CN109361585B - 一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法 - Google Patents

一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法，该方法基于Modbus‑RTU串行链路通信系统实现，所述Modbus‑RTU串行链路通信系统包括一个主节点和多个子节点；所述主节点中保存每个子节点的第一信息，所述第一信息包括序列号、地址、波特率和通信状态；每一个子节点保存该子节点的第二信息，所述第二信息包括序列号、地址和波特率；所述方法具体包括自动设置子节点的地址和自动设置子节点的波特率。本发明在Modbus‑RTU子节点上的从设备通信不上(除硬件故障)时，可以自动检测并设置波特率和地址，不需要到现场用硬件复位恢复通信才能重新设置波特率和地址的繁琐的操作。减少了排查通信故障的工时，降到了管理维护成本。

Description

一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法
技术领域
本发明涉及Modbus-RTU通信技术领域，更具体地说，特别涉及一种在Modbus-RTU通信链路上主节点自动设置子节点波特率和地址的方法。
背景技术
Modbus是一种串口通信协议，是由Modicon公司(现在的施耐德电气)于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)通信而发表。具有简单、通用性强的特点成为现在工业领域的通信协议的业界标准。目前作为物联网通信的一种方式Modbus+网络应用范围越来越广泛。
作为串行链路的主从协议的Modbus通信，有以下特点：
A.主节点(主站)必须是一个，子节点(从站)最多247，子节点必须有唯一的访问地址(1-247之间数)；其中，地址0作为广播地址，地址248-256作为独自扩展用。
B.子节点之间不能通信，主节点发出命令(数据帧)后，串行总线上同一时间内，只能允许有一个子节点应答发送数据帧。
C.作为串行接口通信，通信速度(波特率)一般不会超过115.2kbps，常用的波特率为9.6k、14.4k、19.2k、28.8k、38.4k、57.6k、115.2k等。一个主节点-N个子节点构成的串行链路上波特率一般采用一种波特率，Modbus默认是9.6k。
由于上面的几个特点导致应用时不可避免的产生以下几个不足：
a.很难用于通信速度要求快，数据信息量大的通信领域，只能用于非同步的通信控制领域；b.子节点通信波特率设置不一致，不能通信；c.主节点事先要知道子节点地址才能进行通信控制等。
所以搭建Modbus主-子节点的串行链路通信系统时(如图1所示)，需要每一台子节点(从设备)设置事先约定好的统一的波特率和唯一的从地址。如果忘记了从地址或设定过的波特率，只能用硬件复位功能复位成出场设置后才能和主机(PC机)通信上。设置使用，在线维护非常不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法，该方法能使主节点自动的智能感知并设置Modbus-RTU通信链路上的子节点波特率和地址。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法，该方法基于Modbus-RTU串行链路通信系统实现，所述Modbus-RTU串行链路通信系统包括主节点和多个子节点，所述主节点中保存每个子节点的第一信息，所述第一信息包括序列号、地址、波特率和通信状态；每一个子节点保存该子节点的第二信息，所述第二信息包括序列号、地址和波特率；
所述方法具体包括自动设置子节点的地址和自动设置子节点的波特率；
所述自动设置子节点的地址包括如下步骤：
S10、主节点逐条发送广播数据帧给子节点，所述广播数据帧包括地址、功能码、序列号、设置ADDR和CRC；
S20、每个子节点接收广播数据帧后将广播数据帧中的序列号与该子节点所保存的第二信息中的序列号对比，若对比一致则将广播数据帧中的地址更新至该子节点的第二信息中地址字段中；
S30、子节点发送返回数据帧至主节点，所述返回数据帧包括地址、功能码、序列号、设置ADDR、波特率和CRC，主节点将接收的返回数据帧中的序列号与其所保存的每个子节点的第一信息中的序列号相对比，若对比一致则将返回数据帧更新至该子节点的第一信息中；
S40、若所有子节点接收的广播数据帧中的序列号均与该子节点所保存的第二信息中的序列号不一致，则初始化与该序列号相对应的第一信息中的数据。
所述自动设置子节点的波特率包括如下步骤：
S11、主节点按照设定频率发送多次0x0D至Modbus-RTU串行链路通信系统；
S21、Modbus-RTU串行链路通信系统中的每个子节点接收0x0D后启动电源并将该子节点的波特率设置为一预设频率。
进一步地，还包括判断系统中是否新增子节点，具体判断步骤如下：主节点查询249地址是否有应答信号，若有则查询主节点中保存每个子节点的第一信息中所使用的有效地址是否≥247，若是则显示无可分配的地址，否则在第一信息中新增地址、波特率、通信状态。
进一步地，所述步骤S40中初始化与该序列号相对应的第一信息中的数据具体为：将与该序列号相对应的第一信息中的地址和波特率设置为空，将通信状态设置为位3。
进一步地，所述步骤S21中的预设频率为38.4k。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在Modbus-RTU子节点上的从设备通信不上(除硬件故障)时，可以自动检测并设置波特率和地址，不需要到现场用硬件复位恢复通信才能重新设置波特率和地址的繁琐的操作。减少了排查通信故障的工时，降到了管理维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中Modbus-RTU串行链路通信系统框图。
图2是本发明中主节点自动设置子节点地址方法的流程图。
图3是本发明中主节点自动设置子节点波特率方法的流程图。
图4是本发明中子节点应答主节点发送命令的流程图。
图5是本发明中子节点应答波特率设定的流程图。
图6是本发明中Modbus-RTU串行链路通信系统实际接线图。
图7是本发明中一主节点与N个子节点实际通信的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提供的主节点自动设置子节点波特率和地址的方法基于图1所示的Modbus-RTU串行链路通信系统实现，所述Modbus-RTU串行链路通信系统包括主节点和多个子节点。
在主节点中保存了子节点的第一信息，如下表1所示：
表1
No 设备序列号 子节点地址分配 波特率 设备通信状态
1 123456 从机1 9600-115200 通信状态：N
| |
N 123xyz 从机N 9600-115200 通信状态：N
| |
247 123yyy 从机247 9600-115200 通信状态：N
其中，N:表示通信状态0-正常；1-通信失败1次；2-通信失败2次；3-通信异常(通信失败3次以上)。
每个子节点保存的第二信息，如下表2所示：
表2
序列号(唯一) 地址(可设置) 波特率(可设置)
123456 1-247 X(bps)
其中x:表示产品采用的波特率5种，包括：9.6k，19.2k，38.4k，57.6k，115.2k。
本发明的方法具体包括自动设置子节点的地址和自动设置子节点的波特率；
其中，所述的自动设置子节点的地址包括如下步骤：
S10、主节点逐条发送广播数据帧给子节点，所述广播数据帧如表3所示。
表3
地址 功能码 产品序列号 设置ADDR CRC
00 06 0x###### 1-247 0x####
S20、每个子节点接收广播数据帧后将广播数据帧(表3)中的序列号与该子节点所保存的第二信息(表2)中的序列号对比，若对比一致则将广播数据帧中的地址更新至该子节点的第二信息中地址字段中。
S30、子节点发送返回数据帧至主节点，所述返回数据帧如表4所示，主节点将接收的返回数据帧中的序列号与其所保存的每个子节点的第一信息(表1)中的序列号相对比，若对比一致则将返回数据帧更新至该子节点的第一信息(表1)中。
表4
地址 功能码 序列号 设置ADDR 波特率 CRC
248 06 0x###### 1-247 1-5 0x####
S40、若所有子节点接收的广播数据帧中的序列号均与该子节点所保存的第二信息中的序列号不一致，则初始化与该序列号相对应的第一信息中的数据。
所述自动设置子节点的波特率包括如下步骤：
S11、主节点按照设定频率发送多次0x0D至Modbus-RTU串行链路通信系统；
S21、Modbus-RTU串行链路通信系统中的每个子节点接收0x0D后启动电源并将该子节点的波特率设置为一预设频率。
下面结合图6来对本发明自动设置波特率和地址的方法作进一步介绍。
在本实施例中，图1中的主节点采用设备是PC机的USB接口转RS485的串口，子节点是粒子传感器产品。实际接线图参看图6所示，在实际使用时会产生如下几种情况。
一、子节点波特率都一致，且已知，子节点的地址均相同，此时仅需要设置地址。
由于新设备都是出场设置，波特率、地址都相同，构建Modbus-RTU串口通信时通常需要地址一个一个单独设置，利用本发明的方法来自动设置地址的方法如下。
先把子节点(粒子传感器)信息登记到主节点(PC机)的子节点信息表里(表1所示)。主节点(PC机)里保持的子节点信息(表1)，可根据产品序列号升序排序，然后按照图2的流程，用广播地址0，逐条发送给子节点，此时所有子节点都能收到信息，每个子节点都保持表2的信息，再分析主节点传递来的信息里是否有与自己保持的序列号一致，就用传递进来的信息里的设置ADDR(参看表3)来更新表2里的地址(可设置)字段；然后再用表4的格式地址使用248应答给主节点，主节点收到子节点传递来的信息数据正常就把信息更新表1的序列号相应的数据；如果没有应答就把表1的序列号相应的数据初始化(设置地址、波特率为空，通信状态位3)。
如此把表1的信息表所有行都执行一遍，就可以自动设置通信链路上的所有子节点(粒子传感器)的地址。如上第一轮设置时表1的设备通信状态为正常(0)的以外重新执行一遍，如此执行3遍结束。主节点(PC机)上，更新完的表1可突出显示出有硬件故障(尝试3次通信失败)的子节点信息。
二、子节点波特率不清楚，此时需要设置波特率和地址。
这是由于在设备调试现场上，会出现子节点(粒子传感器)设置的波特率不明的情况。这个情况下用图3的方法流程图可以自动设置所有子节点的波特率为38.4kbps。然后用第一种情况使用的图2方法重新设定所有子节点的地址即可。
图3的方法流程具体为，间隔500ms发送三次0x0D(回车字符)到图6所示的系统链路，系统链路上的每个子节点电源启动就进入图4的流程状态，即定期判断是否为波特率要求，判断标准如图5所示。本实施例中采用的频率种类有5种，分别为9.6k，19.2k，38.4k，57.6k，115.2k。
本实施例利用波特率穷举法，发送0x0D字节给系统链路；每个子节点按5的流程接收到0x0D的字符就把自己的波特率设置为38.4k，再用第一种情况使用的方法重新设定所有子节点的地址即可。
三、在线新增加子节点(测粒子传感器)
串行系统工作中，新的子节点不会事先登记到主节点(PC机)的表1当中，需要动态加载到系统工作链路上时，按照下面图7的流程图方法可实现，具体实现方法如下。
系统运行中新的子节点(传感器出场设置地址为249，波特率为38.4k)直接接入图1所示的系统中，且系统默认的通信波特率是38.4k。
主节点(PC机)测试程序启动后，首先发送查询子节点的数据帧(如表5所示)给所有子节点，查询249地址有没有应答信号，有应答表明有新的子节点加入进来了，这时查询表1中使用的有效地址是否>＝247，如果是则显示无可分配的地址，如果否则新增设地址、波特率、通信状态添加到表1，再按照图7的流程，将表6的行数都执行一次后重新开始查询249地址有没有应答信号；这样周而复始的执行下去，可以在系统正常运行当中添加新的子节点(粒子传感器)。
表5
地址 功能码 设置ADDR CRC
249 03 1-247 0x####
表6
No 子节点地址分配 设备序列号 测试条件 节点运行状态
1 从机1 123456 采用时间/保持时间 开始/停止/采样/保持/故障
| |
N 从机N 123xyz 采用时间/保持时间 开始/停止/采样/保持/故障
| |
247 从机247 123yyy 采用时间/保持时间 开始/停止/采样/保持/故障
本发明在Modbus-RTU子节点上的从设备通信不上(除硬件故障)时，可以自动检测设置波特率和地址，不需要到现场用硬件复位(初始化)的方法正常恢复通信了才能重新设置波特率和地址的繁琐的操作；减少了排查通信故障的工时，降到了管理维护成本。
本发明可以解决有多台子节点同时在线工作时，新增子节点智能识别自动接入到在线Modbus-RTU通信串行链路上，解决了现有系统只能暂停通信，设置新的子节点加入到测试系统网络后重新启动才能和主节点通信上，才能加入到多点测试系统监控序列当中的问题。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种主节点自动设置子节点波特率和地址的方法，其特征在于：该方法基于ModbusRTU串行链路通信系统实现，所述Modbus-RTU串行链路通信系统包括一个主节点和多个子节点；在主节点中保存了子节点的第一信息，所述第一信息如下所示：
No 设备序列号 子节点地址分配 波特率 设备通信状态 1 123456 从机1 9600-115200 通信状态：N | | N 123xyz 从机N 9600-115200 通信状态：N | | 247 123yyy 从机247 9600-115200 通信状态：N
；
其中，N：表示通信状态0-正常；1-通信失败1次；2-通信失败2次；3-通信异常；
每个子节点保存的第二信息，如下表所示：
序列号(唯一) 地址(可设置) 波特率(可设置) 123456 1-247 X(bps)
；
其中x：表示产品采用的波特率5种，包括：9.6k，19.2k，38.4k，57.6k，115.2k；所述方法具体包括自动设置子节点的地址和自动设置子节点的波特率；其中，所述的自动设置子节点的地址包括如下步骤：
S10、主节点逐条发送广播数据帧给子节点，所述广播数据帧如表所示：
地址 功能码 产品序列号 设置ADDR CRC 00 06 0x###### 1-247 0x####
；
S20、每个子节点接收广播数据帧后将广播数据帧中的序列号与该子节点所保存的第二信息中的序列号对比，若对比一致则将广播数据帧中的地址更新至该子节点的第二信息中地址字段中；
S30、子节点发送返回数据帧至主节点，所述返回数据帧如下表所示：
Figure FDA0003254423900000011
主节点将接收的返回数据帧中的序列号与其所保存的每个子节点的第一信息中的序列号相对比，若对比一致则将返回数据帧更新至该子节点的第一信息中；
S40、若所有子节点接收的广播数据帧中的序列号均与该子节点所保存的第二信息中的序列号不一致，则初始化与该序列号相对应的第一信息中的数据；
所述自动设置子节点的波特率包括如下步骤：
S11、主节点按照设定频率发送多次0x0D至Modbus-RTU串行链路通信系统；
S21、Modbus-RTU串行链路通信系统中的每个子节点接收0x0D后启动电源并将该子节点的波特率设置为一预设频率；
当子节点波特率都一致，且已知，子节点的地址均相同时：先把子节点信息登记到主节点的子节点信息表里；主节点里保持的子节点信息，根据产品序列号升序排序，然后用广播地址0，逐条发送给子节点，此时所有子节点都能收到信息，每个子节点都保持子节点的第二信息，再分析主节点传递来的信息里是否有与自己保持的序列号一致，就用传递进来的信息里的设置ADDR来更新子节点的第二信息里的地址字段；然后再使用248应答给主节点，主节点收到子节点传递来的信息数据正常就把信息更新子节点的第一信息的序列号相应的数据；如果没有应答就把子节点的第一信息的序列号相应的数据初始化；
如此把子节点的第一信息的信息表所有行都执行一遍，就可以自动设置通信链路上的所有子节点的地址；如上第一轮设置时子节点的第一信息的设备通信状态为正常的以外重新执行一遍，如此执行3遍结束；主节点上，更新完的子节点的第一信息可突出显示出有硬件故障的子节点信息；
当子节点波特率不清楚时，设置波特率和地址，自动设置所有子节点的波特率为38.4kbps，然后，间隔500ms发送三次0x0D到系统链路，系统链路上的每个子节点电源启动，即定期判断是否为波特率要求；采用的频率种类有5种，分别为9.6k，19.2k，38.4k，57.6k，115.2k；利用波特率穷举法，发送0x0D字节给系统链路；每个子节点接收到0x0D的字符就把自己的波特率设置为38.4k，重新设定所有子节点的地址即可；
在线新增加子节点，串行系统工作中，新的子节点不会事先登记到主节点的子节点的第一信息当中，需要动态加载到系统工作链路上时，系统运行中新的子节点，传感器出场设置地址为249，波特率为38.4k直接接入系统中，且系统默认的通信波特率是38.4k；主节点测试程序启动后，首先发送查询子节点的数据帧给所有子节点，查询249地址有没有应答信号，有应答表明有新的子节点加入进来了，这时查询子节点的第一信息中使用的有效地址是否>＝247，如果是则显示无可分配的地址，如果否则新增设地址、波特率、通信状态添加到子节点的第一信息的信息表中，将信息表中的各行都执行一次后重新开始查询249地址有没有应答信号；这样周而复始的执行下去，可以在系统正常运行当中添加新的子节点。
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