CN105656600A - 一种从站自适应两种通信协议的通信方法 - Google Patents

一种从站自适应两种通信协议的通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从站自适应两种通信协议的通信方法，包括以下步骤：步骤1：串口初始化；包括初始化串口的数据位配置和通信的波特率；步骤2：同步主站通信波特率；步骤3：自动识别通信模式并处理串口数据；检验接收到的串口报文数据的前两个字节，如果前两个字节是OXFF和OXFF，则判定当前通信使用的是PROFIBUS-DP通信协议，调用PROFIBUS-DP处理模块对接收到数据报文进行处理；否则就调用MODBUS-RTU处理模块对接收到数据报文进行处理；该从站自适应两种通信协议的通信方法易于实施，能自动适配2种通信协议进行通信。

Description

一种从站自适应两种通信协议的通信方法
技术领域
本发明涉及一种从站自适应两种通信协议的通信方法。
背景技术
PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，PROFIBUS既适合于自动化系统与现场信号单元的通讯，也可用于可以直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表及设备，对现场信号进行采集和监控，并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用。根据统计，使用PROFIBUS可以使工程总造价降低20～40％。支持PROFIBUS的自控厂商已多达250家，产品2000多种，应用项目20万个，安装的节点达250多万个，设备总价值50亿美元。
PROFIBUS产品的年增长率达25％，是增长最快的现场总线技术。
1989年成立了用户组织，现已有650多个企业成员。
Modbus现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术，modbus既适合于自动化系统与现场信号单元的通讯，也可用于可以直接连接带有接口的变送器、执行器、传动装置和其它现场仪表及设备，对现场信号进行采集和监控，并且用一对双绞线替代了传统的大量的传输电缆，大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用。Modbus以协议开放性，功能强大使用灵活著称。根据统计，使用modbus可以使工程总造价降低20～40％。目前国内智能仪表及智能传感器有50％以上的通讯接口采用modbus协议接口。可以说，PROFIBUS及modbus协议是世界上应用最广泛，产品覆盖面最广的两种现场总线协议。
目前在工业控制及其他领域中的主站设备及从站设备都只一种通信协议(PROFIBUS-DP或MODBUS-RTU)。一条总线上主站是PROFIBUS-DP或MODBUS-RTU协议，所有的从站设备必须要适应主站的通信协议(PROFIBUS-DP或MODBUS-RTU)，如果从站不能适应主站的通信协议。就要多铺设一条总线把所有与主站设备通信协议不匹配的从站设备连接到这条总线上，再通过协议转换器，把其转换成与主站相适应的协议。这样增加了设备成本及施工成本，增加了一个中间环节也使得系统的稳定性降低。
因此，有必要设计一种从站自适应两种通信协议的通信方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从站自适应两种通信协议的通信方法，该从站自适应两种通信协议的通信方法易于实施，能自动适配2种通信协议进行通信。
发明的技术解决方案如下：
一种从站自适应两种通信协议的通信方法，两种通信协议是指PROFIBUS-DP
通信协议和MODBUS-RTU通信协议，包括以下步骤：
步骤1：串口初始化；
包括初始化串口的数据位配置和通信的波特率；
步骤2：同步主站通信波特率；
使用当前波特率接收串口报文并对接收的串口报文进行偶校验，若连续出现N次校验错误，则依次轮询波特率表中的波特率重新设置串口的波特率来接收数据报文，N为大于2的整数；直到能通过偶校验，则完成从站与主站的波特率匹配，按照匹配后的波特率接收串口报文，进入步骤3；
步骤3：自动识别通信模式并处理串口数据；
检验接收到的串口报文数据的前两个字节，如果前两个字节是0XFF和0XFF，则判定当前通信使用的是PROFIBUS-DP通信协议，调用PROFIBUS-DP处理模块对接收到数据报文进行处理；
否则就调用MODBUS-RTU处理模块对接收到数据报文进行处理；
波特率表：
序号 通信波特率 协议
1 9600 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
2 19200 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
3 38400 MODBUS-RTU
4 45.45k PROFIBUS-DP
5 93.75k PROFIBUS-DP
6 115200 MODBUS-RTU
7 187.5k PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
8 3M PROFIBUS-DP
9 6M PROFIBUS-DP
10 12M PROFIBUS-DP
波特率表如上表所示。
步骤1中，将串口初始化为：1bit起始位、8bit数据位、1bit偶校验位、1bit停止位，以波特率表中序号为1的波特率作为当前的通信波特率。
PROFIBUS-DP处理模块的处理过程为：
根据PROFIBUS-DP协议数据采用累加和的方式检验接收到的数据报文是否正确【累加和的方式检验是一种校验方式，所有接收到的数据相或处理，再与校验码进行比较，相等校验通过，否则校验不正确】，再检验报文是不是以0x16(0X16表示16进制的16)结尾【即结尾字节是否等于0X16】，若正确再依据接收到的数据报文中的功能码按PROFIBUS-DP协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站；若不正确，则不做任何处理。主站发送报文格式如下：
MODBUS-RTU处理模块的处理过程为：根据MODBUS-RTU协议数据采用CRC循环的方式检验接收到的数据报文是否正确【CRC为常用校验方式，将接收到数据进行CRC循环校验计算，再与报文中的CRC码(两个字节)进行比较，若相等，则表示校验正确，否则表明接收到的数据错误。】若正确再根据接收到的数据报文中的功能码根据其协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站，若不正确，则不做任何处理。
N＝5。
PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU使用了同样的物理层协议(RS-485)；通信方式都是主从方式，通过主站来轮询每个从站，并都采用一问一答与广播机制。这两种通信协议物理层相同、通信机制雷同及通信接口都是串口，只是数据报文校验方式、报文格式及通信波特率不同。
本发明的特点在于：
1、同步主站通信波特率：将两种协议通信波特率建立在一张通信波特率表中，根据通信波特率表中的波特率来设置串口通信波特率并接收报文数据，依据PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU的报文校验方式来检验接收到数据是否正确，不正确根据波特率表选择下一个波特率，这样依次轮询使用波特率表中的波特率来接收数据报文，直至接收到正确的数据报文，这个波特率设置成当前的通信波特率。使用当前通信波特率连续接收到3个错误数据报文时，重复上述过程来与主站重新匹配通信波特率。
2、区分两种协议：依据两种协议的报文格式及校验方式来区分通信协议1、PROFIBUS-DP报文头有33个二进制的1的同步位。2、MODBUS-RTU开始两个字节分别是地址码及功能码，第一个字节地址码小于与第二字节功能码，且不可能为0XFF，前三个字节都是0XFF就是PROFIBUS-DP，否则有可能是MODBUS-RTU协议。把接收到的数据报文依据上述方式进行检验后发送给不同协议处理模块进行处理。
3、通信协议处理：协议进行分块处理，1、PROFIBUS-DP协议处理模块完成其相应的协议处理，把相应的数据发送各IO模块，根据协议要求发送相应报文的回送信息给主站。2、MODBUS-RTU协议处理模块完成其相应的协议处理，把相应的数据发送个IO模块，根据协议要求发送相应报文的回送信息给主站。这两个协议处理模块完全独立。
同步主站通信波特率：PROFIBUS-DP前33个bit同步位都是1，根据串口初始化设置串口接收一帧数据刚好是11bit，8个数据位偶校验也是为1，所以前33bit同步位能正确通过偶校验，其他的数据帧都能正确通过偶校验；
MODBUS-RTU每一帧都能正确通过偶校验。通过检验数据报文的数据是否能通过偶校验就能判断从站波特率是否与主站通信波特率匹配。不匹配依次轮询使用波特率表中的波特率重新设置串口的波特率来接收数据报文，直至接收到正确的数据报文中的数据能正确通过偶校验。再把这个通信波特率当做当前的通信波特率，使用当前通信波特率连续接收到5个错误数据报文时，重复上述过程来与主站重新匹配通信波特率。
自适应通信协议：根据PROFIBUS-DP前33个bit同步位都是1，把其当作接收三个字节看待(1bit起始位+8bit数据位+1bit偶校验位+1bit停止位＝11bit，虽然串口每次发一个字节需要发11位，实际有用的是8位数据位上的数据)，并且值分别为：0xff、0xff、0xff；而MODBUS-RTU前两个字节对应协议分别是从站地址、功能码，其从站地址根据协议规定小于64，功能码根据协议也没有0XFF。检验数据报文前两个字节如果是0XFF、0XFF就是PROFIBUS-DP通信协议，就调用PROFIBUS-DP处理模块对接收到数据报文进行处理，不是就调用MODBUS-RTU处理模块对接收到数据报文进行处理。
有益效果：
本发明的从站自适应两种通信协议的通信方法，在不增加硬件和布线的情况下，基于2种协议的具体特点，从而能实现自动匹配波特率，且自动识别不同的通信协议，从而实现正常的自适应串口通信，因而，成本低，易于实施，方法巧妙，且具有灵活性和自适应性，而且稳定性高。
附图说明
图1为从站自适应两种通信协议的通信方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
一种从站自适应两种通信协议的通信方法，两种通信协议是指PROFIBUS-DP通信协议和MODBUS-RTU通信协议，包括以下步骤：
步骤1：串口初始化；
包括初始化串口的数据位配置和通信的波特率；
步骤2：同步主站通信波特率；
使用当前波特率接收串口报文并对接收的串口报文进行偶校验，若连续出现N次校验错误，则依次轮询波特率表中的波特率重新设置串口的波特率来接收数据报文，N为大于2的整数；直到能通过偶校验，则完成从站与主站的波特率匹配，按照匹配后的波特率接收串口报文，进入步骤3；
步骤3：自动识别通信模式并处理串口数据；
检验接收到的串口报文数据的前两个字节，如果前两个字节是0XFF和0XFF，则判定当前通信使用的是PROFIBUS-DP通信协议，调用PROFIBUS-DP处理模块对接收到数据报文进行处理；
否则就调用MODBUS-RTU处理模块对接收到数据报文进行处理；
波特率表：
序号 通信波特率 协议
1 9600 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
2 19200 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
3 38400 MODBUS-RTU
4 45.45k PROFIBUS-DP
5 93.75k PROFIBUS-DP
6 115200 MODBUS-RTU
7 187.5k PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU
8 3M PROFIBUS-DP
9 6M PROFIBUS-DP
10 12M PROFIBUS-DP
波特率表如上表所示。
步骤1中，将串口初始化为：1bit起始位、8bit数据位、1bit偶校验位、1bit停止位，以波特率表中序号为1的波特率作为当前的通信波特率。
PROFIBUS-DP处理模块的处理过程为：
根据PROFIBUS-DP协议数据采用累加和的方式检验接收到的数据报文是否正确【累加和的方式检验是一种校验方式，所有接收到的数据相或处理，再与校验码进行比较，相等校验通过，否则校验不正确】，再检验报文是不是以0x16(0X16表示16进制的16)结尾【即结尾字节是否等于0X16】，若正确再依据接收到的数据报文中的功能码按PROFIBUS-DP协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站；若不正确，则不做任何处理。主站发送报文格式如下：
MODBUS-RTU处理模块的处理过程为：根据MODBUS-RTU协议数据采用CRC循环的方式检验接收到的数据报文是否正确【CRC为常用校验方式，将接收到数据进行CRC循环校验计算，再与报文中的CRC码(两个字节)进行比较，若相等，则表示校验正确，否则表明接收到的数据错误。】若正确再根据接收到的数据报文中的功能码根据其协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站，若不正确，则不做任何处理。
N＝5。

Claims (5)

1.一种从站自适应两种通信协议的通信方法，两种通信协议是指PROFIBUS-DP通信协议和MODBUS-RTU通信协议，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：串口初始化；
包括初始化串口的数据位配置和通信的波特率；
步骤2：同步主站通信波特率；
使用当前波特率接收串口报文并对接收的串口报文进行偶校验，若连续出现N次校验错误，则依次轮询波特率表中的波特率重新设置串口的波特率来接收数据报文，N为大于2的整数；直到能通过偶校验，则完成从站与主站的波特率匹配，按照匹配后的波特率接收串口报文，进入步骤3；
步骤3：自动识别通信模式并处理串口数据；
检验接收到的串口报文数据的前两个字节，如果前两个字节是0XFF和0XFF，则判定当前通信使用的是PROFIBUS-DP通信协议，调用PROFIBUS-DP处理模块对接收到数据报文进行处理；
否则就调用MODBUS-RTU处理模块对接收到数据报文进行处理；
波特率表：
序号 通信波特率 协议 1 9600 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU 2 19200 PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU 3 38400 MODBUS-RTU 4 45.45k PROFIBUS-DP 5 93.75k PROFIBUS-DP 6 115200 MODBUS-RTU 7 187.5k PROFIBUS-DP与MODBUS-RTU 8 3M PROFIBUS-DP 9 6M PROFIBUS-DP 10 12M PROFIBUS-DP
波特率表如上表所示。
2.根据权利要求1所述的从站自适应两种通信协议的通信方法，其特征在于，步骤1中，将串口初始化为：1bit起始位、8bit数据位、1bit偶校验位、1bit停止位，以波特率表中序号为1的波特率作为当前的通信波特率。
3.根据权利要求2所述的从站自适应两种通信协议的通信方法，其特征在于，PROFIBUS-DP处理模块的处理过程为：
根据PROFIBUS-DP协议数据采用累加和的方式检验接收到的数据报文是否正确，再检验报文是不是以0x16结尾，若正确再依据接收到的数据报文中的功能码按PROFIBUS-DP协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站；若不正确，则不做任何处理。
4.根据权利要求3所述的从站自适应两种通信协议的通信方法，其特征在于，
MODBUS-RTU处理模块的处理过程为：根据MODBUS-RTU协议数据采用CRC循环的方式检验接收到的数据报文是否正确；若正确再根据接收到的数据报文中的功能码根据其协议做出相应的处理后返回回送信息，回送信息通过串口传输给主站，若不正确，则不做任何处理。
5.根据权利要求1-4任一项所述的从站自适应两种通信协议的通信方法，其特征在于，N＝5。
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