一种基于多路串口通信的电阻快速测量系统设计

2020-06-11周政尹

电子技术与软件工程 2020年1期

文/周政尹

（无锡市第五人民医院江苏省无锡市 214001）

1 引言

TRMD 是一款成熟的电阻测量模块，上位机可通过RS232 接口实时读取电阻测量值。在一种实际工业应用中，需要快速测量12 路被测体，要求在探针接触被测体的200 毫秒时间内至少读取4次电阻值。串口通信在速率和并行处理方面都有一定局限性，本文对多路串口的并行处理进行了研究，并设计开发了相应的上位机软件进行试验，达到了预期的测量效果。

2 测量原理

本系统硬件部分采用12 个TRMD 电阻测量模块，上位机采WINFORM 程序读取测量值。在电阻测量过程中，被测体在流水线上定时滚动，测量探针通过机械装置同频率按压被测体，测量模块即在按压过程中检测到相应的电阻值。由于电阻值会受探针和被测体接触面的影响，因此在按压过程中监测到的电阻值是波动的。显然，在探针刚接触被测体的时候接触面比较小，测到的电阻值会偏大，同理，在探针离开被测体的时候存在同样的问题，理论上在探针稳定按压在被测体上的时候，测量值是最准确的。因此在一次按压过程中，要求电阻测量模块快速读取到多次电阻值，经测算，从探针按压被测体的200 毫秒时间内，假如能读取4 次以上的值，我们认为可以测量到相对准确的值，我们取其中最小的值作为最佳测量值。

一次测量过程如图1 所示。

3 物理设计

基于上述测原理。我们利用12 个TRMD 模块来分别测量12路被测体，多路串口并发处理一般考虑用RS232 转485 接口后接到上位机，然后通过WINFORM 程序读取。由于485 接口是串行处理的，在读取12 路电阻值的时候，程序必须通过排队的方式依次读取。TRMD 模块的理论读取速度是40 次/秒，亦即每次耗时25ms，12 路的读取时间为300ms，加上数据处理时间，则一次耗时在300ms 以上，显然满足不了实际应用的速度。为此，考虑采用多路串口独立连接上位机进行并行处理的模式。

如图2 所示，每个TRMD 模块通过RS232 转USB 转接线独立连接上位机的USB 集线器，这样上位机（多核处理器）可以并行读取每一路的电阻值。

4 通信设计

图1：一次测量过程

图2：物理架构图

图3：快速读取过程

如上所述，在一次测量中探针从接触被测体到离开被测体，由于接触面积的变化，测量到的电阻值会变化，在这个过程中我们要求尽可能快速读取多次电阻值，并取其中的最小值，这样的测量结果就更精确。因此通信过程的设计目标是在200ms 左右的探针接触被测体时间内既能保证通信质量，有要提高读取速度。这里我们采用“即到即发”的原则，即一旦接收到上一次数据则立即发送指令读取下一个数据。

如图3 所示，首次发送读取指令后，DataReceive 事件监测数据接收情况，一旦接收到数据则立即发送读取指令。为防止通信中断或异常，在数据接收超时的情况下通过计时器进行补发指令。经实验测试，每一路每秒可接收25 个左右数据包，且数据包未出现质量异常（长度符合协议规定长度，CRC 校验正常）。

5 软件实现

基于上述物理设计和通信设计，我们设计了相应的软件模块。针对多路独立的测量通道，我们用独立的软件读取模块负责收发数据，然后传递给主程序进行数据处理。

如图4 所示，各个子程序独立连接相应的TRMD 数据通道，快速读取被测体电阻值后发送给主程序。主程序负责异步接收来自各个子程序的测量数据，主程序的核心任务就是解析并处理这些数据，主要分两个环节：计算最小值和判断测量间隔。在程序中，我们定义两个数组CURRENT[12]和LOWEST[12]，分别用于保存当前电阻值和最小电阻值。定义电阻无效值为IVAL，保存标志位SAVED，以下伪代码描述了这两个环节的处理过程：

接收到来自第N 路数据;