CN103546354B - 基于物联网电力测温设备的rs485与can总线兼容的通信方法 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网电力测温设备的RS485与CAN总线兼容的通信方法，采用为RS485与CAN总线规定统一的主从设备规则、网络地址分配规则、帧格式、数据包格式、总线资源分配规则、保留字规则的方法，首先定义网络主设备和从设备，然后定义网络地址、帧格式、数据包格式、总线资源分配、保留字，指定RS485与CAN总线网络中一个节点作为主设备，其他所有节点作为从设备；主设备负责总线资源分配；从设备中存储一个变量，用于记录当前总线类型；使两种总线能够使用统一的方法进行通信，本方法对RS485和CAN总线兼容性好，同时应用层不必关心硬件设备类型，可避免同一种设备开发两套软件的造成的时间浪费，同时，也可降低系统复杂度，减小错误几率，节省开发和维护环节的成本。

Description

基于物联网电力测温设备的RS485与CAN总线兼容的通信方法

技术领域

本发明涉及基于物联网电力测温设备的通信方法，特别涉及基于物联网电力测温设备的能够同时兼容RS485与CAN总线的通信的通信方法，本发明可扩展应用至物联网、工业控制及其他领域中使用RS485与CAN总线进行通信的设备。

背景技术

随着物联网技术的深入发展，物品管理、设备运行监控已成为物联网的重要前端技术。利用SAW-RFID实现设备运行时的时时监控，可令电力运营部门预测故障，提前解决问题，避免了故障发生时带来的巨额经济损失以及人员伤亡。

利用SAW-RFID测温设备进行测温的原理是：随着标签温度的改变，标签的响应频点也会按一定规律变化。首先测温设备向标签发射射频信号，接下来测量标签返回的射频信号，然后对接收到的射频信号进行分析处理，得到标签的响应频点。最终将标签的响应频点转换为对应的温度。

在物联网领域中的设备之间，通常使用RS485总线或CAN总线进行通信。其中，RS485总线应用较早，应用范围较广，在成熟产品中使用率较高。但在技术不断发展的今天，RS485总线也面临着传输速率慢、传输距离短、误码率高，无总线资源硬件仲裁功能诸多缺点。CAN总线是一种较新型的串行总线，其优点是：传输速率较快，可达1Mbps；传输距离长，最长可达10公里；可靠的数据处理与检错机制；自带总线资源硬件仲裁功能。但目前在物联网领域中，CAN总线普及率不高。所以，目前的物联网设备往往同时带有RS485、CAN两套通信接口。

依据ISO/OSI网络分层模型，RS485总线与CAN总线只规定了物理层与数据链路层这两个底层通讯协议，没有规定高层通信协议，导致应用这两种总线的设备需要独立开发两套软件，分别实现以上两种总线的高层通信协议。本发明是一套能同时兼容RS485总线与CAN总线的基于高层通信协议的实现方法。应用本发明，同一设备只需开发一套软件即可同时支持RS485总线与CAN总线，极大的降低了软件开发成本。

发明内容

鉴于上述现有技术现状，本发明提供一种基于物联网电力测温设备的RS485与CAN总线兼容的通信方法。本方法采用为RS485与CAN总线规定统一的主从设备规则、网络地址分配规则、帧格式、数据包格式、总线资源分配规则、保留字规则等方法，使两种总线能够使用统一的方法进行通信

本发明所采取的技术方案是：一种基于物联网电力测温设备的RS485与CAN总线兼容的通信方法，其特征在于，在应用层使用一套实现方法，即可使设备同时支持RS485与CAN总线；

所述方法包括如下步骤：

（1）、定义网络主设备和从设备：

指定RS485与CAN总线网络中一个节点作为主设备，其他所有节点作为从设备；主设备负责总线资源分配；从设备中存储一个变量，用于记录当前总线类型；

（2）定义网络地址：

总线网络中地址范围从0～255，分别为以下节点分配地址：主设备地址、从设备地址范围、广播地址；

（3）定义帧：

定义总线中数据传输的最小单位叫做帧，每帧固定包含8字节数据；定义若干帧组成的一个包含完整意义的结构叫做数据包；帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+4字节的的数据；

上述定义中，“数据包信息”字节中的第7位表示数据包类型，0表示单帧数据包，1表示多帧数据包；数据包的长度小于等于4字节的数据包叫做单帧数据包；数据包长度大于4字节的数据包叫做多帧数据包；多帧数据包分为头帧与数据帧；“数据包信息”字节中的第0～6位用于标记数据包ID；

多帧数据包中，头帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+1字节的数据包ID+1字节的数据包字节长度+2字节的数据包校验值；

多帧数据包的头帧中，“数据包信息”字节固定为0xFF；

多帧数据包中，数据帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+4字节的数据；

上述定义中，“数据包信息”的第0～6位表示数据帧编号；多帧数据包中，每个数据帧都拥有唯一编号；多帧数据包中，“数据包信息”的第7位固定为1；

（4）定义数据包：

一组帧可组成一个包含完整意义的数据包；数据包格式定义如下：

1字节的源地址+1字节的目的地址+1字节的数据包ID+若干字节的数据；

（5）接收数据包：

接收数据包的流程如下：

a、计算帧校验值，若校验不通过，则抛弃本帧；

b、若目的地址不是本机地址或广播地址，则抛弃本帧；

c、若数据包类型为单帧数据包，则直接接收数据，得到一个完整的数据包；

d、若数据包类型为多帧数据包，则从头帧中获取数据包ID、数据包长度、数据包校验值，然后依次接收数据帧，最后校验数据包校验值，得到一个完整的数据包；若接收过程中帧编号不正确或数据包校验值不正确，则抛弃本数据包中的所有帧；

（6）总线资源分配规则：

CAN总线具有硬件自仲裁功能；RS485总线需要定义软件总线资源分配方法；RS485总线资源分配方法描述如下：

a、总线中，每个从设备都具有唯一的地址；主设备上电时先执行初始化过程：首先向广播地址发送ID为“扫描”的单帧数据包，然后，主设备轮流向0~255范围内的每个地址点名，各从设备依次向主设备应答本从设备地址；主设备确认当前总线中存在的所有地址，完成初始化；

b、完成初始化后，主设备以时间片为单位，轮流向每个地址点名；被点到名的地址获得总线占用权，点名操作占用2字节，数据格式为：1字节点名关键字+1字节点名地址；一旦其他地址被点名，当前地址立即失去总线占用权；

（7）保留字：

RS485总线中保留1字节数据作为点名关键字；若数据包中的数据字段中存在点名关键字，则将其转义后才能传输。

本发明的有益效果是：优化设计之后的标签用于物联网电力测温设备中，对RS485和CAN总线兼容性好，同时应用层不必关心硬件设备类型。可避免同一种设备开发两套软件的造成的时间浪费。同时，也可降低系统复杂度，减小错误几率，节省开发和维护环节的成本。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合实施例详细描述本发明：

1）、定义网络主设备和从设备：

RS485与CAN总线均属于半双工通信，两者在物理上均属于总线型网络，在逻辑上属于星型网络。在物联网电力测温设备(WL-002)中，包含上位机控制端及若干通过串行总线网络与上位机连接的读卡器。因此，指定网络中的上位机控制端为主设备，所有读卡器作为从设备。主设备负责总线资源分配，从设备中存储1字节无符号变量cMask，初始值为0，用于记录当前总线类型。主设备向总线发送数据时，从设备根据触发的中断类型，设置该变量的不同标记位：当触发RS485中断时，置cMask变量的第0位为1；当触发CAN中断时，置cMask变量的第1位为1。此后，根据cMask变量的位标记执行不同的操作流程。

2）定义网络地址：

总线网络中地址范围从0x00～0xFF，分配如下：

0x00：为扩展保留

0x01：广播地址

0x02～0xD0：从设备地址

0xD1～0xF0：为扩展保留

0xF1：主设备地址

0xF2～0xFF：为扩展保留

3）定义帧：

定义总线中数据传输的最小单位叫做帧，每帧固定包含8字节数据。定义若干帧组成的一个包含完整意义的结构叫做数据包。

帧格式定义如下：

目的地址(1字节)+源地址(1字节)+数据包信息(1字节)+帧校验值(1字节)+数据(4字节)；

若当前总线类型为CAN，由于总线协议规定每帧数据的长度为8字节，因此，数据直接按帧格式填充。若当前总线类型为RS485，则将数据按上述帧格式分割为若干帧。

上述定义中，“数据包信息”字节中的第7位表示数据包类型，0表示单帧数据包，1表示多帧数据包。数据包的长度小于等于4字节的数据包叫做单帧数据包。数据包长度大于4字节的数据包叫做多帧数据包。多帧数据包分为头帧与数据帧。“数据包信息”字节中的第0～6位用于标记数据包ID。

多帧数据包中，头帧格式定义如下：

目的地址(1字节)+源地址(1字节)+数据包信息(1字节)+帧校验值(1字节)+数据包ID(1字节)+数据包长度(1字节)+数据包校验值(2字节)；

多帧数据包的头帧中，“数据包信息”固定为0xFF。

多帧数据包中，数据帧格式定义如下：

目的地址(1字节)+源地址(1字节)+数据包信息(1字节)+帧校验值(1字节)+数据(4字节)

上述定义中，“数据包信息”的第0～6位表示数据帧编号。多帧数据包中，每个数据帧都拥有唯一编号。多帧数据包中，“数据包信息”的第7位固定为1。

4）定义数据包：

一组帧可组成一个包含完整意义的数据包。数据包格式定义如下：

源地址(1字节)+目的地址(1字节)+数据包ID(1字节)+数据(若干字节)；

5）接收数据包：

接收数据包的流程如下：

a、计算帧校验值，若校验不通过，则抛弃本帧；

b、若目的地址不是本机地址或广播地址，则抛弃本帧；

c、若数据包类型为单帧数据包，则直接接收数据，得到一个完整的数据包；

d、若数据包类型为多帧数据包，则从头帧中获取数据包ID、数据包长度、数据包校验值，然后依次接收数据帧，最后校验数据包校验值，得到一个完整的数据包。若接收过程中帧编号不正确或数据包校验值不正确，则抛弃本数据包中的所有帧。

6）总线资源分配规则：

CAN总线具有硬件自仲裁功能；RS485总线需要定义软件总线资源分配方法。RS485总线资源分配方法描述如下：

a、总线中，每个从设备都具有唯一的地址。主设备上电时先执行初始化过程：首先向广播地址发送ID为“扫描”的单帧数据包，然后，主设备轮流向0～255范围内的每个地址点名，各从设备依次向主设备应答本从设备地址；主设备确认当前总线中存在的所有地址，完成初始化。

b、完成初始化后，主设备以时间片为单位，轮流向每个地址点名。被点到名的地址获得总线占用权，点名操作占用2字节，数据格式为：0xA0+1字节点名地址。一旦其他地址被点名，当前地址立即失去总线占用权。

7）保留字：

RS485总线中保留1字节数据“0xA0”作为点名关键字。若数据包中的数据字段存在0xA0，则先将其转义，然后才能传输。转义规则定义如下：

数据包中若存在1字节数据“0xA0”，则将其转义为2字节数据“0xBB+0xBC”；数据包中若存在1字节数据“0xBB”，则转义为2字节数据“0xBB+0xBD”。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.一种基于物联网电力测温设备的RS485与CAN总线兼容的通信方法，其特征在于，在应用层使用一套所述方法，即可使设备同时支持RS485与CAN总线；所述方法包括如下步骤：

（1）定义网络主设备和从设备：

指定RS485与CAN总线网络中一个节点作为主设备，其他所有节点作为从设备；主设备负责总线资源分配；从设备中存储一个变量，用于记录当前总线类型；

（2）定义网络地址：

总线网络中地址范围从0～255，将所有节点分配为以下地址：主设备地址、从设备地址范围、广播地址；

（3）定义帧：

定义总线中数据传输的最小单位叫做帧，每帧固定包含8字节数据；定义若干帧组成的一个包含完整意义的结构叫做数据包；帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+4字节的数据；

上述定义中，“数据包信息”字节中的第7位表示数据包类型，0表示单帧数据包，1表示多帧数据包；数据包的长度小于等于4字节的数据包叫做单帧数据包；数据包长度大于4字节的数据包叫做多帧数据包；多帧数据包分为头帧与数据帧；“数据包信息”字节中的第0～6位用于标记数据包ID；

多帧数据包中，头帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+1字节的数据包ID+1字节的数据包字节长度+2字节的数据包校验值；

多帧数据包的头帧中，“数据包信息”字节固定为0xFF；

多帧数据包中，数据帧格式定义如下：

1字节的目的地址+1字节的源地址+1字节的数据包信息+1字节的帧校验值+4字节的数据；

上述定义中，“数据包信息”的第0～6位表示数据帧编号；多帧数据包中，每个数据帧都拥有唯一编号；多帧数据包中，“数据包信息”的第7位固定为1；

（4）定义数据包：

一组帧可组成一个包含完整意义的数据包；数据包格式定义如下：

1字节的源地址+1字节的目的地址+1字节的数据包ID+若干字节的数据；

（5）接收数据包：

接收数据包的流程如下：

a、计算帧校验值，若校验不通过，则抛弃本帧；

b、若目的地址不是本机地址或广播地址，则抛弃本帧；

c、若数据包类型为单帧数据包，则直接接收数据，得到一个完整的数据包；

d、若数据包类型为多帧数据包，则从头帧中获取数据包ID、数据包长度、数据包校验值，然后依次接收数据帧，最后校验数据包校验值，得到一个完整的数据包；若接收过程中帧编号不正确或数据包校验值不正确，则抛弃本数据包中的所有帧；

（6）总线资源分配规则：

CAN总线具有硬件自仲裁功能；RS485总线需要定义软件总线资源分配方法；总线资源分配规则描述如下：

a、总线中，每个从设备都具有唯一的地址；主设备上电时先执行初始化过程：首先向广播地址发送ID为“扫描”的单帧数据包，然后，主设备轮流向0~255范围内的每个地址点名，各从设备依次向主设备应答本从设备地址；主设备确认当前总线中存在的所有地址，完成初始化；

b、完成初始化后，主设备以时间片为单位，轮流向每个地址点名；被点到名的地址获得总线占用权，点名操作占用2字节，数据格式为：1字节点名关键字+1字节点名地址；一旦其他地址被点名，当前地址立即失去总线占用权；

（7）保留字：

RS485总线中保留1字节数据作为点名关键字；若数据包中的数据字段中存在点名关键字，则将其转义后才能传输。