1 引 言
近年，我國安防市場發(fā)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(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用的產(chǎn)品，是GPS定位系統(tǒng)、 GPRS通訊系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)結(jié)合為一體的定位裝置。他能提供目標(biāo)的具體位置信息對目標(biāo)實(shí)時跟蹤，能進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸、防盜報警、信息查詢、數(shù)據(jù)調(diào)度等。
安防型GPS定位裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
由于安防型GPS定位裝置的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，而且該產(chǎn)品直接影響車輛的運(yùn)行狀況和安全，因此對該產(chǎn)品的可靠性要求極高。
為了保證產(chǎn)品較高的可靠性，除了對產(chǎn)品設(shè)計要求高以外，還需要對生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管和測試。然而手工檢測的效率無法滿足批量生產(chǎn)的要求，因此需要設(shè)計滿足批量生產(chǎn)的安防定位裝置的測試系統(tǒng)。本文提出了一種基于PC機(jī)的自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計思路，并且應(yīng)用于安防型GPS定位裝置(以下簡稱裝置)的生產(chǎn)檢驗(yàn)。該設(shè)計思路可以推廣到其他電子產(chǎn)品的生產(chǎn)檢測中。
2 自動化檢測系統(tǒng)的設(shè)計
2.1設(shè)計思路
自動化檢測系統(tǒng)是利用計算機(jī)系統(tǒng)通過工業(yè)控制總線對終端裝置按流程進(jìn)行檢測。串行通信是計算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，并由于其成本低、性能穩(wěn)定、遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在工程中被廣泛應(yīng)用。RS 485是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅(qū)動器和接收器，可以實(shí)現(xiàn)一臺上位機(jī)與多臺下位機(jī)之間的串行通信。其采用主從式通信方式，可以通過PC機(jī)與連接終端進(jìn)行實(shí)時通訊，因此本測試系統(tǒng)采用RS 485總線。
這里，我們設(shè)計的自動化檢測系統(tǒng)是基于RS 485現(xiàn)場總線、自定義通信協(xié)議、在總線上連接各下位機(jī)(檢測終端裝置)和上位機(jī)(PC機(jī))、由上位機(jī)統(tǒng)一管理的主從式總線型的檢測系統(tǒng)。一臺計算機(jī)通過RS 485現(xiàn)場總線同時檢測1～127臺終端裝置。用于測試的PC機(jī)和檢測終端都通過RS 232轉(zhuǎn)RS 485的轉(zhuǎn)接器，按照兩線制接線方式，通過總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(并聯(lián)方式)，連接在一條RS 485總線上。PC機(jī)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(tǒng)檢測設(shè)計
根據(jù)安防型GPS定位裝置的特點(diǎn)，在生產(chǎn)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(tǒng)(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(jī)通過與下位機(jī)的通訊，若收到下位機(jī)正確應(yīng)答，則說明下位機(jī)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(tǒng)正常。當(dāng)下位機(jī)正常完成測試，則可以確定該節(jié)終端裝置微處理器單元、通訊接口以及供電系統(tǒng)正常。
存儲器、GPS模塊、GPRS模塊的測試是由上位機(jī)發(fā)出測試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測試命令后，由下位機(jī)微處理器分別進(jìn)行存儲器、GPS模塊、GPRS模塊的測試，并把測試結(jié)果按通訊協(xié)議上報給上位機(jī)。
指示燈和鎖車的測試是由上位機(jī)發(fā)出測試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測試命令后，由下位機(jī)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(jī)(上位機(jī))，確定該部件的好壞。上位機(jī)收到檢測人員的輸入結(jié)果后，向下位機(jī)發(fā)出結(jié)束該項測試的命令。
按鍵的測試是上位機(jī)發(fā)出測試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測試命令后，由下位機(jī)微處理器檢測相應(yīng)按鍵在指定時間內(nèi)是否按下和松開。若按鍵動作正確，則下位機(jī)處理器按通訊協(xié)議將按鍵正常動作的信息上報給上位機(jī)，否則上報按鍵錯誤信息。語音提示部件的測試為上位機(jī)發(fā)出測試命令，下位機(jī)正確應(yīng)答收到該測試命令后，由下位機(jī)微處理器分別循環(huán)出發(fā)出各提示語音段，有檢測人員根據(jù)語音的質(zhì)量和清晰度判斷測試結(jié)果，并操作上位機(jī)輸入結(jié)果。上位機(jī)收到檢測人員的輸入結(jié)果后，向下位機(jī)發(fā)出結(jié)束該項測試的命令。
2.3終端裝置編碼設(shè)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(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，故要求每臺裝置有自己的地址編號以便測試辨認(rèn)檢測。這里設(shè)計將終端裝置的生產(chǎn)編號為檢測時的地址編號，由于終端裝置的生產(chǎn)編號具有惟一性，故能夠滿足RS 485通訊的要求。
生產(chǎn)編號是終端裝置的惟一標(biāo)識，為了能更好地反映終端裝置的生產(chǎn)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(jìn)行測試時的時間，可以由進(jìn)行測試的計算機(jī)自動生成。ID1和ID2為單字節(jié)的編碼，分別為生產(chǎn)廠家代碼、操作人員代碼;ID3為雙字節(jié)編碼，代表軟硬件版本號。
這樣生產(chǎn)編號的設(shè)計具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)可以通過測試軟件，根據(jù)當(dāng)時時間等信息自動生成，避免人工失誤，并且提高效率;
(2)編號存人各臺測試機(jī)的參數(shù)存儲器中，作為終端的身份標(biāo)識，用于生產(chǎn)檢測和實(shí)際使用;
(3)根據(jù)該編號，極容易查出終端的生產(chǎn)廠家、時間以及檢驗(yàn)人員，符合質(zhì)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(shù)維護(hù)。
3通訊協(xié)議的設(shè)計
RS 485總線只制定了物理層電氣標(biāo)準(zhǔn)，對上層通信協(xié)議沒有規(guī)定，這給設(shè)計者提供了很大的靈活性。一套完整的通信協(xié)議應(yīng)從多個方面加以考慮，即要求結(jié)構(gòu)簡單、功能完備，又要求具有可擴(kuò)充性與兼容性，并且盡量標(biāo)準(zhǔn)化。本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議是在充分考慮到系統(tǒng)本身的功能特點(diǎn)，再參考國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的基礎(chǔ)上制定的，適用于檢測的計算機(jī)與檢測終端進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的或一主多從的數(shù)據(jù)交換方式，具體如下：
3.1 幀格式
起始符：數(shù)據(jù)幀起始標(biāo)志，用于觸發(fā)通信，本系統(tǒng)約定為8AH。
地址碼：地址域由10個字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)2位BCD碼。地址長度為20位十進(jìn)制數(shù)。低地址位在先，高地址位在后。當(dāng)?shù)刂窞?99999999999999999999H時，為廣播地址(即向所有終端發(fā)送消息)。地址為11111111111111111111H時，為上位機(jī)。
控制碼C：一個字節(jié)長度，用于指明具體的命令內(nèi)容。每一位代表不同的內(nèi)容對應(yīng)不同的命令代碼，具體內(nèi)容如表1所示。
數(shù)據(jù)字段：本字段分兩部分。第一部分為一個字節(jié)，表示整個數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)(長度)，L=0表示無數(shù)據(jù)域。第二部分則為通信中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，包括數(shù)據(jù)標(biāo)識和數(shù)據(jù)等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變。
校驗(yàn)碼CS：從幀起始符開始到校驗(yàn)碼之前的所有各字節(jié)的模256的和。
結(jié)束符：數(shù)據(jù)幀結(jié)束標(biāo)志，本系統(tǒng)約定16H。
3.2數(shù)據(jù)傳輸
上位機(jī)(PC機(jī))與下位機(jī)(單片機(jī))構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通信總是由主機(jī)發(fā)起。主機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)時，從機(jī)總是出于接收狀態(tài)。若上位機(jī)發(fā)送的地址信息與本地從機(jī)相符，則接收該數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)接收總線上的數(shù)據(jù)。若下位機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則必須等到主機(jī)輪詢過該下位機(jī)時，才可提出請求。這種網(wǎng)絡(luò)模式下，下位機(jī)不會“偵聽”其他下位機(jī)對主機(jī)的響應(yīng)，這樣就不會對其他下位機(jī)產(chǎn)生錯誤的響應(yīng)。
3.3差錯控制
當(dāng)主機(jī)發(fā)出呼叫幀后，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答幀，則主機(jī)認(rèn)為幀丟失并重發(fā)呼叫幀;如果發(fā)送3次仍沒有收到應(yīng)答幀，則系統(tǒng)認(rèn)為該次通信失敗，報錯。在數(shù)據(jù)幀發(fā)送時，本系統(tǒng)采用應(yīng)答方式進(jìn)行差錯控制，即接收方向發(fā)送方回發(fā)特殊的控制命令碼，作為傳輸正確以否的的確認(rèn)。如果傳輸中幀完全丟失，則發(fā)送方進(jìn)行超時處理。
4結(jié)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(tǒng)的設(shè)計，并分別就系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及檢測思想的設(shè)計和主從式多機(jī)通信協(xié)議的設(shè)計等兩個方面進(jìn)行了闡述。設(shè)備的實(shí)際使用結(jié)果表明：整個系統(tǒng)設(shè)計合理，工作可靠，基于RS 485的總線測試系統(tǒng)通信可靠性高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，操作維護(hù)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(tǒng)的設(shè)計思路，尤其是自動化編碼方式對其他智能電子產(chǎn)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(tǒng)的部分修改，可以移植到諸如智能傳感器、工業(yè)控制終端等多種產(chǎn)品的生產(chǎn)檢測中。
（轉(zhuǎn)載）
