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　　一. HMI與通訊協(xié)議

　　隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，HMI(人機界面)的應用領(lǐng)域愈加廣泛。通過(guò)勛瑞光電的智能液晶顯示模塊實(shí)現的自定義通信協(xié)議能在一定程度上維護企業(yè)的數據隱秘性，提升產(chǎn)品功能的多樣性，并且能夠解決企業(yè)通信協(xié)議不兼容問(wèn)題。

　　HMI的串口通信規則，除了標準Modbus協(xié)議產(chǎn)品，大多都是根據原廠(chǎng)制定的協(xié)議規則進(jìn)行。然而許多企業(yè)也有其各自的通信規則及報文格式，在配套使用HMI開(kāi)發(fā)應用時(shí)，企業(yè)希望保留或使用自己的功能特性和數據交互規則，用以匹配自己協(xié)議的應用開(kāi)發(fā)。

　　基于此，勛瑞光電的HMI串口屏有一套較為成熟的設計方案。本文將介紹智能顯示模塊 HMT050DTA-D 如何基于LUA腳本設計實(shí)現，在原廠(chǎng)提供的庫函數中，有開(kāi)放串口控制類(lèi)的API，通過(guò)這些API函數能夠實(shí)現企業(yè)的自定義通信協(xié)議設計。

　　二. 自定義通訊協(xié)議

　　此次設計將通過(guò)勛瑞光電的智能液晶屏HMI的串口，配合LUA程序，應用串口控制類(lèi)API，實(shí)現目標協(xié)議通信功能。

　　HMI串口通信協(xié)議，常見(jiàn)的報文格式一般由“幀頭”、“長(cháng)度碼”、“功能碼”、“參數數據信息”、“幀尾”、“校驗碼”幾個(gè)部分組成。通信過(guò)程中，系統將實(shí)時(shí)查詢(xún)串口的數據接收，獲取符合協(xié)議的報文數據，執行規定的指令功能。

　　如下“表2-1：自定義協(xié)議通信報文格式”，定義了一種常見(jiàn)的通信報文格式。(硬件串口參數說(shuō)明：波特率“115200”;數據位“8”;停止位“1”;校驗如下表)

　　*1. 指令長(cháng)度碼，計算“命令碼”到“校驗碼”中所有數據的字節總數。

　　*2. 指令地址、數據、參數信息，是多字節數據，數據都是高位在前，低位在后。

　　*3. 指令校驗碼，計算“幀頭”到“幀尾”中所有的數據的ModbusCRC-16校驗。

　　三. 功能需求分析

　　1. HMI原通信協(xié)議屏蔽

　　目前使用的型號HMT050DTA-D默認是TOPWAY協(xié)議通信的，存在指令錯誤碼回復機制。因此在自定義協(xié)議通信過(guò)程中，如果沒(méi)有屏蔽原協(xié)議，可能會(huì )存在串口占用，回復數據混亂的情況。所以在設計自己協(xié)議通信時(shí)首先要把原廠(chǎng)的協(xié)議屏蔽，避免數據沖突。

　　2. 接收指令數據處理與解析回復

　　獲取串口數據后，需要提取符合自定義協(xié)議規則的指令以便后續對指令進(jìn)行解析并執行指令功能。因此需要定義接收指令數組，用以存儲串口中符合協(xié)議規則的指令數據。

　　協(xié)議通信中，也存在指令回復功能，比如讀取/訪(fǎng)問(wèn)地址數據的指令。在解析完接收到的指令后，我們要對部分指令進(jìn)行響應，所以需要定義回復指令數組，對讀取/訪(fǎng)問(wèn)操作的指令進(jìn)行回復。

　　3. 協(xié)議通信指令功能要求

　　在LUA程序設計中，需要實(shí)現的功能板塊有：①從串口接收區中獲取符合規定自定義規則的指令，存儲在接收指令數組;②調用接收到的指令數據，對指令數據進(jìn)行解析;③調用相應的功能處理函數，執行指令功能。對于讀取/訪(fǎng)問(wèn)信息類(lèi)的指令，還需要操作串口發(fā)送數據進(jìn)行回復。

　　解析的指令目前主要實(shí)現4功能板塊。①功能碼“0x01”：訪(fǎng)問(wèn)/讀取變量數據;②功能碼“0x02”：改寫(xiě)變量數據;③功能碼“0x03”：工程顯示跳頁(yè);④功能碼“0x04”：屏幕背光亮度控制。主要板塊功能關(guān)系如圖3-1所示。

　　四. Lua實(shí)現自定義協(xié)議

　　1. 屏蔽原廠(chǎng)通信協(xié)議

　　在勛瑞光電提供的LUA庫函數中存在TOPWAY協(xié)議禁用函數，可以在程序初始化時(shí)調用該函數對原廠(chǎng)的通信協(xié)議進(jìn)行屏蔽。如圖4-1

　　調用函數：hmt.bypass(is)

　　輸入：參數“is”使能開(kāi)關(guān)。

　　使用說(shuō)明：當“is=1”時(shí)屏蔽原TOPWAY協(xié)議，“is=0”時(shí)使用TOPWAY協(xié)議。

　　2. 自定義協(xié)議的數據結構

　　2.1 接收指令數組

　　定義數組：CustProt_recvcmd = {}

　　類(lèi)型：全局數組，初始化時(shí)定義。

　　說(shuō)明：存儲串口接收區中符合協(xié)議規則的指令數據。接收指令數據過(guò)程中，如過(guò)不符合定義的規則，需清空接收數組。

　　2.2 回復指令數組

　　定義數組：CustProt_sendcmd = {}

　　類(lèi)型：全局數組，初始化時(shí)定義。

　　說(shuō)明：根據協(xié)議規則，存儲需要通過(guò)串口進(jìn)行回復的指令數據。發(fā)送完成后清空數組。

　　3. 自定義協(xié)議設計實(shí)現

　　LUA程序設計，主要實(shí)現函數功能見(jiàn)流程圖4-2。

　　3.1 檢查串口接收區數據

　　調用函數：hmt.uartisempty()

　　輸出：返回“1”時(shí)表示串口接收buf為空;返回“0”時(shí)表示串口接收區存在數據。

　　使用說(shuō)明：使用該函數判斷串口接收區是否存在數據。等于0時(shí)再去執行指令獲取函數。

　　3.2 獲取符合自定義協(xié)議的指令數據

　　構造函數：get_CustProtrecvcmd()

　　輸出：接收指令數組 CustProt_recvcmd。

　　說(shuō)明：將符合自定義協(xié)議的指令存儲在全局的接收指令數組;期間會(huì )對指令中幀頭、幀尾、長(cháng)度碼3種類(lèi)型的數據格式進(jìn)行判斷。不符合自定義協(xié)議時(shí)將清空指令數組。

　　調用函數：hmt.getchar()

　　輸出：串口接收隊列的第一個(gè)字節數據。

　　使用說(shuō)明：在函數get_CustProtrecvcmd()中，獲取符合自定義協(xié)議指令時(shí)會(huì )頻繁調用該函數，對串口接收區的數據進(jìn)行篩選。

　　3.3 自定義協(xié)議的數據檢查及校驗

　　構造函數：CmdCheck(CustProt_recvcmd)

　　輸入：接收指令數組 CustProt_recvcmd。

　　說(shuō)明：函數會(huì )對接收指令數組中的數據碼和校驗碼2個(gè)類(lèi)型的數據格式進(jìn)行判斷。不符合自定義協(xié)議時(shí)將清空指令數組，回復錯誤碼，并重新開(kāi)始獲取指令。

　　3.4 指令數據解析

　　構造函數：CmdHandle(CustProt_recvcmd)

　　輸入：接收指令數組 CustProt_recvcmd。

　　說(shuō)明：函數根據指令中的功能碼，分類(lèi)處理指令數據，如數字數據和字符串數據。

　　3.5 執行指令功能

　　3.5.1 讀變量數據功能

　　構造函數：_ReadvariableReturnCmd (Addr)

　　調用函數：hmt.readvp16(Addr)\hmt.readvp32(Addr)\hmt.readvpstr(Addr)等。

　　輸入：自定義協(xié)議中指令的地址數據。

　　說(shuō)明：當功能碼為“0x01”時(shí)使用該函數處理，函數將根據指令中的地址類(lèi)型，分類(lèi)調用hmt讀變量函數，讀回數據并存儲在回復指令數組，最后通過(guò)串口發(fā)送返回。

　　調用函數：hmt.putchar(byte)

　　輸入：指令字節數據。

　　說(shuō)明：讀取后回復指令時(shí)，會(huì )頻繁調用該函數，將回復指令數組中的數據通過(guò)串口發(fā)送。

　　3.5.2 寫(xiě)變量數據功能

　　構造函數：_Writevariable(addr, value)

　　_Writevariable1(addr, strvalue)

　　調用函數：hmt.writevp16(Addr, value)\hmt.writevp32(Addr, value)\hmt.writevpstr(Addr, strvalue)等。

　　輸入：“Addr”自定義協(xié)議中指令的地址數據，“value/strvalue”自定義協(xié)議中需要寫(xiě)入變量的數字數據或字符串數據。

　　說(shuō)明：當功能碼為“0x02”時(shí)使用該函數處理，函數將根據指令中的地址類(lèi)型，分類(lèi)調用hmt寫(xiě)變量函數，將數字數據或字符串數據寫(xiě)入相應的變量。

　　調用函數：string.char(byte)

　　輸入：接收自定義指令中的字節。

　　輸出：字符數據。

　　使用說(shuō)明：寫(xiě)入字符串變量時(shí)，需要通過(guò)該函數將數字指令數據轉成字符數據寫(xiě)入變量?？梢耘浜献址B接符“..”轉成字符串數據。

　　3.5.3 工程跳頁(yè)功能

　　調用函數：hmt.changepage(pageid)

　　輸入：“pageid”自定義協(xié)議中指令的頁(yè)面ID信息。

　　使用說(shuō)明：當功能碼為“0x03”時(shí)使用該函數處理，CmdHandle中會(huì )處理自定義指令中雙字節的ID信息為數字數據，然后將數字數據傳入該函數，跳轉到指定頁(yè)面。

　　3.5.4 設置屏幕背光功能

　　定義數組：setBLcmd = {0x5F, 0x00}

　　類(lèi)型：局部數組，在函數CmdHandle中定義。

　　說(shuō)明：函數CmdHandle會(huì )將自定義指令中亮度值傳入數組setBLcmd的第二個(gè)字節;配合hmt庫函數hmt.runcmd(cmdtable, len)使用，用以執行內部調光指令。

　　調用函數：hmt.runcmd(cmdtable, len)

　　輸入：“cmdtable”內部指令數組，“l(fā)en”調用數組長(cháng)度。

　　使用說(shuō)明：當功能碼為“0x04”時(shí)使用該函數處理，調用局部數組setBLcmd，執行自定義協(xié)議的調節背光功能。

　　五. 結語(yǔ)

　　本文所介紹的使用勛瑞光電智能液晶顯示模塊測試通信協(xié)議，旨在引出通信協(xié)議實(shí)現的一種思路，因為工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)智能家居、環(huán)境監控、數據安全等領(lǐng)域，應用層的功能設計很大程度會(huì )影響甚至決定協(xié)議層的數據傳輸格式。

　　智能顯示模塊HMI的串口自定義協(xié)議通信的實(shí)現，用戶(hù)可以按照自己的需求靈活設計協(xié)議規則，控制產(chǎn)品實(shí)現期望功能，在一定程度上為應用的功能設計提供了新的解決方案。