CN107294827A - 避免主从设备冲突的rs485通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免主从设备冲突的RS485通信系统及方法，涉及RS485通信领域。该方法包括以下步骤：主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至同步成功；从设备在自己的时隙，将同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；主从设备在各自的空隙时隙发送数据，避免冲突。本发明能实现主设备和从设备在自己的时隙发送数据，有效提高设备的实时性和可靠性。

Description

避免主从设备冲突的RS485通信系统及方法
技术领域
本发明涉及RS485通信领域，具体是涉及一种避免主从设备冲突的RS485通信系统及方法。
背景技术
在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS485串行总线标准。RS485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
在通信设备系统应用中，RS485总线构成的现场网络得到了广泛的应用，原因如下：
①RS485总线结构简单、易于建构，由于它采用平衡传输，物理介质只须一对双绞线。
②传输距离远，可达1200m，速率范围达几十～几百kb/s。
③总线上可以挂接多个节点，少则三十几个，多则上百个，可以满足大多数的工业应用需要。
④总线接口芯片丰富，易于购买，如MAX481、MAX483、MAX485、MAX487、MAX488、MAX491、MAX253、MAX1480等在市场上是很常见的。
⑤造价低，有很好的性价比。
RS485总线在构成现场网络时，其拓扑结构形式主要有总线式、环形式、星形式等，其中以总线式拓扑结构应用最广。在这种结构中，只需要一对主干线，分散在各处的RS485总线设备(节点)可以直接“挂”在总线上。
但是，由于传输数据的物理介质只是一对双绞线，这就决定了：系统在任一时刻，只能有一个节点处于发送状态，其他RS485节点必须处于接收状态，所以RS485总线只能以半双工方式进行通信。
如果现场各分布节点的实时操作性要求不十分严格，或系统中节点数不是很大时，常采用主-从工作模式，即系统中只存在唯一的主节点(通常是上位计算机)，其余各节点都处于从属地位。
总线的占用与分配完全由主节点来主导，从节点要完全“听从”主节点的“指挥”。主节点以巡回轮流的方式，逐一扫描各节点，并与其建立通信联系。扫描是以广播方式进行的，扫描编码串中的地址字段包含有某个待访问节点的地址，所有从节点都接收同一编码串，然而，只有与编码串中地址相同的节点，才会对接收的代码进行分析、执行主机命令、修改某些现场参数，并将现场的状态数据回传给主机，发送完毕后立刻释放总线。其他RS485节点则由于地址不符，故会弃掉刚才收到的码串，不作任何回应。
可以看出，当RS485节点数较多时，对各节点轮流扫描一遍所需要的时间开销是相当可观的，这意味着系统实时性差，RS485总线的通信效率降低。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种避免主从设备冲突的RS485通信系统及方法，能够实现主设备和从设备在自己的时隙发送数据，有效提高设备的实时性和可靠性。
本发明提供一种避免主从设备冲突的RS485通信系统，该系统包括一个主设备和多个从设备，
主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至时间同步成功；
从设备在自己的时隙，将时间同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据，避免主从设备冲突。
在上述技术方案的基础上，所述主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的流程如下：主设备带4个从设备时，以1秒为一个发送数据周期，将1秒分为5个200毫秒，主设备和4个从设备在每个200毫秒里有20毫秒的发送时隙，主从设备之间有20毫秒的空隙，避免它们在自己的空隙时隙发送数据时冲突。
在上述技术方案的基础上，所述主设备发送数据时，主设备先根据当前时间和时间戳算出一个差值，分析差值处于1到1000ms的哪个区间，再判断是否在自己的时隙内，如果在，直接发送数据；如果不在，等自己的时隙到了再发送数据。
在上述技术方案的基础上，所述主设备检测到有从设备上电之前，主从设备各自进行RS485初始化。
在上述技术方案的基础上，所述RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列。
本发明还提供一种避免主从设备冲突的RS485通信方法，包括以下步骤：
主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至时间同步成功；
从设备在自己的时隙，将时间同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据，避免主从设备冲突。
在上述技术方案的基础上，所述主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的流程如下：主设备带4个从设备时，以1秒为一个发送数据周期，将1秒分为5个200毫秒，主设备和4个从设备在每个200毫秒里有20毫秒的发送时隙，主从设备之间有20毫秒的空隙，避免它们在自己的空隙时隙发送数据时冲突。
在上述技术方案的基础上，所述主设备发送数据时，主设备先根据当前时间和时间戳算出一个差值，分析差值处于1到1000ms的哪个区间，再判断是否在自己的时隙内，如果在，直接发送数据；如果不在，等自己的时隙到了再发送数据。
在上述技术方案的基础上，所述主设备检测到有从设备上电之前，还包括以下步骤：主从设备各自进行RS485初始化。
在上述技术方案的基础上，所述RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明利用时分解决RS485通信冲突的问题，不需要像以往那样必须是主设备发送从设备回应，从设备可以自由发送数据到主设备，能够实现主设备和从设备在自己的时隙发送数据，有效提高设备的实时性和可靠性。申请人在新改版的智能ODN系统中采用了本发明的通信系统及通信方法，能够移植和无缝的替代传统的RS485通信一问一答的通信方式。
(2)如果应用现场对实时性有较高要求，例如要及时上传某个设备的突发状态，就必须让从节点也能够享有总线控制权。本发明具有并发性、高效率、安全性、冗余性，并且便于管理，能满足通信设备大批量数据采集、并行、可靠安全的配置管理。
附图说明
图1是本发明实施例中避免主从设备冲突的RS485通信方法的流程图。
图2是本发明实施例中主从设备的时隙图。
图3是本发明实施例中主从设备根据时隙发送数据的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种避免主从设备冲突的RS485通信系统，该系统包括一个主设备和多个从设备。
本发明实施例还提供一种避免主从设备冲突的RS485通信方法，包括以下步骤：
主从设备各自进行RS485初始化，RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列；
主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至时间同步成功；
从设备在自己的时隙，将时间同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据，避免主从设备冲突。
参见图1所示，本发明实施例中避免主从设备冲突的RS485通信方法，具体包括以下步骤：
步骤101、主从设备各自进行RS485初始化，RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列；
步骤102、主设备检测到从设备上电后，主设备取当前时间和时间戳，将当前时间和时间戳打包到时间同步数据中，并打入到RS485发送任务队列；
步骤103、主设备的RS485发送任务取出时间同步数据，并根据自己的时隙发送时间同步数据给从设备；
步骤104、从设备的RS485接收任务收到时间同步数据并组包，因为RS485数据可能会被分包发送，所以接收方(从设备)必须要对RS485数据包进行组包；
步骤105、从设备从组包后的时间同步数据中获取当前时间和时间戳，将获取的当前时间设置为从设备的当前时间，并将获取的时间戳设置为从设备的时间戳，直至同步成功；
步骤106、从设备将时间同步响应数据打入到自己的RS485发送队列中；
步骤107、从设备的RS485发送任务从RS485发送队列中取出时间同步响应数据，根据自己的时隙，发送时间同步响应数据给主设备；
步骤108、主设备的RS485接收任务在收到从设备发来的数据后组包；
步骤109、主设备根据组包后的时间同步响应数据，确认主从设备的时间同步成功，后续，主从设备在各自的空隙时隙内发送数据而不会冲突。
本发明实施例利用时分解决RS485通信冲突的问题，能够实现主设备和从设备在自己的时隙发送数据，有效提高设备的实时性和可靠性。
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的流程如下：主设备带4个从设备时，以1秒为一个发送数据周期，将1秒分为5个200毫秒，主设备和4个从设备在每个200毫秒里有20毫秒的发送时隙，参见图2所示，主从设备之间有20毫秒的空隙，避免它们在自己的空隙时隙发送数据时冲突。
主设备发送数据时，主设备先根据当前时间和时间戳算出一个差值，分析差值处于1到1000ms的哪个区间，再判断是否在自己的时隙内，如果在，直接发送数据；如果不在，等自己的时隙到了再发送数据。
参见图3所示，主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的具体流程如下：
步骤201、主设备的RS485发送任务从RS485发送任务队列中获取时间同步数据；
步骤202、主设备计算出当前时间和时间戳的差值，时间差值是1到1000毫秒之间的一个数；
步骤203、主设备根据时间差判断自己是否处于发送时隙内，如果是，就到转到步骤204；如果不是，就转到步骤205；
步骤204、主设备在自己的时隙内发送数据；
步骤205、主设备等到自己的时隙再发送数据。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种避免主从设备冲突的RS485通信系统，该系统包括一个主设备和多个从设备，其特征在于：
主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至时间同步成功；
从设备在自己的时隙，将时间同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据，避免主从设备冲突。
2.如权利要求1所述的避免主从设备冲突的RS485通信系统，其特征在于：所述主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的流程如下：主设备带4个从设备时，以1秒为一个发送数据周期，将1秒分为5个200毫秒，主设备和4个从设备在每个200毫秒里有20毫秒的发送时隙，主从设备之间有20毫秒的空隙，避免它们在自己的空隙时隙发送数据时冲突。
3.如权利要求2所述的避免主从设备冲突的RS485通信系统，其特征在于：所述主设备发送数据时，主设备先根据当前时间和时间戳算出一个差值，分析差值处于1到1000ms的哪个区间，再判断是否在自己的时隙内，如果在，直接发送数据；如果不在，等自己的时隙到了再发送数据。
4.如权利要求1所述的避免主从设备冲突的RS485通信系统，其特征在于：所述主设备检测到有从设备上电之前，主从设备各自进行RS485初始化。
5.如权利要求4所述的避免主从设备冲突的RS485通信系统，其特征在于：所述RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列。
6.一种避免主从设备冲突的RS485通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
主设备检测到有从设备上电时，主设备在自己的时隙内，将主设备的当前时间、时间戳打包为时间同步数据，发送到上电的从设备；该从设备接收到主设备发来的时间同步数据后进行组包，根据组包后的时间同步数据更新自己的时间和时间戳，直至时间同步成功；
从设备在自己的时隙，将时间同步成功的响应数据发送给主设备；主设备接收到从设备发来的响应数据后进行组包，根据组包后的响应数据，确认主从设备的时间同步成功；
主从设备在各自的空隙时隙内发送数据，避免主从设备冲突。
7.如权利要求6所述的避免主从设备冲突的RS485通信方法，其特征在于：所述主从设备在各自的空隙时隙内发送数据的流程如下：主设备带4个从设备时，以1秒为一个发送数据周期，将1秒分为5个200毫秒，主设备和4个从设备在每个200毫秒里有20毫秒的发送时隙，主从设备之间有20毫秒的空隙，避免它们在自己的空隙时隙发送数据时冲突。
8.如权利要求7所述的避免主从设备冲突的RS485通信方法，其特征在于：所述主设备发送数据时，主设备先根据当前时间和时间戳算出一个差值，分析差值处于1到1000ms的哪个区间，再判断是否在自己的时隙内，如果在，直接发送数据；如果不在，等自己的时隙到了再发送数据。
9.如权利要求6所述的避免主从设备冲突的RS485通信方法，其特征在于：所述主设备检测到有从设备上电之前，还包括以下步骤：主从设备各自进行RS485初始化。
10.如权利要求9所述的避免主从设备冲突的RS485通信方法，其特征在于：所述RS485初始化的过程为：创建RS485发送任务、RS485发送任务队列、RS485接收任务、RS485接收任务队列。
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