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　　一. HMI與通訊協(xié)議

　　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，HMI(人機(jī)界面)的應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛。通過勛瑞光電的智能液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)的自定義通信協(xié)議能在一定程度上維護(hù)企業(yè)的數(shù)據(jù)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)議不兼容問題。

　　HMI的串口通信規(guī)則，除了標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議產(chǎn)品，大多都是根據(jù)原廠制定的協(xié)議規(guī)則進(jìn)行。然而許多企業(yè)也有其各自的通信規(guī)則及報(bào)文格式，在配套使用HMI開發(fā)應(yīng)用時(shí)，企業(yè)希望保留或使用自己的功能特性和數(shù)據(jù)交互規(guī)則，用以匹配自己協(xié)議的應(yīng)用開發(fā)。

　　基于此，勛瑞光電的HMI串口屏有一套較為成熟的設(shè)計(jì)方案。本文將介紹智能顯示模塊 HMT050DTA-D 如何基于LUA腳本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，在原廠提供的庫函數(shù)中，有開放串口控制類的API，通過這些API函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)的自定義通信協(xié)議設(shè)計(jì)。

　　二. 自定義通訊協(xié)議

　　此次設(shè)計(jì)將通過勛瑞光電的智能液晶屏HMI的串口，配合LUA程序，應(yīng)用串口控制類API，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)協(xié)議通信功能。

　　HMI串口通信協(xié)議，常見的報(bào)文格式一般由“幀頭”、“長度碼”、“功能碼”、“參數(shù)數(shù)據(jù)信息”、“幀尾”、“校驗(yàn)碼”幾個(gè)部分組成。通信過程中，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)查詢串口的數(shù)據(jù)接收，獲取符合協(xié)議的報(bào)文數(shù)據(jù)，執(zhí)行規(guī)定的指令功能。

　　如下“表2-1：自定義協(xié)議通信報(bào)文格式”，定義了一種常見的通信報(bào)文格式。(硬件串口參數(shù)說明：波特率“115200”;數(shù)據(jù)位“8”;停止位“1”;校驗(yàn)如下表)

　　*1. 指令長度碼，計(jì)算“命令碼”到“校驗(yàn)碼”中所有數(shù)據(jù)的字節(jié)總數(shù)。

　　*2. 指令地址、數(shù)據(jù)、參數(shù)信息，是多字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)都是高位在前，低位在后。

　　*3. 指令校驗(yàn)碼，計(jì)算“幀頭”到“幀尾”中所有的數(shù)據(jù)的ModbusCRC-16校驗(yàn)。

　　三. 功能需求分析

　　1. HMI原通信協(xié)議屏蔽

　　目前使用的型號(hào)HMT050DTA-D默認(rèn)是TOPWAY協(xié)議通信的，存在指令錯(cuò)誤碼回復(fù)機(jī)制。因此在自定義協(xié)議通信過程中，如果沒有屏蔽原協(xié)議，可能會(huì)存在串口占用，回復(fù)數(shù)據(jù)混亂的情況。所以在設(shè)計(jì)自己協(xié)議通信時(shí)首先要把原廠的協(xié)議屏蔽，避免數(shù)據(jù)沖突。

　　2. 接收指令數(shù)據(jù)處理與解析回復(fù)

　　獲取串口數(shù)據(jù)后，需要提取符合自定義協(xié)議規(guī)則的指令以便后續(xù)對(duì)指令進(jìn)行解析并執(zhí)行指令功能。因此需要定義接收指令數(shù)組，用以存儲(chǔ)串口中符合協(xié)議規(guī)則的指令數(shù)據(jù)。

　　協(xié)議通信中，也存在指令回復(fù)功能，比如讀取/訪問地址數(shù)據(jù)的指令。在解析完接收到的指令后，我們要對(duì)部分指令進(jìn)行響應(yīng)，所以需要定義回復(fù)指令數(shù)組，對(duì)讀取/訪問操作的指令進(jìn)行回復(fù)。

　　3. 協(xié)議通信指令功能要求

　　在LUA程序設(shè)計(jì)中，需要實(shí)現(xiàn)的功能板塊有：①從串口接收區(qū)中獲取符合規(guī)定自定義規(guī)則的指令，存儲(chǔ)在接收指令數(shù)組;②調(diào)用接收到的指令數(shù)據(jù)，對(duì)指令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析;③調(diào)用相應(yīng)的功能處理函數(shù)，執(zhí)行指令功能。對(duì)于讀取/訪問信息類的指令，還需要操作串口發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行回復(fù)。

　　解析的指令目前主要實(shí)現(xiàn)4功能板塊。①功能碼“0x01”：訪問/讀取變量數(shù)據(jù);②功能碼“0x02”：改寫變量數(shù)據(jù);③功能碼“0x03”：工程顯示跳頁;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(xiàn)自定義協(xié)議

　　1. 屏蔽原廠通信協(xié)議

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

　　調(diào)用函數(shù)：hmt.bypass(is)

　　輸入：參數(shù)“is”使能開關(guān)。

　　使用說明：當(dāng)“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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　2.1 接收指令數(shù)組

　　定義數(shù)組：CustProt_recvcmd = {}

　　類型：全局?jǐn)?shù)組，初始化時(shí)定義。

　　說明：存儲(chǔ)串口接收區(qū)中符合協(xié)議規(guī)則的指令數(shù)據(jù)。接收指令數(shù)據(jù)過程中，如過不符合定義的規(guī)則，需清空接收數(shù)組。

　　2.2 回復(fù)指令數(shù)組

　　定義數(shù)組：CustProt_sendcmd = {}

　　類型：全局?jǐn)?shù)組，初始化時(shí)定義。

　　說明：根據(jù)協(xié)議規(guī)則，存儲(chǔ)需要通過串口進(jìn)行回復(fù)的指令數(shù)據(jù)。發(fā)送完成后清空數(shù)組。

　　3. 自定義協(xié)議設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　LUA程序設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)功能見流程圖4-2。

　　3.1 檢查串口接收區(qū)數(shù)據(jù)

　　調(diào)用函數(shù)：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(qū)存在數(shù)據(jù)。

　　使用說明：使用該函數(shù)判斷串口接收區(qū)是否存在數(shù)據(jù)。等于0時(shí)再去執(zhí)行指令獲取函數(shù)。

　　3.2 獲取符合自定義協(xié)議的指令數(shù)據(jù)

　　構(gòu)造函數(shù)：get_CustProtrecvcmd()

　　輸出：接收指令數(shù)組 CustProt_recvcmd。

　　說明：將符合自定義協(xié)議的指令存儲(chǔ)在全局的接收指令數(shù)組;期間會(huì)對(duì)指令中幀頭、幀尾、長度碼3種類型的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行判斷。不符合自定義協(xié)議時(shí)將清空指令數(shù)組。

　　調(diào)用函數(shù)：hmt.getchar()

　　輸出：串口接收隊(duì)列的第一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　使用說明：在函數(shù)get_CustProtrecvcmd()中，獲取符合自定義協(xié)議指令時(shí)會(huì)頻繁調(diào)用該函數(shù)，對(duì)串口接收區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。

　　3.3 自定義協(xié)議的數(shù)據(jù)檢查及校驗(yàn)

　　構(gòu)造函數(shù)：CmdCheck(CustProt_recvcmd)

　　輸入：接收指令數(shù)組 CustProt_recvcmd。

　　說明：函數(shù)會(huì)對(duì)接收指令數(shù)組中的數(shù)據(jù)碼和校驗(yàn)碼2個(gè)類型的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行判斷。不符合自定義協(xié)議時(shí)將清空指令數(shù)組，回復(fù)錯(cuò)誤碼，并重新開始獲取指令。

　　3.4 指令數(shù)據(jù)解析

　　構(gòu)造函數(shù)：CmdHandle(CustProt_recvcmd)

　　輸入：接收指令數(shù)組 CustProt_recvcmd。

　　說明：函數(shù)根據(jù)指令中的功能碼，分類處理指令數(shù)據(jù)，如數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和字符串?dāng)?shù)據(jù)。

　　3.5 執(zhí)行指令功能

　　3.5.1 讀變量數(shù)據(jù)功能

　　構(gòu)造函數(shù)：_ReadvariableReturnCmd (Addr)

　　調(diào)用函數(shù)：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(shù)據(jù)。

　　說明：當(dāng)功能碼為“0x01”時(shí)使用該函數(shù)處理，函數(shù)將根據(jù)指令中的地址類型，分類調(diào)用hmt讀變量函數(shù)，讀回?cái)?shù)據(jù)并存儲(chǔ)在回復(fù)指令數(shù)組，最后通過串口發(fā)送返回。

　　調(diào)用函數(shù)：hmt.putchar(byte)

　　輸入：指令字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　說明：讀取后回復(fù)指令時(shí)，會(huì)頻繁調(diào)用該函數(shù)，將回復(fù)指令數(shù)組中的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送。

　　3.5.2 寫變量數(shù)據(jù)功能

　　構(gòu)造函數(shù)：_Writevariable(addr, value)

　　_Writevariable1(addr, strvalue)

　　調(diào)用函數(shù)：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(shù)據(jù)，“value/strvalue”自定義協(xié)議中需要寫入變量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或字符串?dāng)?shù)據(jù)。

　　說明：當(dāng)功能碼為“0x02”時(shí)使用該函數(shù)處理，函數(shù)將根據(jù)指令中的地址類型，分類調(diào)用hmt寫變量函數(shù)，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或字符串?dāng)?shù)據(jù)寫入相應(yīng)的變量。

　　調(diào)用函數(shù)：string.char(byte)

　　輸入：接收自定義指令中的字節(jié)。

　　輸出：字符數(shù)據(jù)。

　　使用說明：寫入字符串變量時(shí)，需要通過該函數(shù)將數(shù)字指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成字符數(shù)據(jù)寫入變量。可以配合字符串連接符“..”轉(zhuǎn)成字符串?dāng)?shù)據(jù)。

　　3.5.3 工程跳頁功能

　　調(diào)用函數(shù)：hmt.changepage(pageid)

　　輸入：“pageid”自定義協(xié)議中指令的頁面ID信息。

　　使用說明：當(dāng)功能碼為“0x03”時(shí)使用該函數(shù)處理，CmdHandle中會(huì)處理自定義指令中雙字節(jié)的ID信息為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳入該函數(shù)，跳轉(zhuǎn)到指定頁面。

　　3.5.4 設(shè)置屏幕背光功能

　　定義數(shù)組：setBLcmd = {0x5F, 0x00}

　　類型：局部數(shù)組，在函數(shù)CmdHandle中定義。

　　說明：函數(shù)CmdHandle會(huì)將自定義指令中亮度值傳入數(shù)組setBLcmd的第二個(gè)字節(jié);配合hmt庫函數(shù)hmt.runcmd(cmdtable, len)使用，用以執(zhí)行內(nèi)部調(diào)光指令。

　　調(diào)用函數(shù)：hmt.runcmd(cmdtable, len)

　　輸入：“cmdtable”內(nèi)部指令數(shù)組，“l(fā)en”調(diào)用數(shù)組長度。

　　使用說明：當(dāng)功能碼為“0x04”時(shí)使用該函數(shù)處理，調(diào)用局部數(shù)組setBLcmd，執(zhí)行自定義協(xié)議的調(diào)節(jié)背光功能。

　　五. 結(jié)語

　　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(xiàn)的一種思路，因?yàn)楣I(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)智能家居、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)安全等領(lǐng)域，應(yīng)用層的功能設(shè)計(jì)很大程度會(huì)影響甚至決定協(xié)議層的數(shù)據(jù)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(xiàn)，用戶可以按照自己的需求靈活設(shè)計(jì)協(xié)議規(guī)則，控制產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)期望功能，在一定程度上為應(yīng)用的功能設(shè)計(jì)提供了新的解決方案。