一種用于家用電器通訊數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的通用解析方法研究

王玉石 王志輝 廖常浩

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

0 引言

家電產(chǎn)品內(nèi)外機控制器或主板與顯示板之間的通訊數(shù)據(jù)一般都是采用UART串行通信進行傳送，數(shù)據(jù)包包含頭碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)位、校驗碼、尾碼等。通訊時主機定時發(fā)送數(shù)據(jù)，從機正確接收完主機數(shù)據(jù)后進行應答，然后等待主機下一組數(shù)據(jù)，通過按位發(fā)送和接收字節(jié)，可以達到通訊的目的。

控制協(xié)議可以簡單地理解為一個由特定數(shù)據(jù)按照特定格式組織的、在特定網(wǎng)絡系統(tǒng)中傳輸?shù)淖址Ｋ啥鄠€字段組成，每個字段表示特定含義?？刂茢?shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)時，兩端可以根據(jù)事先定義的協(xié)議字段含義及順序解析出數(shù)據(jù)進行相應處理字符串[1]。傳統(tǒng)的通訊協(xié)議解析方法，一般是把一種通訊協(xié)議解析直接寫進C語言程序，但家電產(chǎn)品種類繁多，同一產(chǎn)品包含多種型號，同一型號又包含不同版本的通訊協(xié)議，一旦通訊協(xié)議有所改動，又要重新修改程序。為了能夠在開發(fā)測試階段快速準確監(jiān)控通訊數(shù)據(jù)，需要開發(fā)一種能夠快速解析通訊協(xié)議的監(jiān)控系統(tǒng)。本文研究的正是一種通用的、能夠兼容所有版本的通訊協(xié)議的解析方法。

1 通訊監(jiān)控方案設計

本方案包括兩部分的設計：上位機軟件和下位機軟硬件。監(jiān)控系統(tǒng)架構如圖1所示，其中下位機主要實現(xiàn)整機控制器的底層通訊數(shù)據(jù)采集，把采集到的十六進制數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)校驗后轉換為二進制數(shù)據(jù)；上位機主要實現(xiàn)通訊協(xié)議的解析和通訊數(shù)據(jù)的處理，通過制定一種通用的解析方法，來兼容所有版本的通訊協(xié)議，解析出Excel協(xié)議表，并將其轉換為二維數(shù)組，然后通過LabVIEW調(diào)用計算，并把最終的監(jiān)控數(shù)據(jù)以顯示界面和曲線界面兩種形式呈現(xiàn)給用戶。通訊協(xié)議軟件實現(xiàn)了某種通訊協(xié)議在通訊各方之間正確、高效地轉換并傳輸數(shù)據(jù)[2]。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器開發(fā)平臺，特別適用于測試、測量、儀器控制、過程監(jiān)控和工業(yè)自動化等方面的工程應用軟件的開發(fā)。LabVIEW是工業(yè)標準的圖形化開發(fā)環(huán)境，結合了圖形化編程方式的高性能與靈活性，以及專為測試測量與自動化控制應用設計的高性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示等提供必要的開發(fā)工具[3]。它與常規(guī)編程語言有很大的不同，可以說是專門為工程師開發(fā)設計的語言，專業(yè)性很強，入門簡單，開發(fā)便捷，特別適合一些自動化測試系統(tǒng)的開發(fā)[4]。

2 通訊監(jiān)控方案實施

2.1 通訊協(xié)議解析

如何把整機的通訊協(xié)議轉換成LabVIEW可調(diào)用的數(shù)組，是整個方案至關重要的一步。常用辦公工具Excel和LabVIEW中的二維數(shù)組十分相似，系統(tǒng)采用人性化的Excel編輯方式[5]，通過制定一種通用的解析規(guī)則，可快速解析通訊協(xié)議。規(guī)定Excel表格的第一列是行序號索引No，第二列是每個參數(shù)的字節(jié)序號Sno，第三列是每個參數(shù)對應字節(jié)的位序號Sbit，第四列是每個位的長度Bitlen，第五列是每個位的狀態(tài)Used，包括使用狀態(tài)和預留狀態(tài)兩種，第六列是每個位的數(shù)據(jù)處理模式Mode，第七列是該位對應的參數(shù)單位Unit，第八列是參數(shù)名稱Name，后面的列依次是每個參數(shù)對應的數(shù)據(jù)值。例如，對于某款家電產(chǎn)品顯示板發(fā)送給主板的第一個數(shù)據(jù)位“運行狀態(tài)”，其索引值是0，字節(jié)序號是3，位序號是7，位長度是8，對應的處理模式是1，數(shù)據(jù)值分別是正常、自檢、維修等，根據(jù)采集數(shù)據(jù)處理后的值獲取其對應的運行狀態(tài)，具體如表1所示。

表1 Excel通訊協(xié)議

2.2 數(shù)組轉換

運用圖形化編程語言LabVIEW，將解析好的Excel文本數(shù)據(jù)轉換為可調(diào)用的二維數(shù)組，通過LabVIEW內(nèi)置函數(shù)，可以很方便的將文本格式數(shù)據(jù)轉換為程序需要調(diào)用的數(shù)組格式，數(shù)組轉換vi如圖2所示。

圖2 數(shù)組轉換vi

2.3 數(shù)據(jù)采集

下位機通過硬件采集板，從整機控制器獲取十六進制的底層通訊數(shù)據(jù)。硬件采集方案使用MCU和光耦進行隔離式采集，使用了MCU的串口采集和模擬串口采集功能，采集板如圖3所示。

圖3 采集板

為保證數(shù)據(jù)采集的準確性和實時性，下位機軟件采用串口UART協(xié)議，數(shù)據(jù)包間隔500 ms，速率9600 bps，并且發(fā)送TX與接收RX的數(shù)據(jù)包需要被分開獨立采集，使用我司已引進的成熟主芯片，該芯片有兩個UART口，穩(wěn)定的波特率達到38400 bps，UART1用于與上位機通訊，UART0與定時器模擬的UART功能實現(xiàn)整機TX與RX的數(shù)據(jù)包采集，下位機軟件設計流程如圖4所示。

圖4 下位機軟件設計流程圖

2.4 數(shù)據(jù)處理

接下來就是數(shù)據(jù)處理部分。為防止傳送的數(shù)據(jù)有誤，首先對上述采集的十六進制通訊數(shù)據(jù)進行校驗，校驗方式包括頭碼校驗、數(shù)據(jù)長度校驗、尾碼校驗，以及通訊協(xié)議本身校驗碼進行奇偶校驗或異或校驗，本方案采用頭碼、尾碼及協(xié)議碼共同校驗。將校驗后的十六進制數(shù)據(jù)轉換成二進制數(shù)據(jù)，因為每個參數(shù)占用的數(shù)據(jù)位數(shù)不同，因此需要轉換成最小的二進制數(shù)據(jù)進行處理。然后上位機再調(diào)用該二進制通訊數(shù)據(jù)及上述二維數(shù)組，通過每個參數(shù)名稱對應的處理模式，得出每個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。

處理模式主要有兩種，一種是通訊數(shù)據(jù)直接轉換成十進制數(shù)據(jù)，如表1中運行狀態(tài)對應的處理模式是1，即直接轉換成十進制數(shù)據(jù)；另一種是先轉換成十進制數(shù)據(jù)，再通過通訊協(xié)議規(guī)定的公式進行處理，如環(huán)境溫度對應的處理模式是2，為了避免溫度值超出一個數(shù)據(jù)位或出現(xiàn)負數(shù)，通訊協(xié)議中會通過內(nèi)置的計算公式規(guī)避。

2.5 界面呈現(xiàn)

用戶界面分為顯示界面和曲線界面，具體如圖5、圖6所示。

圖5 監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示界面

圖6 監(jiān)控數(shù)據(jù)曲線界面

顯示界面結合上述的實時數(shù)據(jù)，以及參數(shù)名稱和參數(shù)單位，得到每個參數(shù)的實時運行值，并以表格的形式呈現(xiàn)給用戶。

曲線界面采用LabVIEW內(nèi)置函數(shù)“XY圖”，用戶勾選需要借用曲線觀測的參數(shù)，如溫度采集參數(shù)、壓縮機轉速參數(shù)等，以曲線的方式更加直觀的顯示。

3 方案效果

該通訊監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)完成后，應用在冰箱及電飯煲等家電產(chǎn)品的開發(fā)及測試階段。由于家電產(chǎn)品型號眾多，通訊協(xié)議各不相同，例如：冰箱通訊協(xié)議通常是主板和顯示板各發(fā)送一包數(shù)據(jù)，但由于冰箱型號多樣，各個型號對應的通訊協(xié)議差異很大，包括數(shù)據(jù)長度差異、參數(shù)名稱差異、校驗方式差異、計算方法差異等，運用本方案的通用解析方法，可快速配置Excel文本協(xié)議解析數(shù)據(jù)，調(diào)用對應版本的解析表，就可以達到監(jiān)控通訊數(shù)據(jù)的目的，讓開發(fā)及測試人員能夠實時監(jiān)控各負載的運行狀態(tài)，從而有效把控產(chǎn)品的研發(fā)質量，提高產(chǎn)品的測試效率。

4 結論

本監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究，提出了一種通用解析方法在家電產(chǎn)品控制器間進行通訊監(jiān)控。通過對家電整機通訊協(xié)議的分析，解析出便于編輯的Excel文本格式的數(shù)據(jù)，并應用圖形化編程語言LabVIEW，使編程周期大大縮減。同時，監(jiān)控系統(tǒng)后期維護簡單便捷，如果通訊協(xié)議改動或者用戶界面參數(shù)刪減，用戶只需配置Excel表即可，從而達到通用兼容的效果。另外，本監(jiān)控系統(tǒng)還存在部分待完善功能，例如如何實現(xiàn)一個客戶端同時監(jiān)控多個測試臺位的功能，以及如何結合硬件工裝開發(fā)自動化測試，是后續(xù)要開展的工作方向。