專利名稱：一種模擬量輸入與開關(guān)量輸出模塊的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及串行通信與計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集與輸出控制模塊是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接跟被監(jiān)控對象關(guān)聯(lián)的不可或缺的輸入輸出模塊，而且，采用串行接口(RS-232)與主控機(jī)通信的模塊較多，這種模塊用于高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的工程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)實(shí)踐，可以讓學(xué)生理解并體驗(yàn)通 目協(xié)議，實(shí)踐RS-232接口通/[目的方法，可以米用匯編語目、Turbo C語言、Java語言及.NET語言對模塊進(jìn)行查詢和控制，可以用數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)(如報(bào)警記錄)，也可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報(bào)警信息，因而，可以實(shí)踐多門計(jì)算機(jī)課程的綜合應(yīng)用，檢驗(yàn)知識的綜合應(yīng)用能力?！督逃筷P(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》(教高[2012]4號)文件第八條提出“強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)”，第九條提出要“加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和就業(yè)指導(dǎo)服務(wù)”。但是，一方面企業(yè)招不到有工程經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)人才，另一方面高校由于設(shè)備投入不足也難以培養(yǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)人才。利用本發(fā)明提供的方法所設(shè)計(jì)的模擬量輸入與開關(guān)量輸出仿真模塊(下文簡稱仿真模塊)，可以用來零成本(串行通信電纜除外)在高校的計(jì)算機(jī)房搭建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仿真開發(fā)平臺，用以實(shí)踐和學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)，從而有效提聞學(xué)生的實(shí)踐技能和就業(yè)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的有益效果是，跟實(shí)物模塊相比，仿真模塊的可視化效果更好，其主要技術(shù)特征為仿真模塊使用溫度作為模擬量，輸出開關(guān)閉合時，在輸出開關(guān)的兩個端子之間顯示紅色連線，電路接通，加熱燈亮，此時溫度自動上升；輸出開關(guān)打開則隱藏紅色連線，電路斷開，加熱燈滅，此時溫度自動下降；溫度變化時，在溫度傳感器旁邊用紅色向上箭頭表示溫度上升，用藍(lán)色向下箭頭表示溫度下降，箭頭旁邊顯示16進(jìn)制溫度數(shù)值；通信協(xié)議及其說明顯示于仿真模塊的主界面，無需查閱說明書，而且支持多種數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式(實(shí)物模塊一般只支持一種校驗(yàn)方式)；仿真模塊接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)直接顯示于仿真模塊的主界面；RS_232接口狀態(tài)、仿真模塊的地址以及溫度傳感器數(shù)值變化的節(jié)拍統(tǒng)一用狀態(tài)欄顯示。


圖I是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的仿真模塊的抽象模型；
圖2是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的仿真模塊的通信協(xié)議；
圖3是本發(fā)明所設(shè)計(jì)的仿真模塊的可視化應(yīng)用軟件模型。
具體實(shí)施例方式圖I是仿真模塊的抽象模型，作為背景在圖3的“模塊表示區(qū)”顯示，用來仿真實(shí)際的模塊，并添加動態(tài)可視化效果。圖I下半部分接線端子功能從左到右依次為S2+與S2-連接溫度傳感器2，SI+與SI-連接溫度傳感器1，Vs+與Ns-連接模塊電源，GND是模塊接地；圖I上半部分接線端子功能從左到右依次為0UT1與COMl連接輸出開關(guān)1，0UT0與COMO連接輸出開關(guān)0，Tx、Rx與GND是RS-232接口的發(fā)送引腳的連接端子、接收引腳的連接端子和地線。兩個輸出開關(guān)的狀態(tài)通過圖2所示的通信協(xié)議進(jìn)行控制，當(dāng)輸出開關(guān)閉合時，在一對輸出端子(如OUTl與C0M1)之間顯示一條紅線，形成一個有源電路回路，同時對應(yīng)的加熱燈亮(在本回路加熱燈的位置顯示紅燈圖片)；反之，隱藏連接輸出端子之間的紅線，電路斷開，加熱燈滅(隱藏紅燈圖片)。每個溫度傳感器(如S2+與S2-端子下所連接的溫度傳感器)旁邊放置一個文本框，用來以16進(jìn)制形式顯示溫度傳感器的數(shù)值，該數(shù)值需要經(jīng)過變換才能表示實(shí)際溫度；再放置一個箭頭，如果溫度上升，就用紅色向上箭頭表示上升趨勢，如果溫度下降，就用藍(lán)色向下箭頭表示下降趨勢。SI溫度傳感器與OUTO輸出開關(guān)對應(yīng)，S2溫度傳感器與OUTl輸出開關(guān)對應(yīng)。如果對應(yīng)的加熱燈亮，則文本框中的數(shù)值上升(最大為OxFF)，同時顯示紅色箭頭；反之，數(shù)值下降(最小為0)，顯示藍(lán)色箭頭。電源(Power)指示燈為紅色，此時RS-232接口關(guān)閉，仿真模塊不工作；點(diǎn)擊電源指示燈，由紅變綠，此時RS-232接口打開，仿真模塊收到主控機(jī)發(fā)出的控制命令時，更新輸出開關(guān)的狀態(tài)，同時對溫度傳感器的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整；仿真模塊收到查詢命令時，則返回溫度傳感器的數(shù)值以及輸出開關(guān)的狀態(tài)。仿真模塊不工作或空閑時，Rx和Tx指示燈均為紅色，接收數(shù)據(jù)時，Rx指示燈變綠，發(fā)送數(shù)據(jù)時，Tx指示燈變綠。圖2是操作仿真模塊的通信協(xié)議，在圖3的“協(xié)議描述區(qū)”顯示。相同類型的模塊一般采用相同的前導(dǎo)字符，EOT是一個特殊的ASCII字符(0x04)，常被用作控制字符，這里的仿真模塊采用EOT作為前導(dǎo)字符。 計(jì)算機(jī)所連接的I/O模塊比較多，CPU為了與所連接的模塊相互溝通，必須給模塊設(shè)置一個編號，從而使CPU可以通過每個模塊獨(dú)一無二的編號與該模塊作溝通，這個編號就是地址，用ID表示，地址占用一個字節(jié)。功能碼主要包括讀功能碼(用RD表示)和寫功能碼(用WT表示)。RD用字符“R”(0x52)表示，WT用字符“W”(0x57)表示。由于該仿真模塊的狀態(tài)較少，所以，無需設(shè)置仿真模塊讀寫的內(nèi)部數(shù)據(jù)地址。BCC (Block Check Code)為數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)碼，一般有 Xor、Add、CRC、CheckSum 幾種。Xor與Add分別是異或與累加和，占一個字節(jié)的長度；CRC與Checksum分別是循環(huán)冗余校驗(yàn)碼與TCP/IP協(xié)議簇中所使用的累加求補(bǔ)校驗(yàn)碼，分別占兩個字節(jié)。仿真模塊提供這4種數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)方式，校驗(yàn)碼是可選的。不少模塊以回車CR (OxOd)作為結(jié)尾標(biāo)志EM (End Message)，而TCP/IP協(xié)議簇(如HTTP, POP3等)較多地采用CRLF (OxOdOa)作為結(jié)尾標(biāo)志，仿真模塊提供這兩種結(jié)尾標(biāo)志，同樣,結(jié)尾標(biāo)志也是可選的。用I表示開關(guān)閉合，用O表示開關(guān)打開。仿真模塊有2個開關(guān)量輸出DO (Digital Output)，因而，可以用I個字節(jié)表示其狀態(tài)，其中，“ X ”表示該位未使用。根據(jù)以上設(shè)計(jì)與分析可知，讀取仿真模塊狀態(tài)的命令協(xié)議(Read，也即查詢命令)，其中，ID的范圍為I至255，可由程序進(jìn)行設(shè)置，這樣，一臺主控機(jī)可以連接多達(dá)255個仿真模塊。BCC和EM的種類也可以根據(jù)需要由程序進(jìn)行設(shè)置。仿真模塊的讀響應(yīng)協(xié)議(Reply),其中,“STX” (Start of message, 0x02)表示開始對主控機(jī)進(jìn)行響應(yīng)，“DT1”表示第一個溫度傳感器的數(shù)值，“DT2”表示第二個溫度傳感器的數(shù)值，“D0”中最低兩位(其它位無效)表示兩個輸出開關(guān)的狀態(tài)。BCC根據(jù)采用的校驗(yàn)碼種類進(jìn)行計(jì)算，整個協(xié)議自動生成并向主控機(jī)發(fā)出響應(yīng)。對于主控機(jī)發(fā)送的錯誤數(shù)據(jù)包，仿真模塊均給予忽略，不作響應(yīng)。寫命令協(xié)議(Write，也即控制命令)，對于寫入的I個字節(jié)的數(shù)據(jù)(即D0)，只有最后兩位有效。這里，寫命令不設(shè)置響應(yīng)協(xié)議。圖3是仿真模塊的可視化應(yīng)用軟件模型，“功能按鈕區(qū)”安排了系統(tǒng)設(shè)置按鈕和關(guān)閉程序按鈕。系統(tǒng)設(shè)置主要設(shè)置RS-232接口的端口號和波特率等參數(shù)，以及操作仿真模塊的通信協(xié)議，包括仿真模塊的地址碼、校驗(yàn)碼、結(jié)尾碼、溫度傳感器一個節(jié)拍所經(jīng)歷的 時間以及變化的步幅。假如，一個節(jié)拍的時間為2秒，變化步幅為5，則表示某輸出開關(guān)閉合時，每過2秒對應(yīng)的溫度傳感器的數(shù)值遞增5，反之亦然?！皵?shù)據(jù)接收區(qū)”顯示接收到的主控機(jī)發(fā)送的原始數(shù)據(jù)包，以字節(jié)形式顯示；“數(shù)據(jù)響應(yīng)區(qū)”則為仿真模塊發(fā)送的對應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)包，也以字節(jié)形式顯示。另外，還設(shè)有狀態(tài)欄，用來顯示RS-232接口狀態(tài)與參數(shù)，以及仿真模塊的地址、溫度傳感器數(shù)值變化的節(jié)拍與步幅。利用此可視化應(yīng)用軟件模型設(shè)計(jì)的仿真模塊，使用方便，動態(tài)效果好，仿真模塊的地址、RS-232接口狀態(tài)、輸出開關(guān)狀態(tài)、溫度傳感器的數(shù)值、數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均一目了然。與實(shí)物模塊相比，無需電源和外圍電路的物理連線，也無需信號發(fā)生器與萬用表來產(chǎn)生模擬信號和測量開關(guān)狀態(tài)，對于通信協(xié)議，也無需翻閱手冊，但是，數(shù)據(jù)通信與處理卻和實(shí)物模塊具有相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種模擬量輸入與開關(guān)量輸出模塊的仿真方法，利用該方法所設(shè)計(jì)的仿真模塊的輸出開關(guān)可以由主控機(jī)進(jìn)行控制，輸出開關(guān)的狀態(tài)及輸入模擬量的數(shù)值可以由主控機(jī)進(jìn)行查詢。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的仿真模塊，其特征在于仿真模塊無需硬件成本，通信協(xié)議直接在仿真模塊的主界面顯示，無需翻閱手冊；仿真模塊的地址、RS-232接口狀態(tài)、輸出開關(guān)的狀態(tài)、輸入模擬量的數(shù)值、數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均在仿真模塊主界面顯示，數(shù)據(jù)通信與處理卻和實(shí)物模塊具有相同的效果。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種模擬量輸入與開關(guān)量輸出模塊的仿真方法，涉及通信及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及串行通信與計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)。利用該方法所設(shè)計(jì)的仿真模塊的輸出開關(guān)可以由主控機(jī)進(jìn)行控制，輸出開關(guān)的狀態(tài)及輸入模擬量的數(shù)值可以由主控機(jī)進(jìn)行查詢；仿真模塊無需硬件成本，通信協(xié)議直接在仿真模塊的主界面顯示，無需翻閱手冊；仿真模塊的地址、RS-232接口狀態(tài)、輸出開關(guān)的狀態(tài)、輸入模擬量的數(shù)值、數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均在仿真模塊主界面顯示，數(shù)據(jù)通信與處理卻和實(shí)物模塊具有相同的效果。
文檔編號G05B17/02GK102636997SQ20121014595
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月13日
發(fā)明者馬玉春 申請人:馬玉春