DI卡：4块，16点DO卡2块。安全栅柜4块，对所有输入输出配安全栅、继电器端子等。电源柜1块，为控制柜和安全栅柜提供电源。操作站4个，工程师站1个。电缆敷设采用从现场仪表到接线箱，再通过多芯电缆至控制室内接线端子的方式。这样所用8芯电缆电缆数量大约41km，2芯电缆电缆数量大约41km。如果采用FCS系统，从控制系统设计、安装、投运到日常检维修都可以体现其优越性：

（一）节约初期投资和安装费用。以采用PROFIBUS-DP为例，构成多主站控制系统。由于现场的智能设备具有多种功能，因而可不再需要单独的控制器、报警设定器、及DCS系统的多种卡件、隔离栅等。所以说可以省去本联合装置中4个控制柜和4个安全栅柜中所有卡件、隔离栅及其他变送器、设定器等控制设备。但是相比较电Ⅲ型仪表，现场智能仪表价位稍高，总体上来说硬件投资低于DCS系统。由于控制室内设备减少，并且现场总线系统接线简单，一对双绞线上可挂接多个设备，因而电缆、槽盒、桥架用量和规格大大减少，既节约了投资，也减少了设计、安装工作量。桥架宽度规格减小，能相应减少土建专业施工难度。总体上而言，可减少初期投资。

（二）节约后期安装和日常维护费用。当后期需要增加现场控制设备时，无需增设新电缆，就近连在原电缆即可，节省了后期电缆投资和相应的施工工作量，普遍认为可节约安装费用60%。由于现场控制设备本身具有自诊断、故障自处理能力，并且控制网络可以将现场控制设备的状态、诊断信息传输到控制室，操作管理人员可以快速、准确的了解和查询生产现场和自控设备的运行状态。作为网络节点的智能现场设备，具备数字计算和数字通讯能力，位于现场的测量变送与执行机构之间直接借助网络传送信号，因而控制功能可直接在现场完成，实现了彻底的分散到现场的控制系统功能，从根本上提高了控制系统运行的可靠性和有效性。

（三）用户具有高度的系统集成主动权

控制网络突破了DCS系统中因专用网络的封闭造成的缺陷，采用开放化、标准化的解决方案，用户可根据广泛认可的、开放的协议选用总线系统，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而烦恼。

三、国内工程应用存在的问题

（一）价格问题。FCS的主要特点是节省安装费用和维护开销，在硬件的价格方面并不比传统的DCS或者PLC低，甚至要略高于它们。国外的FCS应用试点报告已说明了这种情况，FCS的总费用低。但在国内，一方面用户对硬件的价格十分敏感，而进口FCS硬件的价格高得惊人；另一方面，由于国内目前人工费用低，所以工程设计，管理，安装，调试等费用远比国外低。这是FCS在国内应用不多的一个重要原因。

（二）冗余问题。按照现场总线的设计思想，低速部分不需要冗余，因为它已经将危险分散了，局部故障不会导致全局的故障。现场总线的智能化仪表又有实现维修预报的功能，可以事先防范；而且万一现场仪表故障，调节回路失灵，也可以由主机进行操作干预。主机出现故障时，现场仪表在现场自成调节回路而实现自主调节。但在实际生产中的一些特殊应用场合，控制系统用户(尤其是出现过由于控制系统失灵导致工厂事故的生产企业)特别强调冗余，有的甚至要冗余到底(包括电源，网络等等)，而目前现场总线国际标准FF的F1和Profibus的PA都没有冗余。当然，要完全冗余，在技术上不是完全不可能的，但这样一来，在经济上往往是不允许的。

（三）调试和运行维护比预料的难。由于现场总线技术包含许多新的技术内容，尤其是像FF这样的现场总线本身相当复杂，在调试过程和运行维护中经常会遇到这样那样的困难。

四、前景展望

目前，在我国绝大部分过程工业都以DCS作为主流控制系统，电皿型仪表作为主导仪表；加上因认识上的原因和现场总线智能仪表尚为非主导产品，暂不能大量普及FCS。单从利用现有资源角度，DCS系统的消失或完全被取代，短期内也是不合理的，应立足于现有DCS，充分挖掘现有设备的潜力(如可以在DCS与FCS之间安装网关，以实现信息的传递)，使既有投资又不至于浪费。另外，DCS是一个不断发展的控制系统，它必然采用现场总线技术对自身进行改造，使DCS能与现场总线智能传感器(智能仪表)和局部FCS连接起来。目前一段时期所有这些情况造成FCS与DCS共存的局面。据估计，用10年左右的时间才能真正过渡到FCS的主导地位。

参考文献：

总线控制范文篇2

2.1.3网关（Gateway）；一种特殊的节点，用于两面种不同的总线之间的信号和数据变换。

2.1.4放大器；一种用于实时（加强）信号，以精确复制原始信号。连接同一总线的两部分，解决通讯信号在通讯线上由于电气损耗而造成的衰减。当信号变弱而不变形时可以使用放大器。

2.1.5中继器（Repeater）；用于加强信号，产生不变形的新信号。连接同一总线的两端，当信号变弱或变形时可以使用中继器。

2.1.6.桥（Bgridge）；有两类桥。一种是用于连接同一种协议，不同传输速度的两个段。另一种是一种智能的中继器，当通讯的源地址和目的地址位于不同总线段时，用于重复两个段间的数据。桥必须被编程设定地址和相关的段。当桥读地址时，要有几个位的等待时间。桥可以应用于设备级总线，但应用并不普遍。

2.1.7路由器（Router）；用于广域网的高等级桥。这类产品很少应用于设备级总线。

2.1.8有源多端口分接器（Activehub）多端口中继器或放大器，以增加总线的分支能力。

2.1.9接口卡、接口模块（Interfacecard,interfacemodule）；指网关的常用术语，作为PLC或PC到设备及总线的接口。

2.2无源总线产品无源总线产品包括：

2.2.1T型分支（Tee）；用于产生总线上的一路分支。

2.2.2无源多端口分接器（Passivehub）；多端口T型分支。

2.2.3终端电阻（TerminatingResistor）；安装在总线的始端和末端的电阻，用于稳定和调整信号。

总线控制范文篇3

关键词：建筑智能现场总线控制系统现场总线的测量系统

Ⅰ、对建筑智能化工程中存在的问题及改进意见

一、当前建筑智能化建设工程中存在的问题建筑智能化工程的质量是一项综合性系统工程，从已建及在建的智能建筑情况来看，建设单位化了很大的投资，但建成后许多不能发挥其作用，或开始使用尚好，但逐步被搁置。

从上海调查资料来看，只有20％的项目具有集成管理系统，而具有综合管理自动化系统也很少。纯管理自动化模式多些，更多的是各自独立分散系统。其资源不能共享，硬件不能共用，系统不能共管。没有完全体现和达到建筑智能化的目的。

由于不重视系统集成，各自独立分散的系统。通信协议各产品制造商独自开发，和对外保密。硬件也没有兼容与互换性。当损坏或需更新升级时只能购买原来厂商产品，往往由于价格太贵，而无力配置，造成整个系统不能运行，造成闲置、浪费。

造成这种状况，究其原因是建设单位不清楚建设部关于选定智能建筑设计及集成商的规定与要求及其重要意义。另外对智能建筑系统选择过程中需考虑的几个方面技术要求不清楚。本文综合了有关资料供设计及建设单位参考。希望能对建筑智能化工程的建设有所改善，能较好体现出智能化建筑工程的优势和所达到的目的。

二、关于建筑智能化工程设计及集成商的确定

建设部关于建筑智能化工程设计集成商资质的规定。

建设部［99］117号文通知从2000年1月1日起必须持有智能化工程设计和系统集成专项资质证书的单位，方可在其资质证书范围内承担智能化系统工程的设计和系统集成的业务。地方政府，业务部门应严格管起来，更不应自立门户。

2.系统集成商的选择：

当今建筑智能化系统是信息化，数字化的必然产物和发展方向。智能建筑除了与建筑物的个性、标准及用户财力有关外还要有前瞻性。现有方案要与发展很快的信息技术相结合。系统要能方便升级，与发展的先进技术相兼容。现在生产厂商都提出了15年质量保证体系，因而所实施的工程要能保证用户在15年内满足不断扩展的业务需要。使投资在15年内保值。为了达到这样的目的，在考察和选择集成商时，最重要的是集成商的经济实力和后援技术保障。对于建筑智能化系统，不仅在工程建筑完成后能达到设计标准，而且要保障其基础设施使用15年的寿命。在15年内能与发展的技术相兼容。对这些保障，集成商要有赔偿能力，所以集成商的经济实力必须是牢靠的，那些昙花一现的公司切不可信赖。

在后援技术保障方面，由于通信和计算机产品及技术更新非常快。计算机应用软件在系统投入运行后，也要进行后期的维护、更新、扩充和修改。这一切要求有可靠的，能够长期生存的，有良好信誉的，有业绩的公司，才能在交工后仍可得到良好的技术支持和后援保障。在后援保障方面，集成商公司，应有一支包括下列人员精干的队伍，即系统集成、计算机硬、软件、网络信息管理系统电气设计施工等方面的科技人才。3.建筑智能化通信网络：

建筑智能化网络可分为二大类，一类为底层现场控制层网络，另一类为上层网络，包括过程监控及楼宇管理层。上层网络，由以太网，TOP等局域网组成采用标准ISO/SIO通信协议。底层现场控制层网络采用现场总线制网络，通信协议是采用实事性强，可靠性高简化的SIO标准。

一、现场总线控制系统的概念（FCS）

现场总线控制是工业（建筑）设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。使得不同制造商的产品可以互连，是DCS系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业PC机内总线插槽的PC接口板与现场总线网段连接。

二、现场总线控制系统的组成

现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。

1、现场总线控制系统：

它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

2、现场总线的测量系统：

其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、

抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。

3、设备管理系统：可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。例如Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管理系统，它安装在主机算机内，由它完成管理功能，可以构成一个现场设备的综合管理系统信息库，在此基础上实现设备的可靠性分析以及预测性维护。将被动的管理模式改变为可预测性的管理维护模式AMS软件是以现场服务器为平台的T型结构，在现场服务器上支撑模块化，功能丰富的应用软件为用户提供一个图形化界面。

4、总线系统计算机服务模式：以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。客房机运行在PC机或工作站上。服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。

5、数据库：

它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。工业设备在运行过程中参数连续变化，数据量大，操作与控制的实时性要求很高。因此就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据库系统，市面上成熟的供选用的如关系数据库中的Orad，sybas，Informix，SQLServer；实时数据库中的Infoplus，PI，ONSPEC等。6、网络系统的硬件与软件：

网络系统硬件有：系统管理主机、服务器、网关、协议变换器、集线器，用户计算机等及底层智能化仪表。网络系统软件有网络操作软件如：NetWarc，LANMangger，Vines，服务器操作软件如Lenix，os/2，WindowNT。应用软件数据库、通信协议、网络管理协议等。

三、现场总线控制系统的特点

1、在功能上管理集中，控制分散，在结构上横向分散、纵向分级。

2、要有快速实时响应能力，对于工业设备的局域网络，它主要的通信量是过程信息及操作管理信息，信息量不大，传输速率不高在1MPS以下，信息传输任务相对比较简单但其实时响应时间要求较高为0.01—0.5S。所谓实时性是在网络通信过程中能在线实时采集过程的参数，实时对系统信息进行加工处理，并迅速反馈给系统完成过程控制，满足过程控制对时间限制的要求。除了控制管理计算机系统的外部设备外，还要控制管理控制系为统的设备，并具有处理随机事件能力。实际操作系统应保证在异常情况下及时处置，保证完成任务，或完成最重要的任务，要求能及时发现纠正随机性错误，至少保证不使错误影响扩大，应具有抵制错误操作和错误输入信息的能力。实现现场总线控制系统实时性的主要措施为：(1)OSI协议中7层都是提供高度的功能性服务，为此降低了通信流量和增大传输时间，因而影响实时响应能力。因此将OSI七层通信协议，采取不同程度的简化，减少由于层间转换的复杂性，而影响实时响应能力。现场总线控制系统的通信协议一般为物理层、链路层、应用层，再增加一个用户作为网络节点，互连成底层总线网。如PRUFIBUS总层的四层结构。(2)把基本控制功能下放到现场具有智能的芯片或功能块中，使控制功能彻底分散，直接面对对象，接口直观简、结。把同时具有控制、测量与通信功能的功能块，与功能块应用进程，作为网络节点，互连成底层总线网。如PRUFIBUS总线系统，按照主站、从站分，把底层的通信及控制集中在从站来完成。各公司厂商提供较齐全的各类主站与从站列芯片，实现起来简单又便宜。有如LONWORKS虽然通信协议与OSI相同为七层，但全部固化在一个神经芯元片中，不需要经网络传输，同样可加快实时响应能力，同时应用程序定义一个特殊对象��网络变量存在于神经元芯片ROM中，它是在节点代码编译时确定，将不同节点。同类型的网络变量连接起来进行自控，大大简化了开发和安装分布系统过程。(3)介质访问协议：一般采用令牌传递总线访问方式（TOKENBUS）既可达到通信快速的目的，又可以有较高的性价比，对于多路访问冲突检测（CSMA/CD）方法，虽然通信管理上较为简单，但并不能完全避免碰撞现象，实现冲突检测比较复杂，此外在线路中常态干扰与差错往往和碰撞难以区别，因此对现场总线控制系统实时性要求较高的场合，并不十分适合。所以大部分总线控制系统均为令牌传递访问。只有LONWORKS采用改进型的，即带预测P的CSMA访问方式。当一个节点需要发送信息时，先带预测P测一下网络是否空闲，有空闲则发送，没有空闲则暂时不发，这样就避免了碰撞减少了网络碰撞率，提高了重载时的效率。并采用了紧急优先机制，以提高它的实时性与可靠性。(4)通信方式：一般分调度通信和非调度通信多数为调度通信，用于设备间周期性传输，控制的数据预先设定。非调度通信用于参数设置、设备诊断报警处理。从其功能上分，有主站与从站区分。从站仅对收到信息时确认或当主站发出请求时向它发信息，所以只需总线协议一小部分，既经济，实时性也强。

3、产品要具有互操作性

各制造商产品要通过所属各类总线制协议符合其规定的OSI标准一次性测试，及互操作性测试，并以专门测试中心认证。为了提高其可靠性，还要经过在恶劣环境下鲁棒测试。接口技术采用了OEM集成方法构成产品，可以实现数据开放式传输。

因此，对于同一类型协议的不同制造商产品可以混合组态与调用为一个开放系统，使它具有互操作性。

4、要求具有较高可靠性措施：

(1)硬件经过严格挑选，采用专用芯片（ASIC）和表面安装技术（SMT）。(2)系统软件选用成熟适合实际需要的简单易用软件，及好的工具软件。应用软件采用功能模块化设计，定义清晰明确。(3)可通过在线可快速排除故障，强化硬件可修复性，如I/O模板可带电插拔，且诊断故障显示，故障时部件自动隔离等(4)软件上分离化体系结构及各过程站有地域上各自独立的局部数据库。并经过通信网络在逻辑上形成全局数据库。(5)有多级安全措施，采用容错技术与冗余技术。

四、现场总线控制系统（FCS）代表性通信协议标准

从80年就开始制订统一标准。83年IEC/SC65B/WG6国际电工委员会生产过程计算机系统分会的通信分会，制订了PROWAY通信协议，主要是将ISO的OSI参考模型由原来七层改为五层。

此时同时不同行业还陆续出现了许多总线标准，其中有影响的有以下几种：

1、基金会现场总线2、LONWORKS3、PROFIBUS4、CAN

5、ART

总线控制范文篇4

关键词：MVB；WTB；MVBC；CRC；曼彻斯特码

1前言

随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的发展，现代列车的过程控制已从集中型的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。基于分布式控制的MVB（多功能车辆总线）是IEC61375-1(1999)TCN（列车通信网络国际标准）的推荐方案，它与WTB(绞线式列车总线)构成的列车通讯总线具有实时性强、可靠性高的特点。列车车辆的现代化的发展趋势与可靠性、安全性、通讯实时性的要求使MVB逐渐成为下一代车辆的通讯总线标准。

MVB是主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通讯总线，除用于车辆通讯，也可用作其它现场总线。

MVB与MVBC密不可分，MVBC(多功能车辆总线控制器)是MVB总线上的新一代核心处理器，它独立于物理层和功能设备，为在总线上的各个设备提供通讯接口和通讯服务。MVBC与上一代MVB通信控制器BAP15-2/3在性能上有了很大的提高，是目前MVB总线上最先进的通信控制器。

MVB总线通过总线适配器与MVBC相连，根据IEC-61375，MVB总线上采用曼彻斯特码，并每64位帧数据后加以8位CRC校验码。MVB的帧分为主帧和从帧，分别由帧头、数据、校验码以及帧尾构成，不同帧的类型通过帧头来判别。

MVB与MVBC之间数据通信在MVBC中由帧收发器来完成，包括帧的发送接收控制、曼彻斯特编解码以及CRC校验码的产生与数据校验。帧收发器在MVBC中起着数据链路层的底层数据处理的作用，是MVBC芯片的设计难点之一，该模块的设计实现对于整个MVBC的开发有着重要的作用。

本文主要介绍位于MVBC总线物理层接口的帧收发器模块的算法和实现方法。

2MVBC简介

MVBC可通过配置应用在IEC.TCN标准的Class1,2,3，4设备当中。总线连接可编程车载电子设备，也连接一些简单的传感器及执行机构，最多可寻址4096个设备。

MVBC把来自于MVB总线的串行化信号转换为并行的数据字节，也把需发送的字节交由串行化电路发送到传输介质上。MVBC可根据配置实现总线主与总线从的功能，实现数据链路层以及一部分传输层的数据处理，并通过通讯存储器来与上层软件交互。总线控制器内部包含编码/译码电路和控制通信存储器所需的逻辑电路，用来控制帧的发送和接收（如冲突检测、帧的前导比特处理、CRC校验位的处理等）；对输入帧译码并检验其有效性；把数据存放到相应的通信存储器中。

图2-1：MVBC结构框图

3帧收发器的设计

MVBC中的帧收发器主要负责帧的发送、接收，包括曼彻斯特码的编码、解码，CRC（循环冗余检测码）的产生与校验，不同类型帧的构建与识别，以及码错的识别和冲突的检测等。其中曼彻斯特编解码以及CRC校验为主要的算法。

3．1曼彻斯特编码、解码器的设计

MVB总线上的串行数据采用曼彻斯特码，曼彻斯特编码中的每个数据位应用以下规范编码：

a）一个“1”的编码在位元的前半部分位“高”，后半部分为“低”；

b）一个“0”的编码在位元的前半部分位“低”，后半部分为“高”；

如图2-4所示：

图2-4：曼彻斯特编码规范示意图

如果曼彻斯特码中出现整个位元的高电平（NH）或整个位元的低电平(NL)，则被认为非数据符，用于特殊场合，如：帧头，帧尾标识。

（1）曼彻斯特编码器

根据曼彻斯特码的编码要求，曼彻斯特编码器其电路实现如图2-5所示：

串行数据在1.5M时钟的上升沿处从上一级的移位寄存器输出，在高、低电平时与1.5M时钟相异或，结果得到与上面编码规则相符的曼彻斯特码。

（2）曼彻斯特译码器

曼彻斯特译码过程主要是将串行曼彻斯特码转变成串行的电平信号，并把串行电平信号组合成并行信号输出，以便进一步处理。如果输入的码字不符合曼彻斯特码编码规则（由冲突或其它原因引起），译码器将报告错误信息。

曼彻斯特译码器设计电路如图3-3：

曼彻斯特码输入后经过三级寄存器同步，消除亚稳态。如果总线在空闲状态之后出现下降沿，则被认为帧的开始位，总线上再出现高电平时使能16位计数器计数。如果把曼彻斯特码每个bit周期分为16个部分，如图3-4：

则在数据采样1处得到的采样值即为曼彻斯特编码前的原数据，数据采样2是用来帧头帧尾检测；总线冲突检测的原则为：总线上曼彻斯特码的半个bit周期之内的电平应一致，前后半个周期电平应相异，否则被认为码错。

3．2CRC校验

CRC的全称为CyclicRedundancyCheck，中文名称为循环冗余校验。它是一类重要的线性分组码，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。在各种通信系统中，CRC有bit型算法、字节型算法以及基于查找表的算法。前者适合串行数据通信的校验，后两者常用于高速并行通讯领域。

MVBC可以独立的完成CRC校验码的产生与数据的校验而无需软件参与。其中：

G(x)=x7+x6+x5+x2+1

电路实现方法上我们选择bit型算法，CRC发生电路采用LFSR，主体由一组移位寄存器和模2加法器(异或单元)组成即在数据串行发出的同时，数据经过带有异或单元的移位寄存器产生CRC校验码，实际电路图如图3-5：

串行数据的CRC校验电路也与CRC发生电路一样，不同的是前者CRC电路在移位寄存器之前，而后者在后。

3．3总线接口模块的设计实现

总线接口模块包括上述的Encoder、Decoder。

3．3．1Encoder

Encoder模块主要有以下功能：

（1）构建帧头帧尾；

（2）按照传输层指示进行CRC校验；

（3）对数据进行曼彻斯特编码；

（4）实现主、从帧的发送；

在Class1mode以及其它Classmode下，Encoder分别由Class1模块和MCU控制。

如果当前配置允许发送，且控制模块告诉Encoder有帧要发送，以及帧类型、帧长度，则Encoder先将配置好的帧头发送，然后将帧数据、产生的CRC校验码移位后经曼彻斯特编码输出，最后发送帧尾，这样完成主、从帧的发送。电路实现如图3-6所示：

图3-6：Encoder模块结构图

3．3．2Decoder

MVB总线采用冗余介质，因此MVBC需要冗余的接收模块来完成帧的接收。

（1）两个Decoder根据选择各自完成信号检测（信任线）或冗余检测（冗余线）功能，完成各自帧数据的起始位判定、数据采样、数据解码和数据移位功能；

（2）Decoder从信任线上接收数据，并监视冗余线；

（3）判断帧类型，从帧中提取数据和校验序列（非CRC校验，可选）并存入RXBuffer中；

（4）实现CRC校验，并报告接收状态。

初始化时ICA，ICB分别置为信任线和冗余线（LAA=1），如果信任线超时、寂静，或用户强制，则信任线与监视线互相交换。接收帧的同时，ICA、ICB两个线路上的Decoder将是否接到帧、何种帧类型、接收是否完成、结果对错等信息告诉线路控制模块，该模块将这些信息与哪一个BUFFER有效上报至上层模块进行报文分析。Decoder线路控制图如图3-8：

4总线接口模块的验证

验证的思想是通过不同的控制信号，来模拟不同的工作环境下，帧的收发正确性：曼彻斯特编码、帧头、帧尾以及帧数据、帧类型、CRC码的正确性。验证实现结构如图4-1所示：

控制模块将一帧数据写入Txbuffer，并控制Encoder开始发送，此时Encoder发送的帧被Decoder接收；控制模块同时监控Encoder、Decoder的状态，当接收完成后，控制模块将解收到的数据从Rxbuffer读出，从Decoder的接收状态来验证帧的属性：帧是否有效、帧类型、帧长度，并从读出的数据来验证数据的正确性。

总线控制范文篇5

关键词：RS485总线半双工载波监听多点接入／冲突检测

智能仪表和现场总线的出现标志着工业控制领域网络时代的到来，成为工业控制的主流。目前国际上已经出现了多种现场总线和相应的通信协议，但是其系统造价对于许多中小型应用仍显过高。而RS485总线以其构造简单、造价低廉、可选芯片多、便于维护等特点在众多工业控制系统中得到应用。

1RS485总线及现有工作方式的特点

RS485总线以双绞线为物理介质，工作在半双工的通信状态下[1]，即同一时刻，总线上只能有一个节点成为主节点而处于发送状态，其他所有节点必须处于接收状态。如果同一时刻有两个以上的节点处于发送状态，将导致所有发送方的数据发送失败，即所谓总线冲突。为了避免总线冲突，RS485总线具有以下特点：

以工作模式来说，一般的RS485总线工作在主从模式下。整个通信总线系统由一个主节点、若干个从节点组成，由主节点不断地轮流查询从节点是否有通信需求。如果有则将总线控制权交给某一从节点，从节点发送完毕后立刻交还总线控制权。另外还有一种“轮主轮从”的工作方式，即让总线控制权在各个节点间以类似令牌环的方式传递[3]，得到控制权的节点成为主节点，其它节点成为从节点。一个节点在发送完数据的同时，将总线控制权交给相邻的节点，而这个节点在处理完本节点的通信需求后再把控制权向下传递。令牌环式的RS485工作方式如图1所示。

从通信节点来讲，RS485总线上的节点必须具备将自己的驱动器切换到高阻态的功能?眼1?演，以便在发送完数据后不会对总线状态造成影响。这种驱动器实行发送态—高阻态切换的一个影响是?押从发送数据完毕到设备切换为高阻态，需要一个转换延迟。这个转换延迟是2线制通信中一个很重要的参数。这个时间不能太短，否则发出的字符的最后一部分因为尚未在总线上建立起来而导致丢失。同时这个时间也不能太长，否则在发送端还未转为高阻态时其他设备已经开始发送数据，会导致总线冲突。因此2线制RS485总线上的主设备必须知道所有从设备的反应时间，并保证在从设备反应之前把驱动器设为高阻态，以接收从设备的数据。常用设备的转换延迟是当前波特率发送一个字节的时间。

以上为适应RS485总线的特殊之处而采用的工作方式也引入了一些不足。首先，上面提到的两种总线工作方式在很多对实时性、可靠性要求高的工业控制场合有较大的局限性。主要原因是主从式总线的从节点无发起通信的权利，相互之间的通信需要通过主节点中转。而“轮主轮从”总线上的各个节点由于等待总线控制权的时间未知，实时性也无法保证。同时，如果主从式的主节点或者是“轮主轮从”式的获取令牌的节点出现故障，整个总线的工作将瘫痪，风险过于集中。其次，对驱动器实行“发送态—高阻态”切换以及考虑切换延迟等要求使编程变得复杂。在上电瞬间、CPU损坏或者是程序跑飞的情况下，还需要考虑复杂的故障保护等问题[2]，否则将容易引起总线故障。

2RS485总线上CSMA／CD的实现

为了解决各个节点主动获取总线控制权的问题，人们想到了利用监听总线状态的方式实现总线控制权的本地判断和获取，也就是CSMA／CD协议实际上做的工作[3]。即所有节点在发送前监听总线上是否有其他节点在发送数据，如果有，就暂时不发送。另外在发送数据的同时，边发送边监听，如果监听到冲突则冲突双方都停止发送。这样做，既能保证每一个节点都具有发起通信的权利，又能尽量减少发生总线冲突的机会，提高整个系统的吞吐量。

已有的一种实现方法[4]是将总线接收器的输出端反相后接到CPU的外部中断管脚，如图2所示。用触发中断的方式判断总线上是否有数据传输，同时结合定时器中断判断总线是否空闲。如果总线空闲，就获得总线控制权，发送数据；然后用监听自己发送数据的办法判断是否发生总线冲突。该方法解决了总线控制权分配的时延问题，但是需要使用至少4个管脚（INT0、RXD、TXD、驱动器使能管脚），并且占用外部中断和内部定时器中断，需要利用软件监听发送的数据避免总线冲突。系统资源耗费较多，编程复杂，在一些场合的应用也有局限性。本文在以上方法的基础上提出了一种利用硬件监听总线状态的方法，真正实现CSMA／CD协议。同时减少了系统资源的占用率，简化了总线冲突的判断。另外实现了驱动器的无延迟自动切换，进一步提高了系统的实时性。该系统工作稳定、可靠，并且大大提高了通信的实时性，特别适合实时分布式控制的场合。

2．1系统框图

系统由总线状态判断逻辑、驱动器自动切换逻辑两部分组成，如图3所示。系统资源只占用CPU的3个管脚：RXD、TXD、总线状态指示脚，不占用任何中断。在软件实现方面由于采用了硬件判断总线状态而变得非常简单，只需要对标准的232通信程序做微小修改即可。

2．2总线状态判断逻辑

该电路由双RS485总线接收器构成，两个接收器的输出相与后得到总线状态信号。偏置电阻网络的对称形式使得在总线没有被驱动的情况下，两条总线的电平相等。总线状态判断逻辑如图4所示。由于接收器的两个接入点电平不同，所以当总线处于高阻状态或者总线被短路时，两个接收器都是高电平输出，总线状态为高电平。因为A、B线通过6.8kΩ电阻分别接入两个接收器的不同接收端，所以当总线出现任何一个确定的逻辑状态时，都将引起其中一个接收器的输出变为低电平，这样总线状态就变为低电平，表明总线被占用。经过理论计算和EWB仿真，该网络从A、B点看接入阻抗为12.2kΩ，恰好满足RS485协议的接收器输入阻抗要求。

2．3驱动器无延迟自动切换逻辑

为了实现驱动器的无延迟自动切换，TXD信号反相后接到驱动器使能，而驱动器输入直接接地，如图5所示。这样处理使驱动器只在数据为0时打开，把数据0发出去。而当数据为1或者无数据时立刻关闭，缩短了切换时间。但是这样做，使得数据1无法被正常发送出去。为使串行数据能被正确地接收，有两个办法产生数据中的1。第一个办法，使用总线判断电路中的正向接收器的输出端?穴OUT＋?雪作为RXD信号，该信号在总线空闲、开路和短路时输出逻辑1，并且与RXD信号同相。第二个办法，使用类似MAX3080自带故障保护（fail－safe）功能的芯片作为接收器。MAX3080将接收器的触发门限电压从－200mv～＋200mv调整为－200mv～－50mv，也能够在总线空闲、开路和短路时输出逻辑1。如果总线上的每一个节点都使用这些方法，那么所有节点都可以实现驱动器无延迟自动切换而不必担心数据中的1不能被正确接收。

2．4软件的实现

发送数据方面，只需将标准串口函数putc（）封装成一个函数RS485PutString（）发送数据即可。在RS485PutString（）函数中，能够方便地实现各种总线状态判断策略，甚至是CSMA／CD协议，实现载波监听，边发送边监听。也可以在此函数的基础上进行诸如定义不同数据包的实时性级别、定义总线超时判断等高级编程。

该函数的主要流程如图6。

判断总线状态就是简单地读取总线状态判断电路的输出，高为空闲，低为总线已被占用。为了减少误判，通常在判断总线状态为空闲后还要继续判断一段时间，具体的总线状态判断策略要根据通信协议进行调整。

如果判断总线空闲，即可进行数据发送。在发送过程中可以方便地继续读取总线状态以进行边发送边监听的冲突检测。一旦发现冲突发生，发送方放弃本次数据传输而转入强化冲突流程（继续发送几个0x00以使各方都确认发生了总线冲突），然后再进入总线侦听流程。以往的RS485总线冲突检测处理机制是通过对自己所发送的数据进行监听接收，然后比较接收到的数据与发送的数据是否相符，判断是否发生总线冲突，在软件实现上比较复杂。而本系统的冲突检测非常简单：发送完一个字节就读取一次总线状态指示管脚的状态，如果发现总线被占用，就是发生了总线冲突。

接收程序方面，因为接收器常开，所以仍然可以使用串行接收器的中断服务程序，将接收到的数据放入缓冲区，然后由命令解释程序处理接收到的命令。本质上与RS232的串口通信程序完全一样，只是如果接收器是常开的话，在自己发送数据时，要记住将串行接收器中断关闭，发送完毕后再打开，以避免运行不必要的中断服务程序。

另外，还可以结合驱动器和总线状态判断逻辑对总线进行开路和短路的检测／报警。具体说就是某一个节点使能总线驱动器，然后判断总线状态，如果仍然显示总线空闲，说明总线短路或者总线到总线状态判断逻辑之间开路了。

2．5存在的不足之处

该方法中的总线状态判断逻辑对逻辑0状态的要求比较高，需要B线电平比A线高约1.1V才能得到低电平。如果采用总线判断电路中的正向接收器的输出端(OUT＋)作为RXD信号，就会因为对逻辑0的要求而不满足RS485的－200mV门限电平标准。若采用另一个具有故障保护功能的接收器并联的话，固然能满足－200mV门限电平标准，但整个节点的输入阻抗将降低到6kΩ。

总线控制范文篇6

关键词：PCI总线PCI2040DSPDDKWDM

TI公司专门推出了PCI2040桥芯片是专门针对PCI总线和DSP接口用的，本文利用它和DSP来处理视频信号，并用双端口RAM实现DSP之间的数据传输。

1硬件设计

1.1PCI总线控制芯片PCI2040

PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线，它支持32位或64位的总线宽度，频率通常是33MHz，目前最快的PCI2.0总线工作频率是66MHz。工作在33MHz、32位时，理论上最大数据传输速率能达到133MB/s。它支持猝发工作方式，提高了传输速度，支持即插即用，PCI部件和驱动程序可以在各种不同的平台上运行[1]。

实现PCI总线协议一般有两种方法，一是用FPGA设计实现，但PCI协议比较复杂，因此难度较大；二是采用PCI总线控制芯片，如AMCC公司的S5933、PLX公司的PCI9080等通用的PCI接口芯片。TI公司专门推出了针对PCI总线和DSP接口的芯片PCI2040[2]，它不但实现了PCI总线控制的功能，而且提供了和DSP芯片无缝的接口，因而大大简化了系统设计的复杂度并缩短了开发时间。

PCI2040是一个PCI-DSP桥接器件，它提供了PCI局部总线和TMS320C54X8位主机接口(HPI)与TMS320C6X16位主机接口的无缝连接。一片PCI2040最多能同时挂接4片DSP芯片。同时，它还提供了一个串行EEPROM接口，一个通用输入输出接口(GPIO)和一个16位通用总线接口(为TIJTAG测试总线控制器提供接口)[2]。PCI2040只能作为PCI目标设备使用，不能作为PCI主设备使用；它只支持单字的读写，不能提供DMA操作。PCI2040能够兼容3.3V和5V信号环境系统中的3.3V和5V信号可以直接从PCI插槽中获得。

PCI2040和TMS320C6201的接口如图1所示。

1.2PCI2040寄存器说明

PCI2040桥256字节的配置头如图2所示，HPICSR基地址、控制空间基地址(ControlSpaceBaseAddress)值都是系统自动分配的。所有的PNP器件都是如此它将控制空间映射到主机内存，映射的空间大小为32KB。4片DSP芯片的选择是通过解码PCI_AD14、PCI_AD13来实现的，其对应关系如表1所示。而DSPHPI寄存器的地址则是由PCI_AD12和PCI_AD11来决定的，其对应关系如表2所示。

图1PCI2040和TMS320C6201的接口

表1DSP选择

AD[14:13]

TMS320C6xDSP

00

HCS0（选择第一块DSP）

01

HCS1（选择第二块DSP）

10

HCS2（选择第三块DSP）

11

HCS3（选择第四块DSP）

表1HPI寄存器映射

AD[12:11]

TMS320C6xHPIRegister

00

HPI控制寄存器

01

HPI地址寄存器

10

HPI自增数据寄存器

11

HPI数据寄存器

因此，DSP与主机交换数据的过程，也就是读写HPI寄存器的过程。也就是说，通过主机访问DSP板上资源，只需要将相应地址赋予HPIA寄存器中，然后读写数据就可以通过HPID寄存器。具体描述如下：

(1)初始化PCI2040内部配置寄存器，指向特定的DSP(因为本系统有两块DSP和PCI2040相连)，指定数据传输宽度为16位。

(2)分配HPICSR基地址和控制空间基地址，允许PCI2040进行内存映射或I/O端口映射。值得注意的是，PCI2040控制空间只能映射在主机的内存空间里，不能映射在I/O空间。以上两步都由驱动程序完成。

(3)脱离复位状态后，PCI2040解码从PCI总线来的地址，以此来做出响应。若落入32KB的控制空间中，则根据PCI_AD12、PCI_AD11及PCI_AD14、PCI_AD13片选情况访问相应HPI寄存器。

(4)设定HPI控制寄存器中的BOB位，选择正确的高低16位排列方式。

(5)主机开始对HPI寄存器进行读写。

1.3双DSP系统硬件设计

本文所采用的双DSP系统主要用来处理视频信号及高速数据采集，该系统是基于TMS320C6201DSP和PCI2040而设计的。此卡的主要功能是：(1)采集视频信号或其他模拟信号经A/D转换后，交给DSP进行相应处理，然后将处理后的数据通过PCI2040经PCI总线存放在计算机硬盘上或者直接存储到板上RAM中，然后通过PCI总线将视频数据传送到主机后显示。(2)两块DSP之间的通信可以通过McBSP或双端口RAM。

该系统的特点有：两块TMS320C6201DSP，处理能力可达3200MIPS；每片C6201带512KSBSRAM，256KBFLASH；16KB高速双口RAM用于两块C6201之间进行数据交换；12位ADC；32位高速FIFO。系统硬件框图如图3所示。

2基于WDM的PCI驱动程序设计

WDM是新一代的驱动程序构架，它是一个跨平台的驱动程序模型，在WINDOWS98以上的操作系统中都实现了全面兼容。不仅如此，WDM驱动程序还可以在不修改源代码的情况下经过重新编译后在非Intel平台上运行，因而为驱动程序开发人员提供了极大的方便。

WDM驱动程序是分层的，即不同层上的驱动程序有着不同的优先级，而Windows9x下的VxD则没有此结构。另外，WDM还引入了功能设备对象FDO(FunctionalDeviceObject)与物理设备对象PDO(PhysicalDeviceObject)两个新概念来描述硬件。PDO代表实际存在的硬件设备，它是在总线驱动程序(BUSDRIVER)下枚举并建立的，负责与真实硬件进行I/O操作。FDO是由用户驱动程序建立的，一般来说，它是用户与真实硬件进行I/O操作的一个窗口，是Win32赖以沟通内核的一个桥梁。对于驱动程序开发者，真正需要做的就是开发FDO。至于PDO，则由BUSDRIVER建立，并在需要的时候作为参数由I/OManager或其它系统组件传给你的FDO。

在应用层与底层进行通讯时，操作系统为每一个用户请求打包成一个IRP(IORequestPacket)结构，将其发送至驱动程序，并通过识别IRP中的PDO来识别是发送给哪一个设备的。另外，WDM不是通过驱动程序名称，而是通过一个128位的全局惟一标识符(GUID)来识别驱动程序的[3]。

WDM驱动程序都有一个初始化入口点，即DriverEntry，它相当于C语言中的main函数。当WDM驱动程序被装入时，内核调用DriverEntry例程。另外WDM设备驱动程序还需要一个即插即用模块，即AddDevice。AddDevice例程就是PnP管理器在用户插入新设备时调用它来创建WDM设备对象的。

本文主要采用Windows2000DDK来设计该驱动程序。调试工具为SOFTICE。驱动程序的主要工作集中在：

（1）DriverEntry()，这是驱动程序的入口点，驱动程序被装入时首先执行DriverEntry例程。主要工作是建立驱动程序这所需的函数。

（2）dspPciAddDevice()，在这个例程里驱动程序主要是创建设备。

（3）dspPciPnp()，在这个例程中驱动程序主要是启动设备和停止设备等，并且从PnP管理器读出为双DSP所分配的硬件资源，包括HPICSR基地址和HPI控制空间基地址，对PCI配置空间进行初始化。初始化中断等。需要注意的是，在初始化中断之前禁止卡向主机发中断，因此应有屏蔽中断的操作。

(4)dspPciDeviceControl()，在这个例程中可以定制自己的函数来达到Ring3层和Ring0层相互通讯的目的。通过IOCTL_CODE可以区分不同的请求。

(5)Isr_Irq()，这个例程是用来处理中断的。Windows2000的中断处理机制是假定多个设备可以共享一个硬件中断。因此，Isr的首要工作就是找出哪一个设备发生了中断。如果没有，则应该立刻返回FALSE，以便HAL能把中断送往其它设备驱动程序。中断服务例程Isr执行在提升的IRQL上，在DIRQL级别上运行的代码需要尽可能快地运行。通常情况下，若判断中断是由自己的设备产生的，则调用一个在DISPATCH_LEVEL级别上运行的延迟过程调用(DpcFor_Irq)。

注意：当确定是自己卡的中断时，要马上屏蔽中断位防止中断再进来，等到DpcFor_Irq的结尾处再开中断。

总线控制范文篇7

关键词：电气自动化；科技馆；PLC技术

随着科学技术不断发展，具备计算机技术智能化优势的电子自动化系统也在各行业中得到广泛应用，其在科技馆展品管理中也发挥着重要使用价值。由于科技馆展品数量较多，且展品类型复杂，应用人工管理方法不仅会降低科技馆管理效率，还可能出现管理误差，造成不必要的风险损失和经济损失。而采用电气自动化技术，运用电子自动化控制系统进行管理，能够实现展品信息收集、分类、整理等自动化管理，有效提高科技馆管理的准确性和时效性。

1电气自动化控制的特点与要求

1.1特点。电气自动化系统与热机设备比较，具有信息采集速度快，准确率较高的应用优势，对提升机械设备的控制能力具有重要作用。同时，设备安装较为便利，数据获取和应用的可靠性程度较高，可适应多种工况条件。此外，由于信号应用方面也具有优势，使得相关处理工作的抗干扰能力较强，自动化技术应用更加稳定。基于电气自动化系统的较强优势，可将其应用在科技馆管理实践中，通过对原有热机设备进行升级，提升系统整体的运行服务能力。考虑到目前电气自动化控制技术应用范围越来越广，应明确相关技术要求，并且做好技术分类工作。1.2要求。科技馆实践应用中，对自动化控制系统提出了明确要求，相关系统设计应满足稳定性和安全性。稳定性主要是系统运行过程稳定连续，不得出现故障，突然中止服务，影响科技馆正常工作开展。同时，在系统故障发生后，应具备应急管理方案，促使控制系统稳定运行，使得自动化控制技术应用能力获得显著提升。而安全性则主要是对控制数据的加密处理，对科技馆相关信息进行加密储存，电气自动化系统中，相关设备的操作需要首先获取控制权限，因此，对系统内部信息数据库进行访问，倘若其安全性未能得到保障，将会造成科技馆信息资源泄漏，应对相关问题提高重视力度[1]。

2科技馆中电气自动化技术分类

2.1PLC。微电子技术、现代信息技术和电力控制方面手段的有效结合，使该项技术在科技馆的电气管控系统中实现有效使用，经过长期的使用已经取得较好的应用成绩。具体而言，一方面，使用该技术减少了整个自动化系统占用的空间，且相应的造价也出现下调的趋势；另一方面，该项技术的有效应用，促使此类控制系统朝着多元化、智能化以及规范化的方向前进。近几年，此项技术也逐渐融合其他先进技术，提高控制系统的通讯及控制水平。2.2现场总线控制技术。此项控制方式的优化改良主要可从两个角度阐述。其一，有效优化低速的控制作业，确保控制操作能够稳定开展。其二，强化开发低资金投入量的高速现场控制方式的程度，而此项技术是互联和低速控制模块的连接纽带。该种优化改良方向与分散控制框架相适应。2.3以太网控制技术。近几年，大部分科技馆为提高实际的展览体验感，满足布展环节的实际需求，同时采取多条现场控制模块的情况，而造成此种现象主要是受到两方面因素的影响。单从技术本身的角度而言，科技馆中包含的各类装置对于通讯功能有不同的标准，且自动化技术面对不同装置时，对于相连的总线也有一定标准。例如，实施电气管理期间，通常使用CANBUS总线，对于主机来说，应使用相对通讯效果以及稳定程度更高的总线。近几年，对于科技馆的该项技术实际运用而言，已经在实践活动中加以改良，由最初仅对信息层面的管控，到如今的装置以及控制方面的调整，使该项技术成为自动化系统中极为关键的技术之一。为实现全面兼容，应对各总线控制执行层加以改良，提高管控的规范化及标准化。该项技术经过长期优化升级，在实际应用中已经和各项总线达到较好的结合效果，构建统一的控制体系。借此减少相关管理者的工作量，提高整体的管控效果，也使科技馆中电气自动化控制系统切实满足实际需求[2]。2.4集散控制技术。该项技术属于双向无线通讯领域，其整体具有耗能量较少、速率偏低、资金投入量少、结构简单等特点。其可以适应距离小、能耗小且对传输速率要求相对偏低的装置使用，能够切实完成信息传送及相应具备周期性、阶段性以及短期性的信息传输。由于该项技术本身的数字化信息传输特征，使其在科技馆中的多个模块中都有所应用。近几年，该项技术对于大部分科技馆而言，未能被纳入到智能控制系统中，但此类技术在相对规模偏小的科技馆中的实际运用，再加上其本身技术也实现进一步优化，切实强化控制系统的稳定程度。相信在不久的将来，该项技术能够在大规模的场馆内得到广泛应用。

3电气自动化系统在科技馆的应用策略

3.1PLC技术应用。近些年来全世界范围内的计算机技术、微电子技术以及电器自动化控制技术实现了高效融合，在该背景条件下，可编程逻辑控制技术，即PLC技术实现了广泛应用，而且在实践过程中得到了长足的发展。其应用具体体现在，可编程逻辑控制技术的控制系统开始逐渐朝着小型化发展，而且其在价格方面正在逐渐降低。同时在大型控制系统上则呈现出更加智能化、多功能以及标准化的特点。现如今，可编程逻辑控制技术已经实现了同模糊控制以及神经元网络等技术的融合，极大程度上实现了通信与控制能力的优化与增强[3]。3.2现场总线设计。除了PLC技术以外，现场总线设计也体现了电气自动化系统在科技馆中的应用，若想在实践过程中对现场总线控制技术进行改善与发展，则势必要从两方面内容入手进行优化。一方面，便是继续对低速现场总控制技术进行完善，另一方面，则是加大投入力度，积极开展对于更加低成本的高速现场总线控制技术的开发工作。高速现场总线控制技术大多会用于低速现场总线控制以及连接互联中，其发展趋势恰好展现出了系统分散控制结构的实际特点。3.3合理布局以太网。现如今，我国部分科技馆在展教布展工作进行的过程中，时常会出现多现场总线控制并存的问题，该现象出现的原因主要体现在以下几方面内容上。从技术角度来考虑，其出现上述现象的原因是设备种类不同，使得其对于通信能力也有着各不相同的要求，在自动化技术上，各个不同领域有着各不相同的总线要求。例如，通常情况下会私用CANBUS总线进行电气控制，而采用稳定性更强以及通讯速率更高的控制总线，包括profibus应用于主机的控制系统。近些年来，我国绝大多数的科技馆在以太网应用技术方面起步较晚而且发展较慢，仅仅停留在信息层面，但经过多年发展其已经实现了对于设备层以及控制层的逐渐渗透，并成为了网络控制的重要手段。为了能够有效达到各协议兼容的目的，应当在原有的基础上修改现场总线控制应用层的协议，并针对TCP/IP开展相应的规范化管理。新时期我国以太网技术正在逐渐地改进以及完善的过程当中，并实现了同现场总线控制系统的高效融合。除此以外，其逐渐构建起了“一网到底”的控制系统，不仅仅能够减轻科技馆管理人员的压力，方便其直接开展对于电力生产现场的控制，同时还能实现我国科技馆展教布展电气自动化控制技术整体水平的提升[4]。3.4Zigbee技术应用。该技术作为重要的无线通讯技术，其具有着十分突出的优势，如：“三低”复杂程度较低、功耗相对较低、速率较低，此外，其具有明显了经济性、近距离等特点，将其用于不同的电子设备间，保证了数据传输效果，经实践发现，这一技术特别适用于具有一定周期性、间歇性的数据需求，另外，如果数据对反应时间要求相对较低的话，也可以采用该技术。在当前的多节点场馆中应用此技术，满足了实际需求，其普及率日渐提高，但相对于科技馆，经调查后发现，未见应用，但可预见的是，随着各种小型、中型场馆对技术的改进与完善，大型科技馆对其应用指日可待，前景十分广阔。

4结束语

综上所述，电气自动化系统在科技馆管理中有着广泛用途，不仅能够提高科技馆展品管理成效，减轻管理人员的工作压力，还能优化科技馆管理结构，促进科技馆经营发展。为了实现科技馆高效管理的目的，需要科技馆注重电气自动化技术的应用，加大对电气自动化技术研发投入，积极构建电气自动化系统，强化电气自动化技术在科技馆PLC技术、现场总线设计、以太网布局以及Zigbee技术中的运用效果，扩大电气自动化控制系统的应用范围，促进科技馆管理自动化、智能化方向发展。

参考文献：

[1]龙仕强.电气自动化控制系统的应用及发展趋势探究[J].四川水泥，2019，271（03）：27.

[2]苏秀琼.供配电系统中电气自动化的应用实践分析与研究[J].技术与市场，2018，025（003）：128，130.

[3]邹言云.电气自动化技术在电气工程中的实践应用分析[J].新商务周刊，2018，000（020）：297.

总线控制范文篇8

【论文摘要】:文章主要讨论了现场总线的特点，阐明了基于现场总线的电厂自动化系统构成，着重强调了现场总线在电厂中应用应注意的问题。

1.前言

在电厂信息化的建设过程中，越来越多的专家、学者和电力工程设计人员意识到推动现场总线技术在电厂应用的重要性和迫切性，提出了现场总线控制系统在电厂的应用设想和建议。但到目前为止，在国内已建和在建电厂中，真正意义上的全面和系统地应用现场总线控制系统的实例尚未见报道，还只是局部的试点。

根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统(FCS)。而衡量一个控制系统是否为真正的FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质。FCS的核心是总线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统；FCS的基础是数字智能现场仪表，它是FCS的硬件支撑；FCS的本质是信息处理现场化，这是FCS系统的效能体现。

因此现场总线控制系统是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。它与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化，实现了控制装置与现场装置的双向通信，消除了生产过程监控的信息“盲点”。可以说，现场设备级的数字化、网络化是电厂信息化管理的基础。

2.电气现场总线控制系统的特点

2.1电气参数变化快

电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。

2.2电气设备的智能化程度高

电气系统的发电机一变压器组保护、起动一备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。

2.3电气设备的控制逻辑简单

电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求。

2.4电气设备的控制频度较低

除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气没备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行厂用电源切换。

2.5电气设备具有良好的可控性

这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。

2.6电气设备的安装环境较好且布置相对集中

电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备问内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。

3.基于现场总线的电厂自动化系统构成

电厂热工控制系统中所使用的仪表设备不同、连接方式不同、通信协议不同，给系统的兼容性、可扩展性、稳定性、维护等带来了很大的困难。为了使现场总线具有开放性，便于用户选择不同的产品，我们按照国际电工委员会(IEC)制定的IEC61158国际标准，提出了基于现场总线的电厂综合自动化系统结构。此系统体系结构分为三层，从低到高分别为现场控制层、监控层和企业管理层。

3.1现场控制层

现场控制层由现场设备和控制网段组成。H1层网络是在FF现场总线的H1层基础上定义的低速现场级网络，低速总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓扑结构，而高速总线仅支持总线拓扑结构。Hl主要用于连接现场智能仪表，如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构等。

3.2监控层

监控层由高速以太网0t2总线)以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站组成。tt2层网络属于现场总线的高速现场级网络，主要用于连接现场智能设备(PLC、远程I／O、电动门、变频器等)、操作员站、工程师站等设备，完成监控级的通讯任务和比较复杂的控制策略。

3.3企业管理层

企业管理层由各种服务器和客户机组成。其主要目的是在分布式网络环境下。集成企业的各种信息，实现与internet的连接。完成管理、决策和商务应用的各种功能。首先要将监控层实时数据库中的信息转入上层的关系数据库中，这样管理层用户就能随时查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。

4.工程应用中需考虑的问题

虽然现场总线具有很多优越性能，但尚无十分成熟的应用经验，特别是目前的标准中还包含有多种协议，给实际应用带来了许多困难。因此，工程应用中必须精心设计，慎重考虑，在充分考虑到满足生产现场对控制系统功能需求和安全可靠的前提下，尽量发挥现场总线设备的优越性能。

4.1应用范围

在没有成熟的应用经验情况下，有选择地在部分区域控制中应用并总结经验，不断改进。如在火电厂中可广泛应用于辅助车间、单回路控制区域，特别是用作远程智能I／O与DCS系统混合使用，既可将DCS控制站的部分简单算法下装到现场设备，还能将现场设备信息及时送到操作员站、工程师站以及厂级实时监控系统(sIs)和电厂管理信息系统(MIs)。

4.2冗余问题

目前现场设备级总线大多采用非冗余的单总线结构，如果总线故障必然导致信息传输中断，失去控制作用，因此在要求具有高可靠性的场合，应采取备份措施以实现总线和设备的冗余，以提高系统的可靠性。

4.3通信速率问题

目前现场总线尤其是设备级总线的通信速率都不高，在高速测量与控制场合以及在实施协调控制时对控制周期有严格要求的场合，必须考虑精确计算控制系统在最复杂和最恶劣的情况下的响应速度，并验证其是否满足工艺要求，以确保被控设备或被控过程的稳定性。

4.4软件组态问题

由于现场总线标准中包含多种通信协议，现场总线产品多种多样，功能也各不相同，因此在工程应用中，必须对现场总线控制系统的组态方法、步骤和操作权限作出规定，严格按照软件开发规程编制组态程序，确保系统的可靠性、可修改性。

4.5检测与验收问题

由于现场总线设备既具有相对独立的测控功能，又具有联网实现复杂控制的功能，因此现场总线的控制功能更为分散，系统结构更加独立，但耦合程序更加复杂。因此对控制系统功能、响应速度和可靠性测试都更加复杂，所以在控制系统设计时同时考虑对系统自检测与验收方法的设计。

5.现场总线在火力发电厂的应用范围

现场总线在火电厂的应用范围，可以从构成全电厂的工厂级自动化系统的整体来综合考虑。面对火电厂多项实时性要求高、系统复杂的过程监视和控制任务，采取DCS与FCS共存，发挥两者各自的优势，是现阶段可选的方案。基于这种想法，初步提出以下FCS的应用范围：

1)采用PLC可编程控制器实现监控的全厂辅助公用系统，选用遵循现场总线通信协议的PLC可编程控制器，对火电厂多个辅助公用系统实现监控，通过现场总线通信技术，建立全厂辅助公用系统PLC网络，提高电厂的监控和管理水平。

2)地域分散的单冲量调节项目。

3)地域分散的独立的电动阀或电动机。

4)全厂的设备状态检修，设备管理系统。

5)电厂改造过程中新增的监控区域，且DCS已不便修改的项目，可按区域采用FCS设备，实现现场控制。

总线控制范文篇9

关键词：软件无线电调制器数字上变频器

上世纪90年展起来的软件无线电SDR（SoftwareRadio／Software－DefinedRadio）的基本思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能用软件完成。这是一种全新的思想，它一经提出就受到了广泛的重视。但是，到目前为止，各国对软件无线电的研究还非常有限。由于软件无线电实现的前提是高度数字化，而现阶段的器件水平还不能达到要求，同时软件无线电的设计还缺乏统一标准，因而只能利用软件无线电的思想，根据系统要求，对其结构适当调整，进行系统设计。

本文采用可编程器件和专用器件相结合的设计方法和分层的设计思想，给出了一种基于软件无线电的通用调制器的设计和实现方法，并给出了系统的测试结果。

1总体设计方案

1．1总体方案框图

通用调制器总体方案框图如图1所示。

系统使用的主要器件有四个：通用DSP、可编程逻辑器件（FPGA）、可编程数字上变频器和D／A变换器。其中的两个主要芯片：通用DSP和FPGA均为通用可编程器件。这样，在系统设计时，存在着通用器件的功能定义问题。为了使系统的功能在器件之间进行合理的分配，充分、有效地利用芯片资源，并使系统设计简单、清晰，在软件无线电体系结构的基础上采用了分层的设计方法，将系统的结构分为三层：接口层、配置层和处理层。

（1）接口层

接口层用来与外界通信，控制整个系统的工作模式。接口采用DSP的主机并口（HPI）。图1所示的外部控制器为PC机，即PC机的并口与DSP的HPI口相连并通信，将系统工作模式的控制参数传递给DSP。需要指出：任意带并口通信方式的器件或仪器均可代替PC机，控制系统的工作模式。

（2）配置层

配置层用来给处理层配置参数，由通用DSP完成。DSP根据其主机并口接收到的控制参数调用相应的程序，计算出配置层所需要的各个参数值，并产生相应的时序信号，将计算结果配置给可编程器件FPGA和数字上变频器。

（3）处理层

处理层由FPGA、数字上变频器和D／A转换器组成。当FPGA和数字上变频器的参数配置完后，处理层脱离配置层单独工作。由FPGA产生对应特定比特流、特定调制方式的I、Q信号，并产生特定的时序信号将I、Q信号写入数字上变频器完成调制过程，再由D／A转换器将数字信号变为模拟已调信号输出。

1．2系统的工作过程

系统的工作过程和图2所示。

系统的初始状态是DSP等待主机接口（HPI）中断。当DSP接收到主机接口中断后，调用中断程序。这个中断程序将使DSP执行以下几步：

（1）首先将DSP的XF脚置高，这个信号变低可以使处理层退出工作状态，进入参数配置状态，同时放弃总线，并使DSP获得总线控制权；

（2）DSP从主机并口接收控制系统工作模式的有关参数；

（3）DSP计算处理层需要的各项参数；

（4）DSP将参数写入处理层相应的地址；

（5）DSP将XF脚置低，放弃总线控制权，并使处理层接管总线，进入工作状态。

（6）DSP重新进入等待主机接口中断状态。系统随时可以根据需要改变工作模式，重新配置参数。

2硬件实现

系统的硬件结构比较简单，与总体方案框图的结构基本相同。主要器件有：TI公司的DSP芯片TMS320VC5402、ALTERA公司的FPGA芯片EPF10K30RC240、HARRIS公司的数字上变频器HSP50215和D／A转换器HI5741。

2．1接口设计

本设计充分考虑了系统与外界接口的设计?熏使系统具有很好的开放性和灵活性。

TMS320VC5402的8－bit并行主机接口包含了许多控制信号线，使得它可以通过两个触发器与25针的并口直接相连。外部的设备或器件可以通过这个并口方便地控制系统的工作模式和状态。

在EPF10K30的内部逻辑设计中，有一个随机比特流产生模块，在这个模块中也设计了比特流信号的输入接口，使系统既可以对自身产生的比特流进行调制，也可以对外部输入的比特流进行调制。

另外，在EPF10K30和HSP50215的参考时钟输入引脚也设计了外部接口，通过这些接口可以用外部时钟信号方便地控制系统工作的参考时钟，适应用户的需求。

2．2总线控制

总线控制包括两个方面：总线的电平转换和总线控制权交接。

由于HSP50215和EPF10K30均为＋5VTTL器件，而TMS320VC5402的管脚为＋3VTTL电平，因而需要进行电平转换。所使用的芯片为带三态输出的电平转换芯片SN74LS16244和SN74LS16245。前者为单向芯片，用于地址总线；后者为双向芯片，用于数据总线。

从图1可以看出，系统某些信号线存在着复用的问题。这些信号线包括：HSP50215的数据、地址总线和写控制信号线WR。它们同时与DSP和FPGA的相应信号线相连，因此必须要处理好总线冲突问题。图3为总线控制电路设计。

由图3可以看到，DSP的XF、HOLDA和HOLD信号作为握手信号与EPF10K30中的总线控制模块相连。其中XF是TMS320VC5402的外部标志信号，可以用指令“SSBXXF”或“RSBXXF”将其置高或置低。当DSP放弃总线时，将XF置低，此时FPGA将HOLD置低，使DSP进入HOLD状态，当HOLDA也变低后，FPGA占用总线。当DSP要回总线时，将XF置高，此时FPGA立即放弃总线，同时将HOLD脚置高，使DSP退出HOLD状态。另外，DSP的HOLD信号的非信号与总线电平转换芯片的使能信号相连。这样可以保证不存在总线冲突问题。HSP50215的写控制信号WR也做类似的处理。

3软件设计

系统的软件设计包括两大部分：FPGA的内部逻辑和控制设计以及系统的参数计算和配置。FPGA的内部设计主要完成从基带比特流信号产生一直到对应不同调制方式、不同信息比特、不同码速率的I、Q信号的产生，另外还包括总线控制逻辑和片选信号产生等。

系统的参数包括三个部分：传送到DSP的HPI口的系统工作模式控制参数、FPGA的内部参数、数字上变频器的参数。系统的参数结构可以用图4表示。

系统的工作模式控制参数主要有如下三个：调制方式、基带比特流速率和载波频率。这三个参数由外部控制器通过并口传递给DSP的HPI口。它们处在最顶层，是确定下层各个参数的基本依据。

FPGA内部参数也有三个：基带比特流速率与FPGA参考时钟频率的比值、基带比特流串并转换的位数和IQ信号在查找表中的起始地址。这三个参数分别由基带比特流速率和调制方式决定。

成形滤波器参数对于根升余弦或升余弦滤波器而言也有如下三个：滚将系数α、内插倍数IP和跨越的码元周期数目DS。这三个参数是中间参数，它们并不会直接配置到数字上变频器中，而是计算成形滤波器系数的参数。根据系统的工作模式控制参数，可以确定最佳的成形滤波器参数。

数字上变频器参数，即HSP50215的内部参数，数目比较多，包括：重采样频率高、低位控制字；载波频率高、低位控制字；调制方式控制字；增益控制字；FIFO深度控制字；成形滤波多项式控制字（包括DS和IP）；复位控制字；同步启动控制字以及I、Q两路各256个成形滤波器系数。总共需要配置的参数为522个。这些参数分别根据系统的工作模式参数和成形滤波器参数确定。

正确计算出上述各个参数，并正确地配置到芯片EPF10K30和HSP50215内部，就可以得到正确的已调信号。

4测量结果

本次实验用实时频谱分析仪TEK3086对系统所产生的各种已调信号进行了观测，图5给出部分观测结果，包括BPSK、QPSK、8PSK和GMSK。

图5中各种已调信号的基带I、Q信号的符号速率均为5ksps，载波频率均为1MHz。每个图中又包含四个小图。左上角为中频信号的频谱图；右上角为星座图；左下角为I路信号的眼图；右下角为Q路信号的眼图。眼图的张开度以及星座图中各个矢量点的离散程度（矢量幅度误差的大小），表明了系统码间干扰和噪声的大小，也是衡量调制器性能的两个重要参数。图5（a）、（b）、（c）采用根升余弦成形滤波器，内插倍数IP＝16，跨越的码元周期数目DS＝4，滚降系数分别为：0．5、0．7和0．7。图5（d）采用高斯成形滤波器，IP＝16，DS＝5，BT＝0．3。比较这四个图可知：BPSK和GMSK已调信号的眼图张开度最大，矢量幅度误差最小，信号性能最好，QPSK信号次之，8PSK信号眼图张开度最小，矢量幅度误差最大，与理论分析一致。从测量的结果来看，系统具有较好的性能，有一定的实用价值。

总线控制范文篇10

关键词:智能灌溉系统;智能监控;数据采集;中央监控计算机

自动化智能灌溉可有效提高水资源利用率,增加农作物的生产种植效益[1]。自动化智能灌溉采用传感技术监控作物生长状态、环境信息及土壤温湿度参数,经过自动化数据处理及控制后,实现灌溉自动化[1]。按照灌溉控制过程的自动化程度可将灌溉系统分为自动灌溉智能控制系统和半自动灌溉系统:自动灌溉智能控制系统运行过程中,不需要人工干预,设定好的控制参数后,根据传感监控参数与设定参数的对比结果,生成灌溉控制指令,实现灌溉过程的自动化控制;半自动灌溉系统中没有传感监控系统,无法按照环境信息进行控制过程调节[2-3]。笔者通过利用传感技术、信息交互技术、计算机及电气控制技术,搭建一种智能监控自动化灌溉系统,利用智能监控传感器采集作物生长状态、环境信息及土壤温湿度参数状态,并经总线控制传输至中央监控计算机,与灌溉专家系统参数进行对比,生成灌溉控制指令,驱动灌溉执行机构,实现灌溉自动化。

1智能监控灌溉系统总体设计

所设计的智能监控灌溉系统采用总线控制的灌溉方式,预留无线扩展接口,由多个监控系统终端组成,并采用总线控制的方式连接至中央监控计算机[4],如图1所示。监控系统终端包含温湿度传感器信息、天气预报信息及土壤湿度参数等。中央监控计算机利用内置的灌溉专家系统对监控终端信息进行处理,制定灌溉控制指令,有效进行农田灌溉[5-6]。灌溉系统的信息化水平直接决定了监控信息传输以及控制指令的传输有效性。

2系统硬件设计

智能监控系统中的温湿度传感器能够对土壤当中的水吸力信号大小进行监控,并转化为土壤的湿度信息传输至中央监控计算机[7]。在土壤湿度传感器使用过程中,将传感器埋入土壤当中,安装时要求湿度传感器水平放置,且不能直接暴露于空气当中,传感器之间的间距最小距离应大于1m[8]。本文选用的土壤湿度传感器参数如表1所示。智能监控系统传感器采集到的物理信号进行采样保持处理后,经A/D转换电路处理,传输至中央监控计算机,智能监控系统传感检测电路如图2所示。中央监控计算机生成的控制指令,经输出通道传输至灌溉驱动系统,指令输出通道包含控制继电器和输出接口;输出接口直接控制继电器的通断及继电器对指令信号对驱动电路开关的控制。继电器对灌溉电磁阀进行控制,实现灌溉过程自动化[9]。智能监控控制系统采用总线控制方式实现系统信息传输,运用双绞线完成多监控点的网络分布,监控终端检测信号通过总线接口传输至中央监控计算机,如图3所示。

3系统软件设计

灌溉控制系统软件将实时采集到的传感数据与灌溉专家系统参数进行对比,并生成控制指令,实现灌溉系统的智能化控制[10]。图4所示为灌溉控制系统软件主程序流程图。灌溉系统传感器输出数据信号为0~5V标准电压信号,经A/D转换后生成数字信号,经数据处理软件运行后,形成中央监控计算机能够识别的输入信号[11]。设定湿度值0~100%RH和温度值0~50℃在数据处理软件中对应参数值为000H~FFFH。在系统软件中,参数值每变化014H时,湿度值变化1%RH,同理参数值每变化029H时,湿度值变化1℃。湿度参数和温度参数与系统软件转换关系可表示为在信息传输过程中,信息系统总线接收数据灵敏度为±200mV,当输入信号大于或等于200mV时,系统总线接收高电平信号;当输入信号小于或等于-200mV时,系统总线接收低电平信号;当输入信号处于-200~200mV之间时,系统总线接收到不确定状态信号。在进行系统数据通信之前,中央监控计算机采用高电平信号对总线输入进行驱动,并进行短时间保持,当进行有效采集信息输入时,总线系统软件输入信号发生阶跃,并开始完整数据接收与处理。中央监控计算机与系统总线之间通过串行通信进行数据交互,计算机CPU与总系串口之间采用一种并行的通讯方式,实现CPU与数据设备之间的数据转换。当信号数据输入至中央监控计算机时,数据格式由bit格式转化为byte格式;当指令数据由中央监控计算机输出至数据设备时,数据格式由byte格式转化为bit格式。智能灌溉控制系统中数据管理软件模块可对系统历史参数和用户信息进行管理,并可在使用过程中生成各种报表和曲线数据,支持用户数据查询和修改。数据管理软件可有效管理系统参数状态、灌溉控制指令运行过程管理以及进行灌溉过程管理。

4系统测试分析

为验证智能监控自动灌溉系统的运行可靠性,对传感监控系统中传感器节点的数据监测有效性和智能灌溉执行过程进行测试。在进行传感器节点的数据监测有效性测试时,分别通过灌溉系统程序采集和串口手动调试两种方式获取传感器监测数据,并对比两组数据的一致性,来判断智能灌溉系统的数据采集可靠性。试验过程中,对同一节点处的土壤湿度数据在0.5h内重复监测3次,取其平均值,空气温度数据按照0.5h内的名义值进行取值,当二者偏差率小于5%时,判断两组数据具有一致性。传感器数据采集可靠性试验数据如表2所示。在进行智能灌溉执行过程测试时,通过对系统采集到的传感数据进行人工判断,决策是否需要进行自动灌溉,同时与智能灌溉系统的决策指令及执行过程进行对比,通过二者一致性判断智能灌溉系统执行过程可靠性。在试验区域内,设定当土壤湿度小于45%RH时,当前土壤状态需进行灌溉,当环境温度小于15℃时,当前节点需要进行10min灌溉,当环境温度处于15~25℃时,当前节点需要进行20min灌溉,环境温度大于25℃时,当前节点需要进行30min灌溉。当土壤湿度大于45%RH时,当前节点暂不需要进行灌溉。智能灌溉系统执行过程可靠性试验数据如图3所示。

5结论