CN110601943A - 基于rs485总线的通信系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于R485总线的通信系统，包括一个主站和多个从站，主站和多个从站均与RS485总线相连，其中，主站与第一级从站之间以及各从站之间还通过控制线依次串联，主站与第一级从站之间的控制线用于主站向第一级从站发出使能信号，各从站之间的控制线用于上一级主站向下一级从站发出使能信号。本发明还公开了一种基于R485总线的通信系统的通信方法。本发明能够实现从站节点的自动配置，且实时性好，通信效率高。

Description

基于RS485总线的通信系统及其通信方法
技术领域
本发明涉及现场总线技术。
背景技术
近年来，随着自动化生产线、智能制造、数字化工厂等的发展，通用性控制器得到越来越广泛的应用，越来越多的采样和控制信号的模块需要连接控制器，这对控制器的可扩展性和通信速率提出了较高的要求。
RS-485作为一种两线制的差分总线，具有支持多节点、通信距离远、抗干扰性强的特点，总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。传统的RS485通信机制需要手动设置各个从站的站点号，然后主站依次轮询各个从站，操作不方便，通信效率不高，快速、实时响应得不到保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于R485总线的通信系统的通信方法，其能够实现从站节点的自动配置，且实时性好，通信效率高。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种基于R485总线的通信系统。
本发明实施例提供了一种基于R485总线的通信系统的通信方法，该基于R485总线的通信系统包括一个主站和多个从站，主站和多个从站均与RS485总线相连，其中，主站与第一级从站之间以及各从站之间还通过控制线依次串联；该基于R485总线的通信系统的通信方法包括：
a、枚举阶段：主站通过控制线向第一级从站发出使能信号，使能第一级从站，通过RS485总线枚举第一级从站，获取第一级从站的物理配置信息以及为第一级从站设置从站地址；第一级从站完成枚举后通过控制线向第二级从站发出使能信号并转换为失能状态，使能第二级从站，主站通过RS485总线枚举第二个从站，获取第二个从站的物理配置信息以及为第二级从站设置从站地址；第二级从站完成枚举后通过控制线向第三级从站发出使能信号并转变为失能状态 ，使能第三级从站，依此类推，直至主站枚举完所有的从站；
b、周期通信阶段：主站将分别发送给多个从站的子周期数据包打包成一个广播包后，以广播的形式发送给RS485总线，然后通过控制线向第一级从站发出使能信号，使能第一级从站；各从站从广播包中获取自己的子周期数据包，分别对子周期数据包进行处理，并生成反馈包；第一级从站收到使能信号后，向RS485总线发送反馈包，在发送完成后通过控制线向第二级从站发出使能信号并转换为失能状态，使能第二级从站；依此类推，各从站在接收到使能信号后向RS485总线发送反馈包，从而完成各从站对反馈包的依次发送。
本发明实施例还提供了一种基于R485总线的通信系统，包括一个主站和多个从站，主站和多个从站均与RS485总线相连，其中，主站与第一级从站之间以及各从站之间还通过控制线依次串联，主站与第一级从站之间的控制线用于主站向第一级从站发出使能信号，各从站之间的控制线用于上一级主站向下一级从站发出使能信号。
本实施例在传统的两线制的RS485通信系统中增加了控制线，控制线依次连接主站以及各个从站，通过对控制线的控制，实现了自动配置各个从站的节点地址和获取从站的物理配置信息。配置好从站后，控制线的作用变成使能从站发送。与现有的RS485通信系统采用轮询的方式相比，本实施例的主站下发广播包后各从站处理后可立即依次返回，提高了通信效率，实时高效。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的基于R485总线的通信系统的原理图。
图2示出了根据本发明一实施例的基于R485总线的通信系统的通信方法的通信原理图。
图3和图4分别示出了根据本发明一实施例的接收中断处理和外部中断处理的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出进一步说明。
图1示出了根据本发明一实施例的基于R485总线的通信系统的原理图。请参阅图1。根据本发明一实施例的基于R485总线的通信系统，包括一个主站1和多个从站2，主站1和多个从站2均与RS485总线3相连。其中，主站1与第一级从站（图1中所述的从站1）之间以及各从站2之间还通过控制线4依次串联。
在本实施例中，主站1包括PLC控制器和FPGA，PLC控制器与FPGA电连接；各从站2为MCU。从站2通过两个UART接口与RS485总线3连接，与主站1相连的第一级从站的GPIO接口通过控制线4与主站1的GPIO接口连接，相邻的每两个从站2的GPIO接口通过控制线4相互连接。
图2示出了根据本发明一实施例的基于R485总线的通信系统的通信方法的通信原理图。请参考图2。根据本发明实施例的基于R485总线的通信系统的通信方法包括以下步骤：
a、枚举阶段：主站1通过控制线4向第一级从站发出使能信号，使能第一级从站，通过RS485总线3枚举第一级从站，获取第一级从站的物理配置信息以及为第一级从站设置从站地址；第一级从站完成枚举后通过控制线4向第二级从站发出使能信号并自动转变为失能状态，使能第二级从站，主站1通过RS485总线3枚举第二个从站，获取第二个从站的物理配置信息以及为第二级从站设置从站地址；第二级从站完成枚举后通过控制线4向第三级从站发出使能信号并自动转变为失能状态 ，使能第三级从站，依此类推，直至主站1枚举完所有的从站2。
上述的物理配置信息例如包括从站的类型信息、I/O模块的点数等等。上述的使能信号为脉冲信号，该脉冲信号可以是高电平脉冲信号或低电平脉冲信号。在本实施例中，使能信号为高电平脉冲信号。
b、周期通信阶段：主站1将分别发送给多个从站2的子周期数据包打包成一个广播包后，以广播的形式发送给RS485总线3，然后通过控制线4向第一级从站发出使能信号，使能第一级从站2，所述子周期数据包含有从站的地址；各从站根据子周期数据包中的从站地址从广播包中获取自己的子周期数据包，分别对子周期数据包进行处理，并生成反馈包；第一级从站收到使能信号后，向RS485总线3发送反馈包，在发送完成后通过控制线4向第二级从站发出使能信号并自动转换为失能状态，使能第二级从站；依此类推，各从站2在接收到使能信号后向RS485总线3发送反馈包，在发送完成后通过控制线向下一级从站发出使能信号并自动转换为失能状态，使能下一级从站，从而完成各从站2对反馈包的依次发送。
图2中的id1至id4表示被打包在广播包中的各从站的子周期数据包。在本实施例中，当从站处于使能状态时，可以向RS485总线发送数据包，也可以通过RS485总线接收数据包，并能通过控制线发送使能信号。当从站处于失能状态时，不能向RS485总线发送数据包，也不能通过控制线发送使能信号，但可以通过RS485总线接收数据包。
请参考图3。本实施例中，在周期通信阶段中，各从站2在完成自己的子周期数据包的接收时进入接收中断处理；该接收中断处理用于对接收到的子周期数据包进行相应的处理，并生成反馈包，在生成反馈包后开启外部中断处理。接收中断处理是一直开启的，从站2将完成子周期数据包的接收作为中断触发事件，触发接收中断处理，在执行接收中断处理时，从站2暂停当前在执行的其它任务，在中断中处理子周期数据包，从而提高了通信的实时性。
请参考图4。本实施例中，在周期通信阶段中，各从站2在收到使能信号时进入外部中断处理，该外部中断处理用于发送反馈包，各从站在反馈包发送完成后向下一级从站发出使能信号，然后转换为失能状态，并关闭外部中断处理，从而提高了通信的实时性。
本发明实施例至少具有以下优点和特点：
1、本实施例在传统的两线制的RS485通信系统中增加了控制线，控制线依次连接主站以及各个从站，通过对控制线的控制，可以自动配置各个从站的节点地址和获取从站的物理配置信息，解决了需要手动配置从站的问题。配置好从站后，控制线的作用变成使能从站发送，当前从站发送完反馈包后，拉高下级从站的控制线，使能下级从站发送。与现有的RS485通信系统采用轮询的方式相比，本实施例的主站下发广播包后各从站处理后可立即依次返回，实时高效；
2、从站在中断中处理广播包，并且以外部中断检测控制线，提高了通信的实时性；
3、主站可在1ms内带32个从站，通信效率高，实时性好。

Claims (8)

1.基于R485总线的通信系统的通信方法，所述基于R485总线的通信系统包括一个主站和多个从站，所述主站和所述多个从站均与RS485总线相连，其特征在于，所述主站与第一级从站之间以及各从站之间还通过控制线依次串联；所述的基于R485总线的通信系统的通信方法包括：
a、枚举阶段：所述主站通过控制线向所述第一级从站发出使能信号，使能第一级从站，通过RS485总线枚举第一级从站，获取第一级从站的物理配置信息以及为第一级从站设置从站地址；第一级从站完成枚举后通过控制线向第二级从站发出使能信号并转换为失能状态 ，使能第二级从站，主站通过RS485总线枚举第二个从站，获取第二个从站的物理配置信息以及为第二级从站设置从站地址；第二级从站完成枚举后通过控制线向第三级从站发出使能信号并转变为失能状态 ，使能第三级从站，依此类推，直至主站枚举完所有的从站；
b、周期通信阶段：所述主站将分别发送给多个从站的子周期数据包打包成一个广播包后，以广播的形式发送给RS485总线，然后通过控制线向第一级从站发出使能信号，使能第一级从站；各所述从站从所述广播包中获取自己的子周期数据包，分别对子周期数据包进行处理，并生成反馈包；第一级从站收到使能信号后，向RS485总线发送反馈包，在发送完成后通过控制线向第二级从站发出使能信号并转换为失能状态，使能第二级从站；依此类推，各从站在接收到使能信号后向RS485总线发送反馈包，从而完成各从站对反馈包的依次发送。
2.如权利要求1所述的基于R485总线的通信系统的通信方法，其特征在于，在所述的周期通信阶段中，各所述从站在完成自己的子周期数据包的接收时进入接收中断处理；所述接收中断处理用于对接收到的子周期数据包进行相应的处理，并生成反馈包，在生成反馈包后开启外部中断处理。
3.如权利要求2所述的基于R485总线的通信系统的通信方法，其特征在于，在所述的周期通信阶段中，各所述从站在收到使能信号时进入所述外部中断处理，所述外部中断处理用于发送所述的反馈包，各所述从站在反馈包发送完成后向下一级从站发出使能信号，然后转换为失能状态，并关闭所述的外部中断处理。
4.如权利要求1所述的基于R485总线的通信系统的通信方法，其特征在于，所述的使能信号为脉冲信号。
5.如权利要求1所述的基于R485总线的通信系统的通信方法，其特征在于，所述子周期数据包含有从站的地址；各从站根据子周期数据包中的从站地址从广播包中获取自己的子周期数据包。
6.一种基于R485总线的通信系统，包括一个主站和多个从站，所述主站和所述多个从站均与RS485总线相连，其特征在于，所述主站与第一级从站之间以及各从站之间还通过控制线依次串联，所述主站与所述第一级从站之间的控制线用于主站向第一级从站发出使能信号，各从站之间的控制线用于上一级主站向下一级从站发出使能信号。
7.如权利要求6所述的基于R485总线的通信系统，其特征在于，所述主站包括PLC控制器和FPGA，所述PLC控制器与所述FPGA电连接；所述从站为MCU。
8.如权利要求6所述的基于R485总线的通信系统，其特征在于，所述的使能信号为脉冲信号。
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