基于LabVIEW的RS422通信協(xié)議時(shí)間裝定模塊研究

張烜工，陳 雷

（軍械工程學(xué)院三系，河北 石家莊 050003）

0 引 言

引信的時(shí)間裝定測(cè)試和裝定模式測(cè)試是引信各項(xiàng)測(cè)試中的關(guān)鍵組成部分。目前，時(shí)間裝定測(cè)試和裝定模式測(cè)試往往采用RS232接口與引信內(nèi)的DSP進(jìn)行通信。但是，RS232接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容，故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接，其接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地傳輸形式，抗噪聲干擾性弱[1]。此外，RS232傳輸距離有限，其傳輸距離不超過15 m時(shí)效果最好；在引信不摘火情況下測(cè)試時(shí)，該距離會(huì)威脅人身安全。此外，由于在引信內(nèi)的第二代和第三代DSP已經(jīng)擁有RS422/RS485接口，RS232接口逐步面臨淘汰。

為了解決上述問題，本文以PXI總線測(cè)試采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用RS422/RS232轉(zhuǎn)接器完成計(jì)算機(jī)上的接口轉(zhuǎn)換，并且制定高層通信協(xié)議，在LabVIEW軟件環(huán)境下利用VISA完成串口通信。這樣既使數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，又增加了傳輸距離。

1 RS422介紹及主要硬件配置

RS422接口標(biāo)準(zhǔn)全稱是 “平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性[2]。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線。RS422接口支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。其接口的最大傳輸距離為4 000 ft（約1219m），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100m長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率為1Mb/s。

RS422接口需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在300m以下不需終接電阻。在本測(cè)試模塊中，結(jié)合工程實(shí)際，約定通信距離為100m。故本測(cè)試模塊沒有終接電阻。

在以PXI為總線的本測(cè)試系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)上并沒有直接的RS422接口，因此選用SP-218系列產(chǎn)品，它既可以進(jìn)行RS232/RS422接口轉(zhuǎn)接，又可以進(jìn)行RS232/RS485轉(zhuǎn)接。但是該連接器需要24V直流電源，本文采用HRB AC-DC開關(guān)電源作為其電源，該開關(guān)電源只需220 V普通交流電即可。

2 通信協(xié)議制定

由于RS422標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定而不涉及協(xié)議，因此在通信前要進(jìn)行自身的通信協(xié)議設(shè)定。考慮到引信的具體使用環(huán)境和信息的容量，制定了本協(xié)議。

2.1 波特率的確定

RS422通信數(shù)據(jù)最大傳輸速率與距離成反比，傳輸速率的單純提高會(huì)造成引信通信信號(hào)反射，甚至導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)混亂[3]。從功能需求角度來講，在引信測(cè)試中，考慮到信息量不是很大，同時(shí)約定了通信距離最長為100m，所以波特率選用9600bit/s。

2.2 通信規(guī)程的約定

通信規(guī)程是為確保通信順利進(jìn)行，接收方和發(fā)送方約定要共同遵守的基本規(guī)定，包括收發(fā)雙方的同步方式、差錯(cuò)檢驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)編碼等。

由于引信和測(cè)試系統(tǒng)之間通信數(shù)據(jù)量較小，因此，模塊與引信之間采用異步通信模式。用半雙工方式發(fā)送信息時(shí)，采用數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送，無校驗(yàn)，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中在一個(gè)數(shù)據(jù)包中，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和處理。異步通信的具體數(shù)據(jù)格式如圖1所示。

圖1 起止式異步通信的數(shù)據(jù)格式

在引信的裝定模式中，除了時(shí)間裝定以外，還包括爆炸模式裝定，如瞬發(fā)、延期和近炸。由于在發(fā)送過程中第一個(gè)數(shù)據(jù)容易丟失，所以發(fā)送協(xié)議開始以0xAA作為引導(dǎo)字節(jié) （0xAA在時(shí)間裝定中不容易出現(xiàn)，下文中所述裝定地址、裝定模式和幀尾的選擇也是同理），在接收協(xié)議中規(guī)定只接收0xAA開始的數(shù)據(jù)包。同樣地，結(jié)束標(biāo)志使用0xBB。0xAA與0xBB之間要有5幀數(shù)據(jù)，這5幀數(shù)據(jù)包括裝定地址（1幀），裝定模式（1幀），裝定時(shí)間（3幀）。規(guī)定0xFC為瞬發(fā)模式，0xFD為定時(shí)模式，0xFE為延期模式，0xFF為近炸模式。在時(shí)間上，以ms為單位，測(cè)試系統(tǒng)在裝定時(shí)間前通過軟件自動(dòng)將輸入的時(shí)間從s換算成ms再進(jìn)行裝定。目前來看，引信裝定時(shí)間最長不超過200s，即200000ms。

在實(shí)際應(yīng)用中，該模塊不僅負(fù)責(zé)測(cè)試中的裝定，而且也用于迫擊炮彈、榴彈炮彈及火箭彈發(fā)射前的模式和時(shí)間裝定。由于火箭彈在發(fā)射前需要分別裝定，因此在裝定之前裝定模塊需要尋址。在裝定過程中，先規(guī)定裝定地址，再裝定爆炸模式，其次再給出時(shí)間。裝定模塊一次性將所有信息以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送，引信收到后，查看自身地址與給定地址是否相符，如果相符，則予以接收，如果不符，則不再接收。規(guī)定地址從0xF0到0xFA。對(duì)于迫擊炮或者榴彈炮單管武器平臺(tái)來說，在裝定引信時(shí)并不需要尋址這一功能，但是為了兼顧火箭彈電子時(shí)間引信裝定，尋址過程必須保留。將引信內(nèi)DSP地址初始全部設(shè)置為0xF0，這樣在迫擊炮彈或者榴彈炮彈中裝定時(shí)數(shù)據(jù)包地址全部都設(shè)置成0xF0，就解決了這一矛盾。

但是，火箭彈電子時(shí)間引信在裝定之前地址也是一樣的，即初始地址0xF0。對(duì)于這個(gè)問題，即引信如何識(shí)別自己裝在哪個(gè)彈筒中進(jìn)而采用不同的裝定模式和時(shí)間，采用如下的解決方式：認(rèn)為彈筒編碼從1到12。筒內(nèi)設(shè)置4個(gè)觸點(diǎn)，觸點(diǎn)與彈接觸時(shí)認(rèn)為是低電平，觸點(diǎn)不與彈接觸時(shí)認(rèn)為是高電平，對(duì)于高電平來說，認(rèn)為是1，同理低電平認(rèn)為是0。這樣就形成了4位二進(jìn)制數(shù)，如1號(hào)筒為0001，3號(hào)筒為0011等。每個(gè)彈上引信內(nèi)的DSP接收到不同的高低電平后將其變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)，然后還原為十進(jìn)制數(shù)，就可以知道自身所在筒的編號(hào)。獲知編號(hào)后，利用之前給定的編號(hào)與0xF0到0xFA之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，獲得自己的十六進(jìn)制地址。

在裝定爆炸模式后，是時(shí)間參數(shù)，共有3幀，在裝定時(shí)把十進(jìn)制數(shù)改為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。如要裝定地址為0xF5，模式為定時(shí)，時(shí)間為199998ms的引信，具體的數(shù)據(jù)幀格式如下：

引信收到數(shù)據(jù)包后，DSP根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行模式裝定和時(shí)間裝定，之后再將代表模式裝定的數(shù)值及時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送回來，測(cè)試模塊予以接收。

3 串行通信的軟件實(shí)現(xiàn)

一般來講，在Windows環(huán)境下，串行通信在軟件方面既可以使用C語言，又可以使用LabVIEW軟件。C語言編寫比較繁瑣，不如LabVIEW使用簡單方便。另外，智能彈藥通用檢測(cè)平臺(tái)使用LabVIEW軟件進(jìn)行測(cè)試語言的編寫。為了使該裝定模塊既可以獨(dú)立使用，又可以與智能彈藥通用檢測(cè)平臺(tái)相結(jié)合，使該模塊作為平臺(tái)的一個(gè)部分，故選用LabVIEW軟件進(jìn)行串口通信。目前在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)串行通信主要有利用VISA和ActiveX控件兩種方式。本模塊采用VISA進(jìn)行通信。

VISA是組成VXIplug&play系統(tǒng)聯(lián)盟的35家最大的儀器儀表公司統(tǒng)一采用的標(biāo)準(zhǔn)[4]。采用了VISA標(biāo)準(zhǔn)，就可以不考慮時(shí)間及I/O選擇項(xiàng)，驅(qū)動(dòng)軟件可以互相兼容使用。

串口通信作為儀器通信的一部分，它的函數(shù)是VISA函數(shù)的子集。串口函數(shù)庫位于函數(shù)選板的儀器I/O>>串口中，如圖2所示。

串口通信的基本流程是：配置串口參數(shù)（打開串口）——發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)——關(guān)閉串口。其重中之重為參數(shù)配置。配置串口函數(shù)及具體參數(shù)如圖3所示。

在該函數(shù)里，設(shè)置串口通信的資源名稱、波特率、校驗(yàn)方式、停止位和流控制。所謂流控制，就是常說的“握手”，在本裝定模塊中，沒有握手信號(hào)。此外，還有“超時(shí)”，“終止符”及“啟用終止符”3個(gè)端子的設(shè)置。超時(shí)一般默認(rèn)為10000ms，終止符默認(rèn)為0x0A，啟用終止符默認(rèn)情況下也是開啟的。這里都采用默認(rèn)值。根據(jù)不同的平臺(tái)，數(shù)據(jù)傳輸可分為同步或者異步。前文已述，本模塊采取異步通信模式。

初始化配置完畢后，由VISA寫入節(jié)點(diǎn)，將寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入指定的設(shè)備或接口，再由VISA讀取節(jié)點(diǎn)，從VISA資源名稱所指定的設(shè)備或接口讀取指定數(shù)量的字節(jié)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)，最后由VISA關(guān)閉節(jié)點(diǎn)，關(guān)閉VISA資源名稱所指定的設(shè)備會(huì)話句柄。由于串口讀寫的端口定義默認(rèn)為字符串類型，為了和DSP通信，串口應(yīng)以十六進(jìn)制發(fā)送0xAA標(biāo)志，所以在寫串口時(shí)數(shù)據(jù)類型為十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，而串口讀取的字符串要轉(zhuǎn)換為數(shù)字型數(shù)組才能正確地做后續(xù)處理。

圖2 串口通信函數(shù)選板

圖3 VISA配置串口

從串口中讀取的字符串轉(zhuǎn)換為7個(gè)字節(jié)，其中，第1個(gè)字節(jié)0xAA，為幀頭標(biāo)志，第2個(gè)字節(jié)表示裝定地址，第3個(gè)字節(jié)表示裝定模式，第4個(gè)到第6個(gè)字節(jié)表示裝定時(shí)間，最后一個(gè)字節(jié)為幀尾，作為結(jié)束標(biāo)志。

4 結(jié)束語

本文介紹了基于LabVIEW的RS422通信協(xié)議時(shí)間裝定器的設(shè)計(jì)，該方法簡單可靠，同時(shí)又克服了原有時(shí)間裝定器傳輸距離短且不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。對(duì)于火箭彈上裝定引信的地址識(shí)別問題，設(shè)計(jì)了一種簡單有效的方法來解決。本文使用LabVIEW軟件中的VISA庫很好地完成了串口通信。該裝定器不僅可以獨(dú)立完成時(shí)間和模式裝定任務(wù)，還可以作為子模塊添加到智能彈藥通用檢測(cè)平臺(tái)里，為以后智能彈藥通用電參數(shù)檢測(cè)平臺(tái)的功能完善與擴(kuò)展打下良好基礎(chǔ)。

[1] 李大友.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998：378.

[2] 黃國棟，戴義保.基于RS422A現(xiàn)場(chǎng)總線的溫控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[J].測(cè)控自動(dòng)化，2004，20（5）：7-8.

[3] 鄭紅星，曹曉緋.RS422在反坦克導(dǎo)彈上的應(yīng)用研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：32-34.

[4] 蔣薇，張曉波，賴青貴.基于LabVIEW的儀器通信技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（4）：1030-1032.