基于串口通信的YDG⁃1型RTU参数配置与调试系统的实现

摘 要： 以串口通信技术为基础，结合对RTU参数进行配置与调试的特点与应用需求，提出了该参数配置与调试系统的基本框架，并设计开发了该系统。该系统可视化好，交互性强，通过配置文件及RTU两种方式批量导入导出参数信息，提高了效率，克服了普通超级终端系统命令行输入及每次只能进行单个参数配置的不足。实践证明，该系统运行稳定，操作简单易行，为YDG⁃1型RTU参数配置与调试带来诸多方便。

关键词： 串口通信； RTU； 参数配置； 调试系统

中图分类号： TN919⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）02⁃0064⁃04

0 引 言

近年来，YDG⁃1型远程数据采集仪（以下简称为RTU）在水利行业的地位已经日益重要，它在水利信息化领域有着广泛的应用，其可以对水位、降雨量等参数进行实时的采集和处理，以满足水利站计算机系统实时监控等要求。然而，RTU的参数繁多，计算机操作系统自带的超级终端通过串口与计算机相连进行设置，需要在命令行敲入命令，而且一次只能设置一个参数。这无疑会要求操作人员需要熟悉命令，且设置过程中需要花费大量的人力与精力[1]。基于串口通信的YDG⁃1型RTU参数配置与调试系统YDG⁃1RTUPCDSBSPC（YDG⁃1 RTU Parameter Configuration and Debugging System Based on Serial Port Communication）填补了该空白。该系统具有通过该系统无需知道命令就可以批量地多方式地配置调试参数，且界面友好，交互性强，最重要的是减少了大量的人力投入，为RTU参数的配置与调试提供了一条简便可行的途径。

1 串口通信简介

串口通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的通信。使用串口通信时，发送和接收的每一个字符实际上都是一次一位的传送的[2]，每一位为1或者为0。

通过单线传输信息是串行数据通信的基础。数据通常是在两个站（点对点）之间进行传送，按照数据流方向可分成三种传送模式：单工、半双工、全双工[3]。单工形式的数据传送是单向的。通信双方中，一方固定是发送端，另一方则固定是接收端，使用一根传输线。半双工形式使用同一根传输线，即可发送数据又可接收数据，但不能同时同发送和接收数据。如RS 485可以使用一条数据线，也可以使用两条数据线。全双工数据通信分别由两根可以在两个不同的端点同时发送和接收的传输线进行传送，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，如RS 232在全又工形式中，每一端都有发送器和接收器，有两条传送线。

由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据，其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验[4]。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配：

波特率是一个衡量通信速度的参数，它表示每秒钟传送的bit的个数。时钟周期也是指波特率，例如协议需要4 800 b/s，那么时钟是4 800 Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4 800 Hz。波特率和距离成反比[5]。

数据位是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5，7和8位。如何设置取决于需要传送的信息。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况[6]。

停止位用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。

奇偶校验位是串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。

2 YDG⁃1型RTU通信协议简介

YDG⁃1型数据采集仪（RTU）是一种水文参数实时采集、处理系统，它应用了通信、遥测和计算机等技术，进行江河、水库、流域内降雨量、水位参数的实时采集和处理[7]。以实现防洪、减灾、供水、发电等优化调度的自动化系统设备。系统的成功使用可使防汛指挥部门及时、可靠的掌握流域内的水情，为水库、水电站、流域的防汛和优化调度提供准确的依据，为水文资料整编提供数据，以提高社会经济效益[8]。

YDG⁃1型数据采集仪（RTU）是一种高可靠性、低功耗的适合野外工作环境的水文数据采集传输设备，它可以定时和实时地采集雨量、水位参数并进行计算处理和判断，然后将处理的数据按标准格式存储在本地存储芯片内，并可通过本地串口线下载或通过GPRS通信模块发送到中心站。同时也可以响应中心站发送的参数召测命令，及时将有关数据返回发送[9⁃10]。该设备具有实时数据显示和各参数灵活设置的功能。YDG⁃1型数据采集仪系统框图如图1所示。YDG⁃1型数据采集仪可以接正、反格雷码机械编码水位计、CBS气泡水位计、RLS雷达水位计、Nimbus气泡水位计、Kalesto雷达水位计等水位传感器[11]。

3 YDG⁃1RTUPCDSBSPC的实现

3.1 主体架构

YDG⁃1RTUPCDSBSPC旨在批量简便地配置与调试RTU参数，系统建设的关键是参数读取源。可以通过三种方式批量地读RTU参数。

（1） 从配置文件读取参数。这种方式的优越性体现在多台RTU配置的情况，无需知道RTU原来的参数信息，读取效率非常高。

（2） 从RTU读取RTU内的参数。可以一键读取RTU内的所有的参数信息，在需要查看比较多的RTU参数的情况下，这种方式比较合适。

（3） 直接连接RTU不批量读取参数，可以通过单个读取按钮从RTU来读取单个参数。

以上三种读取方式，视实际的现场需求选择读取方式。有了多种可选择的读取方式作为保证，大大提高了工作效率和实用性。系统界面友好，交互性强，经实际运用后证实了其健壮性。整个系统工作流程如图2所示。

在图2 的系统流程中，系统用户首次使用需配置参数配置文件的段名以及串口连接的相关参数。系统中的段名与配置文件中的段名是惟一相对应的。串口参数有通信端口号、波特率、数据位、校验码、停止位、数据流控制等。系统连接RTU成功后，视实际需求选取读取参数的方式。首次参数显示在系统相应的页面上，需要调整可调整下参数，一键保存对应的参数到RTU及配置文件中。配置完成后，断开串口连接，完成配置。

3.2 系统功能模块

RTU配置调试软件提供了对RTU参数配置调试的管理机制。整个系统分为三大模块：控制模块、设置与显示模块以及监控模块。系统功能模块分布见图3。

3.2.1 控制模块

控制模块中设有四个子模块：串口配置、参数源配置、串口控制、系统退出。串口配置模块实现串口参数的配置。参数源配置模块实现参数源的获取：可以从配置文件中获取，也可以从RTU本身获取，或不获得参数连接RTU。串口控制模块实现与RTU的连接与RTU的断开操作。

3.2.2 设置与显示模块

配置模块中按参数功能设有7大子模块：系统命令参数配置、通信设置参数配置、通信通道设置参数配置、雨量设置参数配置、雨量传感器设置参数配置、水位设置参数配置、水位传感器设置参数配置。按功能模块划分参数，分类处理更简明易了。在这7个子模块可多参配置与调试参数，也可单参配置与调试参数。

3.2.3 监控模块

监控模块设有实时事务监控与RTU实时通信数据流监控两个子模块。通过实时事务监控子模块可以随时监控软件的运行状况。RTU实时通信数据流监控模块中给出了详细的命令数据流，方便查阅与监控。这两个子模块增加了通信过程中系统的可读性。

3.3 系统实现

基于串口通信的RTU参数配置与调试系统，为参数的配置与维护提供了一条简明方便有效的捷径。系统基于Visual Studio 2005的开发环境下，采用C#语言编制。经多次测试使用证明，该系统稳定可靠，操作方便。系统的主界面如图4所示。

4 结 论

本文首先分析了基于串口通信的YDG⁃1型RTU参数配置与调试系统的研究意义。该系统为YDG⁃1型RTU的参数配置提供了重要技术方法。系统在传统的单参数配置基础上探索了多参数配置的方法，给实际的现场应用带来诸多好处。随着RTU软件的不断深入，以及水利行业对RTU的需求的不断深入，RTU参数配置与调试系统的功能将会不断完善。

参考文献

[1] 江峰，刘高嵩.串口通信中系统资源的分配问题的研究[J].计算机技术与发展，2006（11）：1⁃3.

[2] 向乐乐，卢艳娥.基于 Nios Ⅱ的多串口数据通信的实现[J].电子设计工程，2011（2）：1⁃3.

[3] 翟希述，王宝兴，范淼.基于Visual C#的串口通信程序设计[J].电子科技，2011（2）：2⁃4.

[4] ISO. ISO/IEC3309 Telecommunication and information exchange between systems： high⁃level data link control （HDLC） procedures⁃fame structure [S].[S.l.]： ISO， 1993.

[5] 李现勇.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[6] 龚建伟，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践[M].北京：电子工业出版社，2004.

[7] 郑彪，汪秉文.串口通信在工业控制中的应用[J].自动化仪表，2002（4）：1⁃2.

[8] 吕国芳，唐海龙，李进.基于Modus RTU 的串口调试软件的实现[J].计算机技术与发展，2009（9）：1⁃3.

[9] 封亚斌.采用串口通信技术实现Modbus数据通信[J].自动化仪表，2004（10）：1⁃3.

[10] 杨伟，刘娅琳，张俊芳，等.基于RTU的用户侧管理服务系统设计[J].电力需求侧管理，2004（1）：1⁃3.

[11] 苏柱宾，蒋存波，张斌.状态机原理在Modbus协议实现中的应用[J].软件导报，2011（1）：1⁃3.

推荐访问:串口 调试 参数 配置 通信