CN102664781B - 一种多节点rs485总线数据发送权的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：选取分时复用的时间周期T，作为系统数据延迟的最大允许时间；根据系统内部RS485总线的节点数，将时间周期T分成N份时间段，再根据各节点发送数据量的多少，确定每一份时间段tn的取值；在一个时间周期T内，每一份时间段tn对应选定一个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；重复上一步。本发明使用较少的硬件资源，在只利用RS485通讯两条信号线的基础上，以较少的总线控制命令，实现RS485数据总线的时分复用功能，使总线上每一个节点均能平等地发送数据。

Description

一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法
技术领域
本发明涉及多节点RS485通讯控制领域，尤其是一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法。
背景技术
RS485是一种USART串口的电平协议，它通常只利用两条信号线进行工作，即利用两条线上的电压差来表示数据信息。它可以进行多节点通讯，然而它是半双工通讯，在同一时间点只能有一个数据发射端，其他节点只能作为接收端。RS485总线上多个驱动板要能够同步协调实现整个路口信号灯的控制，因此其时间同步、有序通讯至关重要，在软件设计上需保证信号灯状态切换的时间同步不紊乱，通讯消息的收发有序不冲突以及通讯数据包的完整性。
通常RS485总线上可以有2个以上的节点，在同一时刻只能一个作为发送终端。通常的工作方式，用一个终端作为主节点，作为管理节点，对其他节点的收发进行管理，确保同一时间内，只有一个节点获得RS485总线发送权。目前，还没有出现各个节点以某个时间段作为循环，平等、轮流获得总线的发送权。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用分时复用的方式、使RS485总线上每一个节点均能平等地发送数据的多节点RS485总线数据发送权的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）选取分时复用的时间周期T，作为系统数据延迟的最大允许时间；
（2）根据系统内部RS485总线的节点数，将时间周期T分成N份时间段，再根据各节点发送数据量的多少，确定每一份时间段tn的取值；
（3）在一个时间周期T内，每一份时间段tn对应选定一个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；
（4）重复步骤（3）。
由上述技术方案可知，本发明使用较少的硬件资源，在只利用RS485通讯两条信号线的基础上，以较少的总线控制命令，实现RS485数据总线的时分复用功能，使总线上每一个节点均能平等地发送数据。总线上每个节点均是平等地，配上数据包中的地址，可以向其他任意一个节点发送数据。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是本发明的周期时间轴示意图；
图3是本发明的冲突区域示意图。
具体实施方式
一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）选取分时复用的时间周期T，作为系统数据延迟的最大允许时间；（2）根据系统内部RS485总线的节点数，将时间周期T分成N份时间段，再根据各节点发送数据量的多少，确定每一份时间段tn的取值；（3）在一个时间周期T内，每一份时间段tn对应选定一个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；（4）重复步骤（3）。如图1所示。
如图2所示，不同系统对通讯数据延迟有不同的需求，选取一个合适的时间周期T作为分时复用的循环周期，这个时间周期T就是系统数据延迟的最大允许时间。然后依据系统内部RS485总线的节点数，把周期T分成N份时间段，每一份时间段tn可以不同，根据各节点发送数据量的多少而定。设定在一个时间周期T内，0～t1时间段中，第1个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；t1～（t1+t2）时间段中，第2个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；以此类推，直到（t1+……+t（N-1））～（t1+……+tN）时间段中，第N个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态。一个时间周期T结束后，再重新循环，第1个节点再次获得总线发送权。所述的时间周期T的取值范围为3～100s，时间周期T大于3s，最大值理论上无限大，实际上受地址编码和驱动能力限制，通常在100s以内。
如图1、2所示，一般情况下，各节点发送数据量相等，所述的每一份时间段tn的取值相同。在每一份时间段tn结束之后，均预留一个时间间隔tV,再开始下一时间段的计时。在每一个时间周期T的结束点预留一个冗余时间段tr,,再进入下一轮时间周期的循环。第1节点获得RS485总线控制权，增加预留时间间隔tV，第2节点获得RS485总线控制权，增加预留时间间隔tV，依次类推，第n个节点获得总线控制权，增加预留时间间隔tV,时间周期T结束时增加预留冗余时间段tr，之后进入下一轮的循环。时间间隔tV和冗余时间段tr的单位均为ms。
选择一个节点作为校时节点，在系统工作一定时间后，校时节点在自己的发送时间段再发送一次校时命令，各个节点再重新调整时间轴归零，继续进行总线通讯工作。
以下结合图1、2、3对本发明作进一步的说明。
RS485总线在工作的时候，由于各节点是独自计时，时间轴有偏差，可能出现当某一个节点计时到已经到达自己的发送时间段tn时，而上一个节点的计时比较慢，还处于它t(n-1)的时间段，尚未释放总线发送权，此时这个节点若发送数据，必会导致总线混乱，出现误码。以上这种分时复用的RS485总线通讯方式，实现的关键是需要对各个节点做时间同步，保证各个节点有一个统一的时间轴。所以可以定义在每一个时间段结束之后，预留一个很短的时间间隔tv，再开始计时下一时间段。然后在周期结束点预留一个冗余时间段tr，以保证数据通讯的可靠性。tv值的选择视系统各节点时间精度而定，在保证数据完整性的基础上，根据波特率的大小和数据包的大小，合理选择预留时间间隔tV的大小。
RS485总线系统开始工作时，所有节点处于接收状态，假设校时节点为节点1，节点1开始自己计时，先向总线上发送一个简单的校时命令，之后节点1把自己的时间轴调整为0开始，其他节点接收到校时命令后，也各自把自己的时间轴调整为0开始。之后各节点独立计时，当到达自己的发送时间段时，若有数据即可发送，自己的发送时间段结束时，立即释放总线，回到接收状态，一个周期T结束后周而复始。每个RS485总线上的节点均有自己的计时器，但是每个计时器都是有误差的，不可能一样。所以系统工作一定时间后，各节点时间轴就会偏移，导致RS485数据总线发送错误的现象。所以经过一定时间后（时间视各节点计时器精度而定），校时节点在自己的发送时间段再发送一次校时命令，各个节点再重新调整时间轴归0，继续进行总线通讯工作。
由于采用时分复用的方式，会增加数据的滞后性，数据延时最大几乎达到时间周期T，为了减小数据延时，必须减小时间周期T，时间周期T减小，每一时间段也必须减小，各节点每次允许发送的数据量也会减小，有必要增大RS485数据总线的波特率，来增加每次允许发送的数据量，所以波特率尽量选大的。
图3表示的是运用本发明所能避免的冲突效果示意图。由标准时间节点1总线占有时序及提前时间节点2总线占有时序对比可发现，若无标注2表示的时间间隔tv，则在标注4部分就会出现一个冲突区域，导致数据收发无序，进而发生冲突。这个冲突主要体现在当前周期节点与下一周期下个节点之间的冲突。结合标准时间节点1总线占有时序及滞后时间的末节点总线占有时序，主要表示当前周期节点与上个周期末节点之间的收发时间冲突。

Claims (1)

1.一种多节点RS485总线数据发送权的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）选取分时复用的时间周期T，作为系统数据延迟的最大允许时间；
（2）根据系统内部RS485总线的节点数，将时间周期T分成N份时间段，再根据各节点发送数据量的多少，确定每一份时间段tn的取值；
（3）在一个时间周期T内，每一份时间段tn对应选定一个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；
（4）重复步骤（3）；
在每一份时间段tn结束之后，均预留一个时间间隔tV,再开始下一时间段的计时；在每一个时间周期T的结束点预留一个冗余时间段tr,再进入下一轮时间周期的循环；时间间隔tV和冗余时间段tr的单位均为ms；
设定在一个时间周期T内，0～t1时间段中，第1个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；t1～（t1+t2）时间段中，第2个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；以此类推，直到（t1+……+t（N-1））～（t1+……+tN）时间段中，第N个节点获得RS485总线发送权，其他节点处于接收状态；一个时间周期T结束后，再重新循环，第1个节点再次获得RS485总线发送权；
选择一个节点作为校时节点，在系统工作一定时间后，校时节点在自己的发送时间段再发送一次校时命令，各个节点再重新调整时间轴归零，继续进行总线通讯工作；
所述的时间周期T的取值范围为3～100s；
在保证数据完整性的基础上，根据波特率的大小和数据包的大小，选择预留时间间隔tV的大小。
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