Vorwort Aufgabenstellung Netzstrukturen Protokoll Basic Programm Serielle VI Oberfläche VI... 10

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1 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 1 von 13 Inhaltverzeichnis Vorwort Aufgabenstellung... 2 Netzstrukturen... 2 Protokoll... 5 Basic Programm... 6 Serielle VI... 8 Oberfläche VI Zusammenfassung Fazit Quellen Anhang... 13

2 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 2 von 13 Vorwort : Verschiedene Steuerungsaufgaben eines Modellhauses wurden von unserer Gruppe mit Hilfe der C Control Station realisiert. Manche Sensoren wurden von mehreren Gruppen benötigt. Damit diese Sensoren nicht doppelt angeschafft werden müssen, haben wir uns überlegt, ob Ressourcen von mehreren C Controls verwendet werden könnten. Die einfachste Möglichkeit ist es für jede C Control ein Modem bei der Firma Conrad Elektronik zu kaufen. Die einfachste Möglichkeit ist aber nicht immer die Günstigste. Ein Modem für die C Control kostet 99,- DM. Bei drei verwendeten Stations kämen Ausgaben von rund 300 DM nur für die Kommunikation im Modelhaus zusammen. Wir suchten nach einer Möglichkeit die Kommunikation günstiger zu realisieren. Die Serielle Schnittstelle wird normalerweise zum programmieren der C Controls benutzt, schreibt man aber ein geeignetes Programm kann man einfache Datenpakete untereinander austauchen. Die Aufgabenstellung war für uns jetzt klar : Auswahl einer geeigneten Busstruktur, Zusammenstellung der erforderlichen Hardware, erstellen eines Busprogramms. Bei der Vorbesprechung der einzelnen Gruppen ergab sich das nur ein Sensorsignal von mehreren Gruppen benötigt wird. Gedacht war eigentlich, dass alle Sensoren die mehrmals benötigt werden an unserer C Control angeschlossen werden und alle Clients die benötigten Werte bei uns abholen. Für einen Sensor eine eignen C Control zu verwenden ist unsinnig, da die C Control auch untereinander kommunizieren können. Durch den Wegfall unseres Controllers programmierten wir eine Visualisierung des Modellhauses in LabVIEW, um den Sinn eines Bussystem zu verdeutlichen. Auswahl einer geeigneten Netzstruktur Um eine Kommunikation über die Serielle Schnittstelle benötigt man mindestens 3 Leitungen: RXD Empfangsleitung, TXD Sendeleitung und GND Masseleitung. Es gibt verschiedene Möglichkeiten diese Leitungen miteinander zu verbinden. Im folgenden werden einige Netzstrukturen beschrieben. Nullmodem : Vielseitig bekannt ist das Nullmodemkabel. Bei dieser Variante wird der TXD Anschluss des Senders mit dem RXD Anschluss des Empfängers verbunden und RXD des Senders mit TXD des Empfängers. Bei allen Netzstrukturen werden die Masseanschlüsse von Sender und Empfängern miteinander verbunden. Die Nullmodem hat nur einen großen Nachteil. Es können nur zwei Controller miteinander verbunden werden, also für unsere Anwendung ungeeignet.

3 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 3 von 13 Parallelbus: Beim Parallelbus muss eine C Control einen Server darstellen und die Kommunikation auf dem Bus steuern. Die Sendeleitung des Servers wird mit allen Empfangsleitungen verbunden, somit empfangen alle C Controls gleichzeitig die Informationen. Problematischer ist das alle Sendeleitungen der Clients auf die Empfangsleitung des Servers geklemmt werden müssen. Sendeanschlüsse sind als Treiberstufen auf den Controllern vorhanden. Ein Parallelschalten von Ausgängen ist nicht erlaubt. Es müssen Vorwiderstände und Dioden in die Sendeleitungen der Clients eingebaut werden damit die C Controls sich nicht gegenseitig zerstören. Durch den Vorwiderstand wird aber die maximale Leitungslänge auf unter 20 cm reduziert. Der Programmieraufwand wird aufwendiger, da jedes Byte codiert werden muss, damit der Server weiß von welcher C Control dieses Byte stammt. Ringbus: Beim Ringbus wird der Sendeanschluss mit dem Empfangsanschluss der nächsten Control verbunden, bis der Ring geschlossen ist. Vorteil dieses Bussystems ist eine lange Leitungslänge zwischen den einzelnen Stationen, da jede Station als Verstärker dient. Die Informationen werden von jeder C Control gelesen und zur nächsten weitergeleitet. Ein Nachteil dieser Variante ist, wenn eine C Control ausfällt, dann fällt auch der gesamte Bus aus. Die Entscheidung fiel auf den Ringbus, da bei dieser Variante eine beliebige Zahl von C Controls beliebig weit voneinander kommunizieren kann.

4 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 4 von 13 Besorgung der notwendigen Hardwarekomponenten. Benötigt werden die SUB D Stecker und Kabel. Um eine Kompatibilität zu anderen Bussystemen zu erhalten, wurden die SUB D Stecker in kleine Gehäuse gebaut. Die Gehäuse wurden mit jeweils 3 Bananenbuchsen versehn. Die Bananenbuchen stellen RXD, TXD und GND Anschlüsse da. Nun kann man mit Standartkabel die im Labor vorhanden sind, jede der oben besprochenen Netzstruktur realisieren. Gehäuse, Stecker und Bananenbuchsen wurden bei der Firma Conrad Elektronik zum Preis von etwa 50,-DM erworben. Da kein Programmierkabel vorhanden war, konnte man unsere Gehäuse auch zum Programmieren der Controls verwenden. BILD KÄSTCHEN Pinbelegung : ROT = RXD SCHWARZ = GND GRÜN = TXD Erstellen eins Programms Alle C Controls laufen als Clients am Bus. Das Programm sollte für alle Controls geeignet sein und natürlich alle Daten liefern können. Es wird als Funktion geschrieben, dass die anderen Gruppen an geeigneten Stellen aufrufen sollen. Es besteht aus 3 Blöcken: Der Define Block dient zum Angleichen der einzelnen Controls auf das Clientprogramm. Der Abfrageblock. Dieser Block liefert sämtliche Ports von der C Control. Der Sendeblock liefert Daten von anderen Controls. Da nur eine Sensorsignal von der Gruppe gewünscht wurde, ist dieser Block auf ein Signal begrenzt, aber er ist jederzeit erweiterbar. Normalerweise wird eine C Control als Server realisiert, der die Kommunikation auf dem Bus steuert. Da wir eine zusätzliche Visualisierung des Hauses mittels LabVIEW programmieren, kann die Steuerung auch von PC aus gemacht werden und eine C Control kann eingespart werden.

5 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 5 von 13 Das verwendete Protokoll wird anhand von Beispiele erläutert. SENDEN EMPFANGEN a51 a a59 a59 0 Wir senden unnächst ein Zeichen (a oder b ) anschließend folgen zwei Zahlen (jeweils 0-9). 1. Zeichen : a = Anfragen : Es wird einen Wert von der C Control abgefragt. b = Schreiben : Es wird eine Variable von der C Control gesetzt. 2. Zeichen : Diese Zahl steht für die Busadresse der C Control. Die Nachricht wird nur von der C Control mit der Nummer 5 ausgewertet. 3. Zeichen : Diese Zahl bestimmt den zu lesenden Port (1-8 analog Ports und 9,0 die Digitalports). Als Antwort bekommt man die gleichen 3 Zeichen, zusätzlich ein Leerzeichen und einen Wert. Da jede C Control die empfangenen Daten zur nächsten Station durchschiebt, kommen diese auch wieder beim Server an. Als Trennzeichen dient das Leerzeichen anschließend wird der Wert übermittelt. In dem Beispiel bedeutet a einen analogen Wert von 120 von Port 1. Die Antwort a59 0 bedeutet, dass alle 8 Bits des Digitalports 1 gleich NULL sind.

6 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 6 von 13 '***************************** Bus Programm ****************************** '************************** Ring Bus Clients V2.0 **************************** '******************** ************************* '************************************************************************ define AD1 AD[1] define AD2 AD[2] define AD3 AD[3] define AD4 AD[4] define AD5 AD[5] define AD6 AD[6] define AD7 AD[7] define AD8 AD[8] define DB1 Byteport[1] define DB2 Byteport[2] define Empfang byte define Adresse byte define Kanal byte define Busadresse 5 Hier die Busadresse der C Control eintragen!! define Statusregister byte #Bus if not RXD then return get Empfang put Empfang if Empfang = 98 then goto status if Empfang <> 97 then return get Adresse put Adresse get Kanal put Kanal if (Adresse -48)<> Busadresse then return Dieser Block wird zum Angleichen von Clients Programmen und Bus Programm. Festlegung der Variablen zum Abfragen und Einstellung der Busadresse. Es werden nicht immer alle Variablen benötigt. Wenn kein Byte empfangen, dann beende die Funktion Wenn b dann springe zur Marke status Wenn kein a dann beende die Funktion Wenn die empfangene Adresse nicht mit der Busadresse übereinstimmt, dann beende die Funktion. print" "; if Kanal = 48 then print DB2 if Kanal = 49 then print AD1 if Kanal = 50 then print AD2 if Kanal = 51 then print AD3 if Kanal = 52 then print AD4 if Kanal = 53 then print AD5 if Kanal = 54 then print AD6 if Kanal = 55 then print AD7 if Kanal = 56 then print AD8 if Kanal = 57 then print DB1 return Schreibe Trennzeichen Abfrageblock: Hier werden die einzelnen Ports der C Control abgefragt.

7 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 7 von 13 #status get Adresse Sendeblock: put Adresse Hier werden Sensorsignale get Kanal von anderen C Controls put Kanal abgelegt. if (Adresse -48)<> Busadresse then return print " " Statusregister = (Kanal-48) print statusregister return '********************************* Bus Programm ENDE *********************

8 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 8 von 13 Serielle Schnittstelle Das VI Serielle Schnittstelle ist ein Unter VI und wird von der Oberfläche automatisch ständig aufgerufen. Es dient dabei als Verbindungsglied zwischen der grafischen Oberfläche und den C Controls. Es hat die Aufgabe, eine Befehlskette über die RS232 Schnittstelle an die C - Controls zu schicken und auf deren Antwort zu warten. Außerdem ist es möglich eine Variable einer C - Control einer anderen mitzuteilen. In diesem Fall wird eine Variable der Heizungssteuerung an die Rollladenschaltung übertragen. Programmaufbau Das Unterprogramm besteht im wesendlichen aus vier Teilen. 1. Der Befehlstabelle, welche die zu sendenden Befehle der einzelnen C - Controls enthält und einer Variablen. 2. Die Initialisierung der RS232 Schnittstelle. 3. Der Sende und Empfangsteil mit Laufzeitbestimmung der einzelnen Befehle. 4. Die Aufbereitung der Variablen die von einer C - Control zur anderen geschickt werden soll.

9 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 9 von 13 Aufbau der Sende und Empfangssequenz mit Bestimmung der Laufzeit Das Programm LabVIEW ist in der Lage Programmabläufe parallel abzuarbeiten. Aus diesem Grund ist das Senden und Empfangen in eine Sequenz eingebaut, die es ermöglicht Programmabläufe nacheinander abzuarbeiten. Sendesequenz Dieser Sendesequenz wird bei jeden Schleifendurchgang ein Befehlt aus der Befehlstabelle übergeben und an die RS232 ausgegeben. Zeitgleich wird die Systemzeit gespeichert, die zur Bestimmung der Laufzeit dient. Beendet wird die Sequenz erst nach einer Zeit von 500ms um die Zeit abzuwarten, den die Befehle brauchen durch den Bus zu kommen. Empfangssequenz In der Empfangssequenz wird erst einmal geprüft ob und wie viele Zeichen im Puffer der RS232 stehen. Ist der Puffer leer wird die Sequenz beendet, oder die Anzahl der Zeichen gelesen und zu einem String zusammengesetzt. Laufzeitbestimmung In dieser Sequenz wird in Abhängigkeit des empfangenem Strings etwas empfangen JA oder NEIN erneut die Systemzeit abgespeichert. Aus der Differenz von Start Zeit und Stopp Zeit lässt sich die Laufzeit bestimmen, die ein Befehl gebraucht hat um durch dem Bus zu kommen. Dabei spielt die eigentliche Zeit keine rolle sondern dient zur Kontrolle ob der Bus ausgefallen ist oder nicht.

10 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 10 von 13 Auswerten Die Daten die über die Serielle Schnittstelle übertragen werden liegen im ASCII Code vor und müssen daher noch aufbereitet werden, bevor sie an die grafische Oberfläche weitergegeben werden. Dabei werden die Daten, die von der RS232 kommen, aufgeteilt und in die entsprechenden Variablen z.b. Boolesche und Strings umgewandelt. Diese werden dann an die grafische Oberfläche weitergegeben und mit den entsprechenden Elementen (Schalter oder Anzeigen) verbunden. Die Oberfläche

11 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 11 von 13 Das Oberflächen VI dient zur Visualisierung des Modellhauses. Die Oberfläche soll die Signale der einzelnen C Controls grafisch darstellen. Die Abbildung auf Seite 10 zeigt das Frontpanel, auf dem die über den Bus empfangenen und ausgewerteten Signale dargestellt werden. Es werden analoge Werte (Temperaturwert) in Form eines Thermometers dargestellt. Die meist digitalen Werte werden in Form von LED angezeigt. Über einen Schalter kann man das Busprogramm starten oder wieder anhalten. Eine interne Zeitmessung zeigt den Status des Bus an. Die Programmierung erfolgt im sogenannten Diagramm, welches unten abgebildet ist. Das Oberflächen VI ist so programmiert, das es von einem übergeordneten VI aufgerufen werden kann. Diese Variation ist aber nicht realisiert, sondern beim Starten der Oberfläche wird das Auswerten VI aufgerufen. Dieses Auswerten VI liefert mir 3 Arrays: ein 2D Boolen Array ein Integer Array und ein Double Array. Über die Indizierung kann man die Anpassung an die von Bus kommenden Daten machen. LabVIEW bietet die Möglichkeit einer Online Dokumentation. Diese wurde sorgfältig durchgeführt und ist im Anhang A beigefügt.

12 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 12 von 13 Fazit : Zum einen ist zu sagen, dass man nicht immer teure Hardware braucht um einem lauffähigen Bus zu realisieren. Je einfacher aber die Hardwareseite wird, desto aufwendiger wird dann die Software. Da es kleine Handshakeleitungen gibt, kann man nicht sicherstellen ob die nächste C Control überhaupt sendebereit ist. Werden dann an diese Einheit Daten versandt, so gehen diese verloren. Diese Eventualitäten müssen dann mit der Software (Serverprogramm) abgefangen werden. Ein anderer Faktor ist die Zeit. Durch die einfache Busstruktur entstehen Zeiten von ca. 3 4 Sekunden für einen kompletten Durchlauf. Soll jedoch der Informationsgehalt über den Bus steigen, so müssen aufwendigere Bussystem verwendet werden, damit die Informationen mit einer bestimmten Zuverlässigkeit (Störsicherheit) und Geschwindigkeit beim Empfänger ankommen. Die Vernetzung spiel in der heutigen Zeit eine immer großer werdende Rolle. Ein Bussystem hat hier eine wichtige Rolle in bezug auf die Kompatibilität einzelner Systeme, in der Industrie sind das Systeme unterschiedlicher Hersteller, bei unserem Modelhaus sind es C Controls der einzelnen Gruppen. Alle müssen die gleiche Sprache sprechen und es muss im Vorfeld genau definiert sein welche Signale über den Bus gesendet oder empfangen werden können. Ein nachträgliches Ändern in bezug auf die Menge der Signale und den Darstellungsbereich ist dann nicht mehr möglich. Quellen : Buch : C Control Grundlagen C Control Anwendungen LabVIEW Benutzerhandbuch Internet :

13 Mess- & Reglungstechnik Bussystem Seite 13 von 13 Anhang A: LabVIEW :Dokumentation