单位文秘网 2021-10-16 08:11:09 点击: 次
组织(ISO)的开放系统互联(OSI)七层参考模型制定,将其简化后只使用了第一层物理层、第二层数据链路层以及用户层,如表1所示。
2.2.1 物理层
该系统的物理层协议采用超短波无线数传通信和RS485串口通信,采用半双工、异步的传输方式,1个字符帧由8个数据位、一个起始位、一个停止位和一个奇偶校验位组成。
2.2.2 数据链路层协议
数据链路层协议主要包括主站和从站间的主从通信机制以及主站的广播通信机制。在主从通信中,主站获得控制权后在一定的时间周期内与多个从站交换数据,主站下传命令,从站给出响应,配合主站完成对数据链路的控制,一个主站应与多个从站中的每一个从站建立一条数据链路。主站和某从站间的通信过程可具体分为三个阶段:
a.数据链路的建立,即主站向某从站发送状态请求帧,该从站发送一确认帧响应主站的请求。
b.数据帧的传输,即主站向某从站发送数据信息帧,与该从站进行数据通信。
c.数据链路的释放,即主站与某从站没有信息帧要发送,或者主站将与其他从站建立链路连接时,主站向该从站发送状态请求帧,请求释放链路连接,从站发送一确认帧应答主站,释放数据链路。
为了满足数据通信中的需要,数据链路层协议采用了两种帧格式。其中,数据信息帧的结构如图2所示。
为了满足测试系统同步触发的实时性要求,用到了主站的广播通信机制,这样的数据帧省去源地址和目的地址,在特殊的帧头指引下把任务传达给每一个从站,即相当于在这一时刻主站与所有从站同时进行数据通信。帧结构如图3所示。
3 工作原理
该系统基本工作原理如下:在正式数据通信之前,主站对所有从站进行通信测试和信号强度测试,当从站相机需要动作时,主站将相应的数据打包成从站能够识别的数据帧,通过无线数传模块按照从站相应的地址发送到需要动作的从站,从站接收数据后进入相应任务的处理。处理完成返回主站确认数据帧,处理过程结束。若从站有误动作,则从站将记录事件向主站报警,主站进行相应处理。
主站作为通信的发起方,是整个系统的中央控制器,其工作流程如图4所示。
其中,任务指的是触发请求,分为同步触发和接力触发。同步触发即主站把触发任务在同一时间发给所有从站;接力触发指的是主站在下发任务的时候按触发时间不同设置定时时间分别对不同的从站作延时触发。
从站作为通信的应答方,时刻准备接受来自主站的任务,其工作流程如图5所示。
4 通信协议的实现
本系统设计的关键是完成物理层的比特数据流和用户层数据的转换,维护对物理层和数据链路层的参数管理,并向上层协议提供数据传输服务,主要由STM32微控制器完成。
协议处理模块包括物理层接口和数据链路层处理。前者利用STM32自带的UART负责数据链路层与物理层之间的连接,完成物理层的比特数据流与数据帧之间的转换。后者是系统的核心功能模块,其主要工作為对UART收发器接收的数据根据协议规范进行具體分析和处理。该模块的工作过程说明如下:
模塊由帧检查和帧处理状态机两个同步状态机组成。其中,帧检查状态机实时监测UART收发器的工作状态,若发现收发器接收到有效的帧字节数据,则根据该字节在接收数据帧中的位置,以及该数据帧的帧类型进行帧格式检查:若不符合帧格式,则复位状态机,丢弃该帧;若为帧数据单元,则将其存入接收缓冲区中;若为其它帧字符,则从中提取相关状态信息,如是否存在地址扩展、使用的服务存取点等,为帧处理状态机的工作做好准备。同时,该状态机还负责控制校验和计算模块的工作,将最终校验和与接收到的校验和进行比对,若不一致则认为帧数据接收错误,将该帧丢弃。待接收的字节数达到长度字节规定的长度后,则认为接收完毕,启动帧处理状态机。随后帧处理状态机对功能字节进行分析:若为数据传输服务,则根据协议规定的服务规程进行处理,并映射为相应的服务通知上层协议;若为状态请求,则进行状态应答。
由于状态机比较复杂,在此处将其工作流程图简单示意如图6所示。
5 試验验证
该系统已经在多次试验中进行验证,试验中触发有效可靠,工作状态反馈及时准确,大大减少了误触发的概率。试验时,将一台主站通过两台从站分别控制位于5km处的两台Photron SA1型高速摄像机。主站的液晶屏可以进行功能选择及操作,例如:网络检测、信号强度检测、高速触发、系统帮助等。高速摄像系统操作界面如图7所示。
通过液晶屏上按钮可以实现远距离的“待触发”和“触发”设置,并能实时监视高速摄像机的工作状态。
6 结束语
本文提出了一种远距离触发系统的设计,实现了对高速摄像机远距离的无线触发、状态监控、触发复位,使得操作人员既可以在远距离监控高速摄像机的工作状态,又能够控制高速摄像机的触发复位,很大程度上避免了高速摄像机的误触发,提高了高速摄像机的触发可靠性,提高了高速摄像系统的自动化程度和试验的成功率。该设计也为要求高安全性和高可靠性的远距离遥控触发的测试系统及军民用远程起爆控制提供了一种解决方案。
参考文献
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作者简介
孙倩华(1984-),男,山西省晋城市人。硕士研究生。现为北京航天长征飞行器研究所工程师。研究方向为引信技术。
作者单位
北京航天长征飞行器研究所 北京市 100076
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