CN110224911B - 一种基于modbus-rs485多路集成系统的快速通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于MODBUS‑RS485多路集成系统的快速通信方法；本发明的驱动控制板的MCU通过两个不同的UART与两个RS485转UART模块连接，通过RS485转UART模块1与485总线相连，且只由一个驱动控制板进行回复，实现了主控芯片对驱动控制板的群控和快速控制，极大提高了机器人执行复杂动作的能力；通过所有RS485转UART模块2与485总线1相连，实现了快速采集的同时不影响主控芯片所在485总线上的通信，使主控芯片轮询完一个周期的时间极大的减少，而且主控芯片对驱动控制板上电机的参数更新间隔也会极大降低；主控芯片一帧数据的收发还能减少主控芯片的程序，提高主控芯片即系统的运行速度和响应速度；回复速度得到极大提升，不仅大大降低了通信时间长，而且提高了通信效率，实现系统的快速通信。

Description

一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法

技术领域

本发明涉及一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法。

背景技术

MODBUS通信协议为分布式工业控制系统(DCS)常用的协议，该协议为纯软件协议，应用时通常采用RS485连接，RS485通讯可靠，成本低，速率可以达到10M以上，完全满足机器人的通讯需求。

大多数机器人需要多个驱动控制模块来控制电机实现各种复杂的动作，但现有的驱动控制板通常只有一个通讯接口与主控芯片通信，若采用MODBUS-RS485进行通信，为保证通信安全可靠，只能对总线上的驱动控制板逐个控制，且只能逐个进行数据采集，致使主控芯片轮询多个驱动控制板通信时间长、通信效率低和控制速度慢，而且大大增加了主控芯片的程序，降低主控芯片即系统的运行速度和响应速度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法；基于MODBUS-RS485多路集成系统包括主控芯片，所述主控芯片通过485总线分别与驱动模块和被控设备连接，所述驱动模块包括若干驱动控制板，若干驱动控制板分别对应连接一台电机，所述驱动控制板包括MCU芯片，MCU芯片的USRT接口连接有两个RS485转UART模块，两个RS485转UART模块分别与485总线、485总线1连接，MCU芯片还与驱动芯片连接，驱动芯片与三相逆变桥连接。

所述MCU芯片用于采集电机各项参数，收发并处理数据产生6路PWM信号控制电机。

所述RS485转UART模块为芯片MCU的UART接口与485总线通信的桥梁。

所述驱动芯片和三相逆变桥用于执行MCU的产生的6路PWM信号对6个功率管进行控制。

所述MCU芯片的USRT接口在MCU芯片的不同位置。

所述若干驱动控制板的通信地址一致；在系统初始化时，所有驱动控制板里的寄存器都初始化为0，当系统初始化后，所有驱动控制板的MCU就开始自动进行数据采集。

所述若干驱动控制板的接收都采用MCU的接收中断，且进行回应准备和回复数据都置于接收中断中，接收完成的程序后

本发明的有益效果在于：驱动控制板的MCU通过两个不同的UART与两个RS485转UART模块连接，通过所有RS485转UART模块1与485总线相连，且只由一个驱动控制板进行回复，实现了主控芯片对驱动控制板的群控和快速控制，极大提高了机器人执行复杂动作的能力；通过所有RS485转UART模块2与485总线1相连，实现了快速采集的同时不影响主控芯片所在485总线上的通信，当保证485总线轮询完一个周期时，485总线1也至少轮询完一个周期，那么主控芯片就能读取实时更新的驱动控制板上电机的参数，这样不仅使主控芯片轮询完一个周期的时间极大的减少，而且主控芯片对驱动控制板上电机的参数更新间隔也会极大降低；主控芯片一帧数据的收发还能减少主控芯片的程序，提高主控芯片即系统的运行速度和响应速度；因为所有驱动控制板的MCU自动进行数据采集，而且所有驱动控制板的接收都采用MCU的接收中断，且进行回应准备和回复数据都置于接收中断中，接收完成的程序后，所以当主控芯片或驱动控制板轮询时，回复速度得到极大提升，不仅大大降低了通信时间长，而且提高了通信效率，实现系统的快速通信。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的驱动控制板的结构示意图；

图3是本发明的驱动控制板寄存器的结构示意图；

图4是本发明的快速通信方法流程图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法；基于MODBUS-RS485多路的集成系统包括主控芯片，所述主控芯片通过485总线分别与驱动模块和被控设备连接，所述驱动模块包括若干驱动控制板，若干驱动控制板分别对应连接一台电机，所述驱动控制板包括MCU芯片，MCU芯片的USRT接口连接有两个RS485转UART模块，两个RS485转UART模块分别与485总线、485总线1连接，MCU芯片还与驱动芯片连接，驱动芯片与三相逆变桥连接。

所述MCU芯片用于采集电机各项参数，收发并处理数据产生6路PWM信号控制电机。

所述RS485转UART模块为芯片MCU的UART接口与485总线通信的桥梁。

所述驱动芯片和三相逆变桥用于执行MCU的产生的6路PWM信号对6个功率管进行控制。

所述MCU芯片的USRT接口在MCU芯片的不同位置。

所述若干驱动控制板的通信地址一致；在系统初始化时，所有驱动控制板里的寄存器都初始化为0，当系统初始化后，所有驱动控制板的MCU就开始自动进行数据采集。

所述若干驱动控制板的接收都采用MCU的接收中断，且进行回应准备和回复数据都置于接收中断中，接收完成的程序后。

如图1，本发明实施例中一种基于MODBUS-RS485多路集成系统，包括：驱动控制板、电机、485总线组成的通信网络。

如图1和图2，驱动控制板包括：MCU，用于采集电机各项参数，收发并处理数据，产生6路PWM控制电机；RS485转UART模块1、RS485转UART模块2，用作MCU的UART与485总线通信的桥梁；驱动芯片和三相逆变桥，用于执行MCU的产生的6路PWM对6个功率管的控制，从而控制电机。所有驱动控制板的RS485转UART模块1接入485总线，所有驱动控制板的RS485转UART模块2接入485总线1。

如图1、图2和图3，为了实现驱动控制板1能应答主控芯片读取所有驱动控制板控制电机的运行参数，把驱动控制板1的寄存器分为读写和读两大类：

读写是主控芯片既可以通过寄存器地址读取寄存器的值，也可以通过寄存器地址修改寄存器的值，从而控制驱动控制板的MCU；读写包括转速控制，寄存器地址为0X0001～0X000n，当把寄存器地址0X0001里的数值修改为y，那驱动控制板1的电机就会以y r/min的转速运行；位置计数清零，寄存器地址为0X0101～0X010n；复位，寄存器地址为0X0201，当系统需要复位时，就是要所有的驱动控制板都复位，则复位寄存器的地址一致；

读是主控芯片只能通过寄存器地址读取寄存器的值，不能进行修改，读包括转速，寄存器地址为0X0301～0X030n，当主控芯片读取数据的寄存器地址为0X0301，寄存器个数为n，则就是读取驱动控制板1到n的所有电机转速；电流，寄存器地址为0X0401～0X040n；电压，寄存器地址为0X0501～0X050n；温度，寄存器地址为0X0601～0X060n；位置计数，寄存器地址为0X0701～0X070n；当主控芯片读取数据的寄存器地址为0X0301，寄存器个数为5n，则就是读取驱动控制板1到n的所有电机运行参数；

为了实现主控芯片对所有的驱动控制板实现快速控制，驱动控制板2到驱动控制板n的寄存器分为写和读两大类:

写是主控芯片只能通过寄存器地址修改寄存器的值，而不能读取其中的值，写和驱动控制板1的读写寄存器一样包括转速控制，位置计数清零和复位，只是驱动控制板2到驱动控制板n的写寄存器地址都只有与之对应的一个；当主控芯片写入数据的寄存器地址为0X0002，寄存器个数为n-1，寄存器修改的数据为n-1个y的值，则驱动控制板2到驱动控制板n的转速控制寄存器的值都变为y，则驱动控制板2到驱动控制板n的电机就会以y r/min的转速运行；此时驱动控制板1转速控制寄存器地址为0X0002～0X000n的值也都被改写为y；

读的与驱动控制板1的读寄存器一样包括转速，电流，电压，温度和位置计数，只是驱动控制板2到驱动控制板n的读寄存器地址都只有与之对应的一个；驱动控制板1通过RS485转UART模块2来向驱动控制板2到驱动控制板n轮询电机运行参数并存入对应的寄存器中，当驱动控制板读取数据的寄存器地址为0X2001，寄存器个数为5，则就是读取驱动控制板2的所有电机运行参数；

实施例：一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，因为进行整个系统的初始化工作此时所有RS485转UART模块1和RS485转UART模块2都处于接收状态，这时485总线和485总线1上的通讯同时进行，但互不干扰，所以通讯分为两部分执行，具体包括如下步骤：

485总线1部分：

步骤1：开始，进行整个系统的初始化工作。

步骤2：所有驱动控制板的RS485转UART模块2处于接收状态。

步骤3：驱动控制板1要发送的采集指令中的寄存器地址置为0X2003。

步骤4：驱动控制板1的RS485转UART模块2置为发送状态。

步骤5：驱动控制板1向485总线1发送读取参数指令。

步骤6：系统在运行同时，判断驱动控制板1的采集指令是否发送完毕，若是，驱动控制板1转步骤7，其他驱动控制板转步骤8。否则，转步骤6继续等待发送结束。

步骤7：驱动控制板1的RS485转UART模块2置为接收状态，转步骤17。

步骤8：在485总线1上除驱动控制板1的其它驱动控制板接收到数据。

步骤9：系统在运行同时，除驱动控制板1的其它驱动控制板对接收到数据的寄存器地址与自身寄存器地址进行匹配，若匹配正确，转步骤10。否则，转步骤16。

步骤10：除驱动控制板1的其它驱动控制板判断接收到数据的CRC校验码是否正确，若正确，转步骤11。否则，转步骤16。

步骤11：寄存器地址匹配的驱动控制板进行回应准备。

步骤12：系统在运行同时，判断回应的参数是否准备完毕，若是，转步骤13。否则，转步骤12继续等待回应准备完毕。

步骤13：寄存器地址匹配的驱动控制板的RS485转UART模块2置为发送状态。

步骤14：寄存器地址匹配的驱动控制板向驱动控制板1发送参数。

步骤15：系统在运行同时，判断寄存器地址匹配的驱动控制板的回应参数是否发送完毕，若是，驱动控制板1转步骤17，寄存器地址匹配的驱动控制板转步骤16。否则，转步骤15继续等待发送结束。

步骤16：地址匹配的驱动控制板的RS485转UART模块2置为接收状态，转步骤6。

步骤17：判断驱动控制板1接收回应参数的CRC校验码是否正确，若是，转步骤19。否则，转步骤18。

步骤18：判断驱动控制板1接收等待是否超时，若是，转步骤20。否则，转步骤18等待接收超时。

步骤19：驱动控制板1的MCU把回应参数存入相应寄存器中进行数据更新，等待主控芯片进行读取。

步骤20：驱动控制板1要发送的采集指令中寄存器地址加0X1000。

步骤21：判断驱动控制板1要发送的采集指令中寄存器地址是否大于0Xn003，若是，转步骤3。否则，转步骤4。

485总线部分：

步骤S1：开始，进行整个系统的初始化工作。

步骤S2：所有驱动控制板的RS485转UART模块1处于接收状态。

步骤S3：系统运行同时，所有驱动控制板判断主控芯片是否发送命令，若是，转步骤S4。否则，转步骤S3继续等待主控芯片发送命令。

步骤S4：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的地址是否匹配，若匹配，则转步骤S5。否则，转步骤S3。

步骤S5：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的CRC校验码是否正确，若正确，则转步骤S6。否则，转步骤S3。

步骤S6：所有驱动控制板对功能码进行判别，若功能码为读取，则驱动控制板1转步骤S10，其他驱动控制板转步骤S3。若功能码为写入，则所有驱动控制板转步骤S7。

步骤S7：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的寄存器地址是否与自身匹配，若匹配，转步骤S8。否则，转步骤S3。

步骤S8：寄存器地址匹配的驱动控制板和驱动控制板1把传输值写入对应驱动板的寄存器，寄存器地址匹配的驱动控制板转步骤S9。驱动控制板1转步骤S10。

步骤S9：寄存器地址匹配的驱动控制板MCU读取写入后寄存器的值对电机进行控制，

步骤S10：驱动控制板1进行回应主控芯片的准备。

步骤S11：系统在运行同时，判断应答数据是否准备完毕，若是，转步骤S12。否则，转步骤S11继续等待应答准备完毕。

步骤S12：驱动控制板1的RS485转UART模块1置为发送状态。

步骤S13：驱动控制板1向主控芯片发送应答数据。

步骤S14：系统在运行同时，判断驱动控制板1的应答数据是否发送完毕，若是，转步骤S15。否则，转步骤S14继续等待发送结束。

步骤S15：驱动控制板1的RS485转UART模块1置为接收状态，转步骤S3。

Claims (7)

1.一种基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：基于MODBUS-RS485的多路集成系统包括主控芯片，所述主控芯片通过485总线分别与驱动模块和被控设备连接，所述驱动模块包括若干驱动控制板，若干驱动控制板分别对应连接一台电机，所述驱动控制板包括MCU芯片，MCU芯片的USRT接口连接有两个RS485转UART模块，两个RS485转UART模块分别与485总线、485总线1连接，MCU芯片还与驱动芯片连接，驱动芯片与三相逆变桥连接；

其快速通信方法为：因为进行整个系统的初始化工作此时所有RS485转UART模块1和RS485转UART模块2都处于接收状态，这时485总线和485总线1上的通讯同时进行，但互不干扰，所以通讯分为485总线1通讯和485总线通讯；

所述485总线1通讯步骤为：

步骤1：开始，进行整个系统的初始化工作；

步骤2：所有驱动控制板的RS485转UART模块2处于接收状态；

步骤3：驱动控制板1要发送的采集指令中的寄存器地址置为0X2003；

步骤4：驱动控制板1的RS485转UART模块2置为发送状态；

步骤5：驱动控制板1向485总线1发送读取参数指令；

步骤6：系统在运行同时，判断驱动控制板1的采集指令是否发送完毕，若是，驱动控制板1转步骤7，其他驱动控制板转步骤8，否则，转步骤6继续等待发送结束；

步骤7：驱动控制板1的RS485转UART模块2置为接收状态，转步骤17；

步骤8：在485总线1上除驱动控制板1的其它驱动控制板接收到数据；

步骤9：系统在运行同时，除驱动控制板1的其它驱动控制板对接收到数据的寄存器地址与自身寄存器地址进行匹配，若匹配正确，转步骤10，否则，转步骤16；

步骤10：除驱动控制板1的其它驱动控制板判断接收到数据的CRC校验码是否正确，若正确，转步骤11，否则，转步骤16；

步骤11：寄存器地址匹配的驱动控制板进行回应准备；

步骤12：系统在运行同时，判断回应的参数是否准备完毕，若是，转步骤13，否则，转步骤12继续等待回应准备完毕；

步骤13：寄存器地址匹配的驱动控制板的RS485转UART模块2置为发送状态；

步骤14：寄存器地址匹配的驱动控制板向驱动控制板1发送参数；

步骤15：系统在运行同时，判断寄存器地址匹配的驱动控制板的回应参数是否发送完毕，若是，驱动控制板1转步骤17，寄存器地址匹配的驱动控制板转步骤16，否则，转步骤15继续等待发送结束；

步骤16：地址匹配的驱动控制板的RS485转UART模块2置为接收状态，转步骤6；

步骤17：判断驱动控制板1接收回应参数的CRC校验码是否正确，若是，转步骤19，否则，转步骤18；

步骤18：判断驱动控制板1接收等待是否超时，若是，转步骤20，否则，转步骤18等待接收超时；

步骤19：驱动控制板1的MCU把回应参数存入相应寄存器中进行数据更新，等待主控芯片进行读取；

步骤20：驱动控制板1要发送的采集指令中寄存器地址加0X1000；

步骤21：判断驱动控制板1要发送的采集指令中寄存器地址是否大于0Xn003，若是，转步骤3，否则，转步骤4；

所述485总线通讯步骤为：

步骤S1：开始，进行整个系统的初始化工作；

步骤S2：所有驱动控制板的RS485转UART模块1处于接收状态；

步骤S3：系统运行同时，所有驱动控制板判断主控芯片是否发送命令，若是，转步骤S4，否则，转步骤S3继续等待主控芯片发送命令；

步骤S4：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的地址是否匹配，若匹配，则转步骤S5，否则，转步骤S3；

步骤S5：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的CRC校验码是否正确，若正确，则转步骤S6，否则，转步骤S3；

步骤S6：所有驱动控制板对功能码进行判别，若功能码为读取，则驱动控制板1转步骤S10，其他驱动控制板转步骤S3，若功能码为写入，则所有驱动控制板转步骤S7；

步骤S7：所有驱动控制板判断主控芯片发送命令的寄存器地址是否与自身匹配，若匹配，转步骤S8，否则，转步骤S3；

步骤S8：寄存器地址匹配的驱动控制板和驱动控制板1把传输值写入对应驱动板的寄存器，寄存器地址匹配的驱动控制板转步骤S9，驱动控制板1转步骤S10；

步骤S9：寄存器地址匹配的驱动控制板MCU读取写入后寄存器的值对电机进行控制；

步骤S10：驱动控制板1进行回应主控芯片的准备；

步骤S11：系统在运行同时，判断应答数据是否准备完毕，若是，转步骤S12，否则，转步骤S11继续等待应答准备完毕；

步骤S12：驱动控制板1的RS485转UART模块1置为发送状态；

步骤S13：驱动控制板1向主控芯片发送应答数据；

步骤S14：系统在运行同时，判断驱动控制板1的应答数据是否发送完毕，若是，转步骤S15，否则，转步骤S14继续等待发送结束；

步骤S15：驱动控制板1的RS485转UART模块1置为接收状态，转步骤S3。

2.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述MCU芯片用于采集电机各项参数，收发并处理数据产生6路PWM信号控制电机。

3.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述RS485转UART模块为芯片MCU的UART接口与485总线通信的桥梁。

4.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述驱动芯片和三相逆变桥用于执行MCU的产生的6路PWM信号对6个功率管进行控制。

5.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述MCU芯片的USRT接口在MCU芯片的不同位置。

6.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述若干驱动控制板的通信地址一致；在系统初始化时，所有驱动控制板里的寄存器都初始化为0，当系统初始化后，所有驱动控制板的MCU就开始自动进行数据采集。

7.如权利要求1所述的基于MODBUS-RS485多路集成系统的快速通信方法，其特征在于：所述若干驱动控制板的接收都采用MCU的接收中断，且进行回应准备和回复数据都置于接收中断中，接收完成的程序后。

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