一種基于STM32和與HMI組態(tài)屏的交互系統(tǒng)

馮俊 吳佳雯

摘要：本文介紹了一種基于STM32以及HMl組態(tài)屏的交互系統(tǒng)的設(shè)計方案，該系統(tǒng)的硬件部分主要有STM32F103C8T6單片機和HMl組態(tài)屏。該系統(tǒng)的軟件代碼由C語言編寫。本系統(tǒng)通過連接STM32與HMl組態(tài)屏，使得用戶可以在觸摸屏上進行操作來完成一些簡單的工作。該系統(tǒng)在工作過程中HMl組態(tài)屏作為主機會不斷地給單片機發(fā)一些碼，在收到碼后單片機作為從機必須也給HMl組態(tài)屏，以一種相當(dāng)于一問一答的方式實現(xiàn)交互。

關(guān)鍵詞：STM32F103C8T6;HMl組態(tài)屏;問答式交互

中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）19-0211-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

社會在變化，科技在發(fā)展，時代在進步，越來越多的領(lǐng)域都用上了觸摸屏，通過在觸摸屏上輸人命令，隨后系統(tǒng)便開始按照命令完成工作，為此本文也研究了一種交互系統(tǒng)，來實現(xiàn)單片機與觸摸屏的交互來完成一些簡單的工作。通過研究MOD-BUS協(xié)議，我們了解到HMI組態(tài)屏想要與STM32成功進行交互，就必須在主機發(fā)送請求后，從機進行應(yīng)答，這樣才能成功交互。以此為基礎(chǔ)我們研究的系統(tǒng)也存在一定的可行性，對一些領(lǐng)域具有一些參考價值。

1 STM32F103C8T6簡介

STM32F103C8T6這款單片機從名字上來看，我們可以知道開頭的ST代表的是意法半導(dǎo)體，其后的M代表的是微電子學(xué)的意思，32就是32位的意思，所以STM32合起來的意思就是一款由ST公司研究開發(fā)的32位的微處理器。F103就表示其中的增強型芯片，后面的C代表的是引腳的數(shù)目為48個引腳，8則代表FLASH的大小為64K，T表示的是它的封裝方式，6表示的是它溫度的范圍。它不僅結(jié)構(gòu)簡單，易于學(xué)習(xí)，而且成本價格低，功耗低，功能多，在各種地方還都可以見到STM32產(chǎn)品的身影，比如學(xué)習(xí)、醫(yī)療、手環(huán)、平衡車等，可以說它是最璀璨的新星，受到各大工程師的青睞，能與之媲美的也是寥寥無幾。

2 MODBUS協(xié)議

Modbus協(xié)議簡單地來說就是一個主機請求，從機應(yīng)答的協(xié)議，并且它會提供給用戶規(guī)定的功能碼。Modbus包括許多協(xié)議，如TCP協(xié)議，RTU協(xié)議等等，它不存在規(guī)定的物理層，其中Modbus的RTU協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，對答方式，消息和命令，數(shù)據(jù)通過主機發(fā)出請求命令消息，然后從站接收到消息之后，判斷其正確性，如果正確則發(fā)送數(shù)據(jù)到主站請求響應(yīng)。該協(xié)議也只有主站擁有主動權(quán)可以主動的發(fā)送消息，從站只能被動地接受然后進行回應(yīng)，以及在錯誤時進行回答，將錯誤報出。

Modbus最重要的一部分其實就是對數(shù)據(jù)的分析，然后判斷數(shù)據(jù)正誤，在本文在使用到的是RTU協(xié)議中的16位CRC校驗。CRC的作用大概就是當(dāng)從機收到主機的命令后進行計算，然后校驗CRC，若CRC正確則說明命令傳輸正確，錯誤說明命令傳輸過程中可能受到干擾等原因，此命令不能使用，在從機收到正確的命令之后進行回復(fù)的時候，還需要計算一次正確的CRC，然后填充在需要回復(fù)的代碼后面，再發(fā)給主機完成應(yīng)答過程，因為在通信過程中需要不斷的計算CRC的值，所有由此可見CRC校驗尤為的重要。

3 HMI工業(yè)組態(tài)屏界面編輯

如果想要使用HMI組態(tài)屏，就需要去Kinco的官網(wǎng)下載KincoHMIware組態(tài)編輯軟件，下載完這款軟件之后，就開始如下圖所示的步驟開始我們軟件的體驗：

在熟悉了如何在軟件上進行編輯之后，我們就可以開始對我們的系統(tǒng)的界面開始編輯設(shè)計了。首先我們需要選擇本次所需要用到的HMI組態(tài)屏-MT4043R，然后我們需要選擇與其通信的PLC，因為本次采用的通信協(xié)議是Modbus中的RTU協(xié)議，所以選用Modbus RTU這款PLC，最后用串口將他們連接起來，當(dāng)然要注意的就是需要連同一個COM口，最終編輯完的硬件連接圖如下2所示：

在完成基礎(chǔ)的連接之后，就可以進入HMI組態(tài)屏中，對顯示界面進行編輯了，可以拖動位狀態(tài)設(shè)定，位狀態(tài)切換開關(guān)，位狀態(tài)顯示燈，文本顯示這些模塊來完成界面的編輯。

4 系統(tǒng)界面設(shè)計

因為技術(shù)水平有限，所以本文打算將系統(tǒng)界面設(shè)計成如下圖3的樣子：

首先從PLC元件中選擇4個位狀態(tài)切換開關(guān)，將它們的地址類型都設(shè)置成OX，將它們的地址分別設(shè)置成1，2，3，4，再將他們的開關(guān)類型都設(shè)置成切換開關(guān)，再設(shè)置他們的標(biāo)簽內(nèi)容，這樣就可以完成4個位狀態(tài)切換開關(guān)的設(shè)置了，然后再選擇2個位狀態(tài)設(shè)定開關(guān)，將他們的地址類型都設(shè)置成OX，地址設(shè)置成5，6，將這些開關(guān)的地址設(shè)置成不同是為了他們能在工作的時候不會相互干擾，接著把他們的開關(guān)類型設(shè)置成復(fù)位開關(guān)，最后為了改變開關(guān)的顯示方式我們需要從外面導(dǎo)人上下箭頭的圖標(biāo)，這樣下來2個位狀態(tài)設(shè)定開關(guān)也完成了，接下來就是文本顯示模塊了，直接設(shè)置地址類型為3X，地址為1就完成了，最后要設(shè)置的是位狀態(tài)顯示燈了，設(shè)置它的地址類型為OX，地址為1，之所以設(shè)置為1，是為了讓它與sw0開關(guān)的工作狀態(tài)同步，比如開關(guān)按下的時候，指示燈亮，就代表外部開始工作，最后改變位狀態(tài)顯示燈的圖標(biāo)即可，方法同位狀態(tài)設(shè)定開關(guān)。在完成這些之后系統(tǒng)界面的設(shè)計也就完成了。

5 軟件設(shè)計及原理

本系統(tǒng)的主要原理就是主機和從機通過Modbus協(xié)議，進行CRC校驗來完成主機從機之間一種請求應(yīng)答的過程。知道了這一點我們就可以開始進行測試了，首先我們通過，連接兩個USB轉(zhuǎn)串口的模塊，然后將它們連到電腦上，打開串口助手之后選擇一個COM口，然后Kinco軟件中在線模擬的時候選擇另一個COM口，這樣就可以在串口助手上看見HMI組態(tài)屏作為主機給單片機發(fā)的功能碼了，經(jīng)過我們實驗測試所知，我們會收到01功能碼，以及04功能碼，其中04功能碼由文本顯示模塊所發(fā)，01功能碼均由其他模塊所發(fā)。因為知道了收到的功能碼的類型，所以單片機作為從機在應(yīng)答的時候就需要回復(fù)01功能碼與04功能碼，這樣主機從機就完成了通訊。主機收到了從機的功能碼后就會執(zhí)行一系列的操作，在本系統(tǒng)中主機收到從機發(fā)的功能碼后，組態(tài)屏上會把開關(guān)按鈕都顯示出來，這些都是在接收01功能碼后的操作，如果接收到的是04功能碼，那么文本顯示模塊上的內(nèi)容則會改變。在開關(guān)顯示出來之后，我們需要改變它們的狀態(tài)，所以我們肯定會去點擊這個按鍵，這時候組態(tài)屏就會像單片機發(fā)送05功能碼，單片機接收到05功能碼后，必須立刻做出反應(yīng)，向組態(tài)屏發(fā)送同樣的05功能碼，這樣主機從機間又完成一次通訊，然后我們想要的功能才會實現(xiàn)。以此為基礎(chǔ)，整個系統(tǒng)的工作原理就顯得不是那么的困難了，無非就是收發(fā)，收發(fā)，在發(fā)完之后執(zhí)行相應(yīng)的操作。軟件的程序設(shè)計流程如圖4。

6 總結(jié)與展望

本系統(tǒng)的設(shè)計所需要用到的是STM32的單片機，本次選用的是以STM32F103C8T6為核心的這款單片機，因為還在學(xué)習(xí)研究該單片機以及Kinco軟件的階段，所以設(shè)計出來的系統(tǒng)相對的比較簡單一些，通過以后的不斷學(xué)習(xí)，該系統(tǒng)還有很大的改進提升空間。就本次研究實驗而言，過程也并不是十分順利的，在過程中也遇到了許多問題，在剛開始寫代碼的時候，因為C語言學(xué)的不是非常的透徹，在獲取CRC校驗位的時候總是出錯或者接收不到校驗位，后來通過查閱書籍以及問同學(xué)解決了該問題。最后在進行在線模擬的時候發(fā)現(xiàn)，操作的時候存在很大的延遲，但是將工程下載到HMI組態(tài)屏中后，并沒有發(fā)現(xiàn)延遲?？偠灾?，該系統(tǒng)的研究過程并不是一帆風(fēng)順的，但最終還是實現(xiàn)了交互的功能，這為以后的一些研究提供了一些基礎(chǔ)，還是有些參考價值的。

參考文獻：

[1]侯殿有，單片機C語言程序設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】