专利名称：一种模拟量输入与开关量输出模块的仿真方法
技术领域：
本发明涉及通信及计算机应用技术领域，尤其涉及串行通信与计算机监控技术。
背景技术：
计算机监控系统广泛应用于众多领域，数据采集与输出控制模块是计算机监控系统直接跟被监控对象关联的不可或缺的输入输出模块，而且，采用串行接口(RS-232)与主控机通信的模块较多，这种模块用于高校计算机相关专业的工程项目实训实践，可以让学生理解并体验通 目协议，实践RS-232接口通/[目的方法，可以米用汇编语目、Turbo C语言、Java语言及.NET语言对模块进行查询和控制，可以用数据库保存数据(如报警记录)，也可以通过计算机网络发送报警信息，因而，可以实践多门计算机课程的综合应用，检验知识的综合应用能力。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》(教高[2012]4号)文件第八条提出“强化实践育人环节”，第九条提出要“加强创新创业教育和就业指导服务”。但是，一方面企业招不到有工程经验的计算机监控系统研发人才，另一方面高校由于设备投入不足也难以培养计算机监控系统研发人才。利用本发明提供的方法所设计的模拟量输入与开关量输出仿真模块(下文简称仿真模块)，可以用来零成本(串行通信电缆除外)在高校的计算机房搭建计算机监控系统仿真开发平台，用以实践和学习计算机监控系统的核心技术，从而有效提闻学生的实践技能和就业率。
发明内容
本发明的有益效果是，跟实物模块相比，仿真模块的可视化效果更好，其主要技术特征为仿真模块使用温度作为模拟量，输出开关闭合时，在输出开关的两个端子之间显示红色连线，电路接通，加热灯亮，此时温度自动上升；输出开关打开则隐藏红色连线，电路断开，加热灯灭，此时温度自动下降；温度变化时，在温度传感器旁边用红色向上箭头表示温度上升，用蓝色向下箭头表示温度下降，箭头旁边显示16进制温度数值；通信协议及其说明显示于仿真模块的主界面，无需查阅说明书，而且支持多种数据校验方式(实物模块一般只支持一种校验方式)；仿真模块接收和发送的数据直接显示于仿真模块的主界面；RS_232接口状态、仿真模块的地址以及温度传感器数值变化的节拍统一用状态栏显示。
图I是本发明所设计的仿真模块的抽象模型；
图2是本发明所设计的仿真模块的通信协议；
图3是本发明所设计的仿真模块的可视化应用软件模型。
具体实施例方式图I是仿真模块的抽象模型，作为背景在图3的“模块表示区”显示，用来仿真实际的模块，并添加动态可视化效果。图I下半部分接线端子功能从左到右依次为S2+与S2-连接温度传感器2，SI+与SI-连接温度传感器1，Vs+与Ns-连接模块电源，GND是模块接地；图I上半部分接线端子功能从左到右依次为0UT1与COMl连接输出开关1，0UT0与COMO连接输出开关0，Tx、Rx与GND是RS-232接口的发送引脚的连接端子、接收引脚的连接端子和地线。两个输出开关的状态通过图2所示的通信协议进行控制，当输出开关闭合时，在一对输出端子(如OUTl与C0M1)之间显示一条红线，形成一个有源电路回路，同时对应的加热灯亮(在本回路加热灯的位置显示红灯图片)；反之，隐藏连接输出端子之间的红线，电路断开，加热灯灭(隐藏红灯图片)。每个温度传感器(如S2+与S2-端子下所连接的温度传感器)旁边放置一个文本框，用来以16进制形式显示温度传感器的数值，该数值需要经过变换才能表示实际温度；再放置一个箭头，如果温度上升，就用红色向上箭头表示上升趋势，如果温度下降，就用蓝色向下箭头表示下降趋势。SI温度传感器与OUTO输出开关对应，S2温度传感器与OUTl输出开关对应。如果对应的加热灯亮，则文本框中的数值上升(最大为OxFF)，同时显示红色箭头；反之，数值下降(最小为0)，显示蓝色箭头。电源(Power)指示灯为红色，此时RS-232接口关闭，仿真模块不工作；点击电源指示灯，由红变绿，此时RS-232接口打开，仿真模块收到主控机发出的控制命令时，更新输出开关的状态，同时对温度传感器的数值进行调整；仿真模块收到查询命令时，则返回温度传感器的数值以及输出开关的状态。仿真模块不工作或空闲时，Rx和Tx指示灯均为红色，接收数据时，Rx指示灯变绿，发送数据时，Tx指示灯变绿。图2是操作仿真模块的通信协议，在图3的“协议描述区”显示。相同类型的模块一般采用相同的前导字符，EOT是一个特殊的ASCII字符(0x04)，常被用作控制字符，这里的仿真模块采用EOT作为前导字符。 计算机所连接的I/O模块比较多，CPU为了与所连接的模块相互沟通，必须给模块设置一个编号，从而使CPU可以通过每个模块独一无二的编号与该模块作沟通，这个编号就是地址，用ID表示，地址占用一个字节。功能码主要包括读功能码(用RD表示)和写功能码(用WT表示)。RD用字符“R”(0x52)表示，WT用字符“W”(0x57)表示。由于该仿真模块的状态较少，所以，无需设置仿真模块读写的内部数据地址。BCC (Block Check Code)为数据块校验码，一般有 Xor、Add、CRC、CheckSum 几种。Xor与Add分别是异或与累加和，占一个字节的长度；CRC与Checksum分别是循环冗余校验码与TCP/IP协议簇中所使用的累加求补校验码，分别占两个字节。仿真模块提供这4种数据块校验方式，校验码是可选的。不少模块以回车CR (OxOd)作为结尾标志EM (End Message)，而TCP/IP协议簇(如HTTP, POP3等)较多地采用CRLF (OxOdOa)作为结尾标志，仿真模块提供这两种结尾标志，同样,结尾标志也是可选的。用I表示开关闭合，用O表示开关打开。仿真模块有2个开关量输出DO (Digital Output)，因而，可以用I个字节表示其状态，其中，“ X ”表示该位未使用。根据以上设计与分析可知，读取仿真模块状态的命令协议(Read，也即查询命令)，其中，ID的范围为I至255，可由程序进行设置，这样，一台主控机可以连接多达255个仿真模块。BCC和EM的种类也可以根据需要由程序进行设置。仿真模块的读响应协议(Reply),其中,“STX” (Start of message, 0x02)表示开始对主控机进行响应，“DT1”表示第一个温度传感器的数值，“DT2”表示第二个温度传感器的数值，“D0”中最低两位(其它位无效)表示两个输出开关的状态。BCC根据采用的校验码种类进行计算，整个协议自动生成并向主控机发出响应。对于主控机发送的错误数据包，仿真模块均给予忽略，不作响应。写命令协议(Write，也即控制命令)，对于写入的I个字节的数据(即D0)，只有最后两位有效。这里，写命令不设置响应协议。图3是仿真模块的可视化应用软件模型，“功能按钮区”安排了系统设置按钮和关闭程序按钮。系统设置主要设置RS-232接口的端口号和波特率等参数，以及操作仿真模块的通信协议，包括仿真模块的地址码、校验码、结尾码、温度传感器一个节拍所经历的 时间以及变化的步幅。假如，一个节拍的时间为2秒，变化步幅为5，则表示某输出开关闭合时，每过2秒对应的温度传感器的数值递增5，反之亦然。“数据接收区”显示接收到的主控机发送的原始数据包，以字节形式显示；“数据响应区”则为仿真模块发送的对应的响应数据包，也以字节形式显示。另外，还设有状态栏，用来显示RS-232接口状态与参数，以及仿真模块的地址、温度传感器数值变化的节拍与步幅。利用此可视化应用软件模型设计的仿真模块，使用方便，动态效果好，仿真模块的地址、RS-232接口状态、输出开关状态、温度传感器的数值、数据收发状态以及传输的数据均一目了然。与实物模块相比，无需电源和外围电路的物理连线，也无需信号发生器与万用表来产生模拟信号和测量开关状态，对于通信协议，也无需翻阅手册，但是，数据通信与处理却和实物模块具有相同的效果。
权利要求
1.一种模拟量输入与开关量输出模块的仿真方法，利用该方法所设计的仿真模块的输出开关可以由主控机进行控制，输出开关的状态及输入模拟量的数值可以由主控机进行查询。
2.根据权利要求I所述的仿真模块，其特征在于仿真模块无需硬件成本，通信协议直接在仿真模块的主界面显示，无需翻阅手册；仿真模块的地址、RS-232接口状态、输出开关的状态、输入模拟量的数值、数据收发状态以及传输的数据均在仿真模块主界面显示，数据通信与处理却和实物模块具有相同的效果。
全文摘要
本发明提出了一种模拟量输入与开关量输出模块的仿真方法，涉及通信及计算机应用技术领域，尤其涉及串行通信与计算机监控技术。利用该方法所设计的仿真模块的输出开关可以由主控机进行控制，输出开关的状态及输入模拟量的数值可以由主控机进行查询；仿真模块无需硬件成本，通信协议直接在仿真模块的主界面显示，无需翻阅手册；仿真模块的地址、RS-232接口状态、输出开关的状态、输入模拟量的数值、数据收发状态以及传输的数据均在仿真模块主界面显示，数据通信与处理却和实物模块具有相同的效果。
文档编号G05B17/02GK102636997SQ20121014595
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月13日 优先权日2012年5月13日
发明者马玉春 申请人:马玉春