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1、南宁电视台嘉宾灭灯系统设计方案第一章 项目概述1.1 项目概述本课题来源于贵州祥迅通科技有限公司的“南宁电视台嘉宾灭灯系统”项目，由于种种复杂原因使得本项目未能如期完成，我当时也是参与此次项目开发负责硬件系统的成员，项目未能如期交付，但祥迅通欧经理找到我说希望我能将其完成，考虑到此时我的毕业设计还未选题，不如我就报此项目作为我的毕业设计题目吧，幸得彭晓珊老师的支持，最终得以作为我的毕业设计项目，在此对彭老师表示衷心的感谢！“南宁电视台嘉宾灭灯系统”题目来自于南宁电视台项目部，其参照目标为江苏卫视“非诚勿扰”节目的女嘉宾灭灯控制系统，但在其中提出了更高的要求，那就是灭灯终端点数要求达到50点以上
2、，需求方要求使用有线数据传输方式，以使系统达到更高的稳定性能，如此一来便给我们带来了我在摘要里提到的几点困难：1、整体通信控制距离大大加长，2、整体通信系统负载过大；3、受控终端数量较大且需实现可调。这样的条件，我们在不能使用无线信道进行数据传输的同时，我们也不能使用传统的RS232通信方式，故我们拟采用RS485通信。这样在使得整个通信距离可以达到1千米以上，通信负载在加上中继部分之后完全可以满足我们50点以上的要求，同时通过我们下位机程序的适当调整即可实现受控终端数量大且多少任意可调的目标。1.2 项目目标根据实际需求，本项目中所设计出来的亮灭灯控制系统必须实现如下功能：1、启动终端电源，
3、各灭灯终端自独立动启动，灯盏处于熄灭状态，同时全部部处于“待命”状态，等待主机的操作。2、启动下位主机电源，下位主机自动快速启动，同时处于“待命”状态，等待上位机的操作指令。3、启动上位机平台，设置通信端口后，即可对下位机系统精心操作。4、在上位机平台通信段口配置成功之后，可通过上位机 实现如下功能：（1）读取当前在线所有灭灯终端数量；（2）命令所有在线灭灯终端执行亮灯动作；（3）命令所有在线灭灯终端执行全部灭灯动作；（4）监控所有在线灭灯终端当前灭灯状态，统计并显示当前剩余灯盏数量；（5）在执行以上动作时要有适当的提示音；（6）以上动作可重复执行、循环执行等等其他必备功能。1.3 涉及关键技
4、术在本系统的设计过程中，主要由以下几点关键技术，需要在设计中着重参考前人的使用方法并研究运用到本次设计实际中：（1）RS485通信技术：RS485通信在工业控制当中使用的比较多，但是在我们实验室里或是说我们的学习中一般还未涉及到，故我在采用了本通信 方案之后，还需在这一关键点上仔细研究，方可实现本次设计目标。（2）多机通信技术：单片机控制的多机通信系统在以前的学习中只是做过些微的了解，但并未真正用到实际的工程项目中过，这一块上，唯靠将来的大量的实验，方可突破本次设计中的这一重大难关。（3）上位机控制技术：在我以前的学习和设计中，虽然使用上位机开发过几款控制平台，但是手中技术“年久失修”，多日不
5、用可能早已技归师处了，在这次设计中再次对本技术加以应用，一方面起到复习的作用，另一方方面也满足了本次项目的需要，更须多加仔细研用。第二章 总体方案设计2.1 方案概述本机系统在设计中主要分为如下几个部分：上位机部分、下位机主机部分、下位机从机部分。其中上位机部分主要用于每一次启动指令下达给下位机主机、每一次系统启动后的初始数据参数配置以及系统启动后当前的灭灯情况数据接收和输出等功能。下位主机主要用于接收上位机发送下来的各种配置参数以及系统启动指令、控制点亮每一个灭灯终端的灯盏点亮、统计当前灯盏亮灭情况以及即时向上位机系统报告即时统计到的两灭灯情况数据。下位从机也即是本系统内德两灭灯控制终端，其
6、主要功能为接收下位主机下发的控制指令，并执行相应动作，同时为每一个灭灯终端提供灭灯接口条件，并在嘉宾进行灭灯操作时即时向下位主机报告灭灯信息，同时控制本终端执行灭灯操作，并进行相关状态及其指示转换。 2.2 通信总线总体方案图2- 1 通信总体方案框图2.3 下位主机总体方案2.3.1主机系统功能概述在本系统中主机系统主要负责监视从机亮灭灯状态，以及命令各从机将状态设置为亮灯状态；另外还需要及时统计当前全部从机处于灭灯状态的数量，当灭灯数量发生变化时，及时通过上位机接口向用户的上位机报告当前亮灭灯数量。2.3.2 主机系统框图图2- 2 下位主机系统框图2.3.3主机系统作业介绍1、系统启动：
7、系统电源上电时，主机进入控制从机按照次序亮灯阶段。具体实现方法为：主机系统启动后，按照从机系统地址先后编码顺序，依次向每台从机发送亮灯指令，每两台从机亮灯指令发送之间需要有明显的延时效果，直到50台从机全部亮灯完成，初始化当前亮灯数目为50盏。2、从机状态监控：系统在启动阶段结束之后，立即进入从机亮灭灯状态扫描阶段。在从机亮灭灯状态扫描中，是通过主机主动问答的方式对从机状态进行监视，具体表现为：询问1号从机灭灯否？若回应“否”则，继续询问下一号从机，若回应“是”则当前亮灯数目减1，并向上位机发送当前亮灯数量，继续询问下一号从机。当一直询问到50号从机时，又从1号从机开始扫描。直到当前亮灯盏数目
8、为0时方可停止扫描。3、亮灯状态复位：此阶段的触发信号来自于用户的上位机指令，当主机收到上位机发来的复位指令之后，立即进入复位阶段，复位阶段同系统启动阶段相同，但是不需要两盏灯点亮的时间之间有延时，待50盏灯全部点亮之后初始化当前亮灯盏数目为50盏，之后立即进入从机监控状态阶段。2.4 下位从机总体方案2.4.1 从机系统功能概述在本系统中从机系统主要负责接收并执行主机发来的亮灯指令，当本从机控制灯被灭时，负责及时向主机系统发送灭灯报告，以便主机系统能知道目前从机中的亮灭灯状态。2.4.2 从机系统框图图2- 3 下位从机系统框图2.4.3 从机系统作业介绍1、系统启动：系统电源上电时，从机初
9、始化本机地址，然后置红蓝两灯皆灭，并将串口通信初始化为监听状态。2、执行亮灯：无论任何时候，只要接收到主机发来的亮灯指令，则立即点亮蓝灯，熄灭红灯，并清空灭灯标志位；3、灭灯操作：当从机检测到本机按键传来灭灯信号时，立即熄灭蓝灯点亮红灯，并将灭灯标志位置位；4、报告灭灯状态：当主机询问本机是否有灭灯操作时，立即检查本机灭灯标志位，若灭灯标志位为“1”，则回应“是”，并立即清空灭灯标志，反之回应“否”。2.5 上位机总体方案2.5.1 上位机系统功能概述上位机在本机系统中的作用是总理整个灭灯事件全部工作，包括查询在线从机数目，命令在线从机全部亮灯，命令在线从机全部灭灯，监听在线从机灭灯状况，即时
10、显示在线从机数目、在线从机灭灯数目，各种操作提示等等工作。2.5.2 上位机总体框图图2- 4 上位机总体框图2.5.2 上位机作业介绍1、配置通讯端口：由于本机系统是采用串行通信端口进行通信，故在启动本项目上位机程序之后必须先对串行端口进行配置；2、读取在线从机数目：通过此操作，可以使用户简单地实现对在线从机数目的统计，同时在下位主机中配置相关必须得数据；3、命令在线从机全部亮灯：在进入嘉宾灭灯操作之前，如果不将所有的终端灯盏点亮，那么我们在场的嘉宾们如何能灭灯呢？灭什么灯呢？所以这是一部必须得操作；4、命令在线从机全部灭灯：在我们所了解的灭灯现场，有时候一轮灭灯还没有全部由终端嘉宾灭完，但
11、是现场需要我们将所有未灭的灯盏强制熄灭，以强行进入下一轮灭灯操作，故这一个功能在我们的系统设计是必须要考虑的；5、监听所有在线终端灭灯状况：这一功能是我们本项目设计的最重要也是最终目的，所以在上位机的实际中这一不需要考虑方方面面的可能进行精心设计，以期能最大限度地方便用户操作。6、其它附属功能：比如说所有操作的提示、灭灯提示、结果显示、展示界面等等一系列的功能需必须要考虑进入我们上位机的设计中来。第三章 通信部分设计3.1 串行通信概述3.1.1 串行通信简介串行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，特别使
12、用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。在串行通信中又分为同步串行通信和异步串行通信，在一般控制系统中通常采用异步串行通信，故我们在此只讨论异步串行通信。在异步串行通信中最被人们熟悉的串行通信技术标准是EIA232、EIA-422和EIA485，也就是我们所称的RS-232、RS-422和RS-485。3.1.2 EIA-232简介目前EIA-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。EIA-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。EIA-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。标准规定，EIA232的传送距离要求可达50英尺（约15米），最高速率为2
13、0kbps。3.1.3 EIA-422简介由于EIA-232存在传输距离有限等不足，于是EIA-422诞生了。EIA-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（约1219米），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。当然，EIA422也有缺陷: 因为其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，所以在100kbps速率以内，传输距离才可能达到最大值，也就是说，只有在很短的距离下才能获得最高传输速率。一般在100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。另外有一点必须指出，在EIA-422通信中，只
14、有一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能进行通信，所以EIA-422支持的是点对多点的双向通信。3.1.4 EIA-485简介为扩展应用范围，EIA于1983年在EIA-422基础上制定了EIA-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。 由于EIA-485是从EIA-422基础上发展而来的，所以EIA-485许多电气规定与EIA-422相仿，如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻、最大传输距离约为1219米、最大传输速
15、率为10Mbps等。但是，EIA-485可以采用二线与四线方式，采用二线制时可实现真正的多点双向通信，而采用四线连接时，与EIA-422一样只能实现点对多点通信，但它比EIA-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可接多达32个设备。3.1.5 其它串行通信简介1、USB串行通信总线：USB是英文 Universal Serial Bus 的缩写，翻译成中文的含义是“通用串行总线”。 从技术上看，USB是一种串行总线系统，它的最大特性是支持即插即用和热插拔功能。2、IEEE 1394：IEEE 1394是一种与平台无关的串行通信协议，标准速度分为100Mbps、200Mbps和400M
16、bps，是IEEE（电气与电子工程师协会）于1995年正式制定的总线标准。3.2 通信标准选择在上述串行通信标准当中，我们可以发现：1、EIA-232通信标准主要适用于通信距离15m以内，通信速率20Kbps范围之内，从通信速率上来讲到不足以影响本系统工作，但是在通信距离上本系统是不适宜采用此通信标准的。2、EIA-422通信标准在EIA的基础之上，在通信距离上可以达到1219m范围，同时通信速率也得到了极大地提高，但是在所允许的从机数目上还是不能 最大限度地满足我们的要求。3、EIA-485通信来自于对EIA422标准的改进，无论从通信速率通信距离还是所允许的从机数目都能在目前的这几种工业控制通
