０引言

遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)一般要求通信距離在３０公里以上，所以通常情況下通信環(huán)境比較復(fù)雜，在較長(zhǎng)距離下的電磁干擾和信號(hào)衰弱對(duì)通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性都提出了較高的要求。串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道［１］，由于使用其通信方便易行，且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，故可采用串口通信作為遠(yuǎn)程通信的渠道。同時(shí)要利用合理的通信幀定義模式進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信協(xié)議的同步性問(wèn)題，目前較為常用的方法有逐次比較法［２］、基于ＦＩＦＯ隊(duì)列同步法［３］、狀態(tài)機(jī)消息同步法［４］。實(shí)驗(yàn)表明狀態(tài)機(jī)消息同步法最大限度地減少了系統(tǒng)的冗余運(yùn)算和中斷后數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題，保證了控制站第一時(shí)間獲得被控設(shè)備是否接受指令開(kāi)始運(yùn)行的信息，實(shí)現(xiàn)了控制的可視性，進(jìn)而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

１通訊設(shè)備配置

系統(tǒng)采用串口通訊的方式實(shí)現(xiàn)ＰＣ機(jī)與外部設(shè)備的連接，利用ＶＣ＋＋編寫(xiě)的控制軟件和指令接收軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指令的發(fā)送和執(zhí)行。外部設(shè)備采用ＰＤＬ３５數(shù)傳電臺(tái)，這種電臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)最大１９２００比特每秒的傳輸速度，并且具有低功耗和前向糾錯(cuò)的能力，提高了抗干擾性和覆蓋性。控制設(shè)備通過(guò)電臺(tái)向工作設(shè)備發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)化指令，雙方基于特定頻率的無(wú)線電互相訪問(wèn)。連接成功后進(jìn)入設(shè)置主界面后可查看電臺(tái)類(lèi)型、頻率范圍、固定版號(hào)等信息。主要在”ＲａｄｉｏＬｉｎｋ”選項(xiàng)卡下設(shè)置通訊頻率、波特率與通信靈敏度。特別需要注意的是通信頻率和通信靈敏度需要基站和移動(dòng)站完全一致。

２通訊幀格式定義

對(duì)于遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，需要完成多個(gè)不同的工作，并且實(shí)時(shí)返回工作狀態(tài)以保證遠(yuǎn)程控制的可靠性。這就需要對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行特殊的定義以進(jìn)行解析同步，進(jìn)而完成各項(xiàng)工作。本系統(tǒng)中定義通信協(xié)議幀結(jié)構(gòu)如圖２所示。幀頭用于同步［５］，一般為一個(gè)或兩個(gè)ＡＳＣＩＩ字符，本系統(tǒng)中使用一個(gè)字節(jié)０ｘＦＦ表示，系統(tǒng)接收此字符后開(kāi)始接收中斷。幀發(fā)送方用１字節(jié)表示，分別用０ｘ０１表示１號(hào)基站發(fā)送的命令，同時(shí)也意味著任何接收設(shè)備會(huì)向此基站反饋設(shè)備是否正常運(yùn)行。幀接收方表示方法與發(fā)送方相同，０ｘ０１表示命令是發(fā)送給１號(hào)設(shè)備的，其他設(shè)備在接受此命令時(shí)不工作。幀類(lèi)型定義了系統(tǒng)命令表征的不同功能，幀內(nèi)容主要包含了指導(dǎo)接收設(shè)備如何執(zhí)行功能的具體信息，而幀內(nèi)容長(zhǎng)度則作為幀內(nèi)容的校驗(yàn)信息指導(dǎo)接收設(shè)備提取接收信息。在本系統(tǒng)采用一個(gè)字節(jié)的０ｘＦＥ作為結(jié)束碼，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到此數(shù)據(jù)段的時(shí)候跳出系統(tǒng)中斷。表１為通信協(xié)議中幀內(nèi)容的詳細(xì)格式。

３串口通信數(shù)據(jù)解析及處理

３．１逐次比較法

這是一種比較基本的方法，首先等待串口數(shù)據(jù)，在串口接收中斷服務(wù)程序中每收到一個(gè)數(shù)據(jù)就與已知的命令數(shù)據(jù)串進(jìn)行比較［６］，如果不一致則等待新數(shù)據(jù)直到接收的數(shù)據(jù)與包頭信息的第１個(gè)數(shù)據(jù)相同。第１個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)比較正確后將收到的第２個(gè)字節(jié)與已知數(shù)據(jù)串信息的第２個(gè)字節(jié)進(jìn)行比較，如果不正確則退出此中斷。程序流程如圖３所示。此種方法代碼量小、編程簡(jiǎn)單，可用于在主程序中數(shù)據(jù)量較小并且格式相對(duì)固定的程序。但是這種方法浪費(fèi)了大量的中斷進(jìn)程，并且在每個(gè)中斷過(guò)程中執(zhí)行命令操作需要消耗較多的機(jī)器周期，無(wú)法滿足串口數(shù)據(jù)量較大且傳輸較快的情況。

３．２基于數(shù)組的ＦＩＦＯ隊(duì)列法

也有人提出對(duì)上述方法的改進(jìn)，首先定義一個(gè)固定長(zhǎng)度的全局?jǐn)?shù)組，并將數(shù)組看做是一個(gè)先入先出的ＦＩＦＯ隊(duì)列［８］。在串口接收中斷中，每接收一個(gè)數(shù)據(jù)就保存在此數(shù)組中，將得到的數(shù)據(jù)與已知的命令格式串進(jìn)行比較，如果正確則將數(shù)組中的所有數(shù)據(jù)向前移動(dòng)一個(gè)字節(jié)，串口接收到的新字節(jié)存入數(shù)組末字節(jié)中，將整個(gè)數(shù)組與協(xié)議中的包頭信息比較如果正確則置位已同步標(biāo)志位然后開(kāi)始接收存儲(chǔ)有用數(shù)據(jù)［８］，否則繼續(xù)等待同步。其流程圖如圖４所示。此種方法與逐次比較的幀同步方法相比能夠比較快速正確地檢測(cè)出同步包頭，但是對(duì)數(shù)據(jù)格式要求相對(duì)固定，特別是幀內(nèi)容形式比較復(fù)雜的時(shí)候難以對(duì)數(shù)組的長(zhǎng)度進(jìn)行限制，在提取相關(guān)的信息的時(shí)候會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間。

３．３基于字符串的狀態(tài)機(jī)消息相應(yīng)機(jī)制

鑒于以上兩種方法的缺點(diǎn)，在本系統(tǒng)中采用基于字符串的狀態(tài)消息響應(yīng)機(jī)制，首先將命令轉(zhuǎn)化為字符串的格式，以十六機(jī)制代碼發(fā)送給電臺(tái)進(jìn)行傳輸。在接收方，首先檢測(cè)同步字符，當(dāng)檢測(cè)到同步字符時(shí)，響應(yīng)狀態(tài)機(jī)消息機(jī)制，同時(shí)將此字符串依次存入緩存中。由于傳輸距離比較遠(yuǎn)，一般存在字符串命令不能在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)到達(dá)的情況，則指定系統(tǒng)一直處于寫(xiě)緩存狀態(tài)中。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)機(jī)器周期沒(méi)有檢測(cè)到結(jié)束碼，則將緩存內(nèi)容寫(xiě)給一個(gè)過(guò)渡變量，同時(shí)清空緩存以完成下一步寫(xiě)緩存操作。依次進(jìn)行以上操作，在每一次機(jī)器周期結(jié)束后將緩存中的數(shù)據(jù)累加到過(guò)渡變量中，直到系統(tǒng)檢測(cè)到接收數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)變量為結(jié)束碼，此時(shí)將緩存中的變量賦值給消息效應(yīng)命令，開(kāi)始狀態(tài)機(jī)響應(yīng)環(huán)節(jié)。狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖５所示。當(dāng)

數(shù)據(jù)完成初始檢測(cè)校驗(yàn)，即檢測(cè)到結(jié)束碼０ｘＦＥ之后，系統(tǒng)開(kāi)始狀態(tài)消息響應(yīng)循環(huán)，否則超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有結(jié)束校驗(yàn)，則默認(rèn)此次命令消息發(fā)送失敗，系統(tǒng)緩存清空，跳出串口中斷。在消息響應(yīng)循環(huán)中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的字符串格式和所檢測(cè)到的字符串標(biāo)志位信息，對(duì)接收到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并賦值給相應(yīng)的變量做下一步的操作。指令操作結(jié)束后，工作設(shè)備將自動(dòng)返回“命令接受正確”指令，向基站確認(rèn)此次操作成功。否則任何一步出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)將自動(dòng)跳出中斷，并返回“命令格式錯(cuò)誤”指令，提示基站重新發(fā)送命令。工作設(shè)備示例程序段如下：ＢＹＴＥｄａｔａ［１０２４］；ＣＳｔｒｉｎｇｓｔｒ；ｉｆ（ｍ＿ＭＳＣｏｍｍ１．ＧｅｔＣｏｍｍＥｖｅｎｔ（）＝＝２）｛ｍ＿ｉｎｐｕｔ１＝ｍ＿ＭＳＣｏｍｍ１．ＧｅｔＩｎｐｕｔ（；ｍ＿ｉｎｐｕｔ２＝ｍ＿ｉｎｐｕｔ１；ｌｅｎｇｔｈ＝ｍ＿ｉｎｐｕｔ２．ＧｅｔＯｎｅＤｉｍＳｉｚｅ（）；ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｌｅｎｇｔｈ；ｉ＋＋）｛ｍ＿ｉｎｐｕｔ２．ＧｅｔＥｌｅｍｅｎｔ（＆ｉ，ｄａｔａ＋ｉ）；｝ｍ＿ｒｅｃｅｉｖｅｄａｔａ．Ｅｍｐｔｙ（）；ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｌｅｎｇｔｈ；ｉ＋＋）｛ｃｈａｒａ＝＊（ｃｈａｒ＊）（ｄａｔａ＋ｉ）；ｓｔｒ．Ｆｏｒｍａｔ（"％ｃ"，ａ）；ｍ＿ｒｅｃｅｉｖｅｄａｔａ＋＝ｓｔｒ；／／串口消息獲得｝ｇｕｏｄｕ＋＝ｍ＿ｒｅｃｅｉｖｅｄａｔａ；ｇｕｏｄｕｊｉｅｓｈｕ＝ｍ＿ｒｅｃｅｉｖｅｄａｔａ．Ｍｉｄ（ｌｅｎｇｔｈ－２，２）；ｉｆ（ｇｕｏｄｕｊｉｅｓｈｕ＝＝"ＦＥ"）｛ｒｅｃｅｉｖｅｆａｓｏｎｇｆａｎｇ＝ｍ＿ｒｅｃｅｉｖｅｄａｔａ．Ｍｉｄ（２，１）；ｒｅｃｅｉｖｅｊｉｅｓｈｕ＝ｇｕｏｄｕ．Ｍｉｄ（ｇｕｏｄｕ．ＧｅｔＬｅｎｇｔｈ（）－２，２）；｝｝／／／／／／／／／／／／／／／／／／／／數(shù)據(jù)接收本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路由于采用了基于字符串的狀態(tài)機(jī)消息響應(yīng)機(jī)制，快速有效地實(shí)現(xiàn)了串口通信的同步，而且程序結(jié)構(gòu)清晰、便于維護(hù)、也方便日后通訊系統(tǒng)功能升級(jí)。并且串口中斷服務(wù)子程序中將有效數(shù)據(jù)提取為不同的字符串變量，方便操作的同時(shí)也減少了完成消息響應(yīng)循環(huán)所需要的周期。