CN111241019A - 一种rs485总线仲裁及地址自动识别的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,该方法包括以下步骤:步骤一:主从设备进入自动识别及分配流程;步骤二:主机设备通过多次的ID查询指令,获取到各个从机设备的设备ID;步骤三:主机设备读取从机设备ID指令并等待从机设备的响应;步骤四:主机设备确认从机设备的ID,保存在主机设备缓存内部;步骤五:主机设备完成查询从机设备的ID后,根据ID的依次配置每个从机的从机地址;步骤六:主机在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令。本发明的有益效果是,该方法通过主机自动识别算法,在不需要人工干预的情况下,改变2线制RS485接线方式下,通过从机响应通讯时隙的设计以及节点电路的设计,实现了设备自动识别及分配。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域,特别是一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法。
背景技术
RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准,该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义;使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号;RS485使得廉价本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能;RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现很少采用,多采用的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓扑结构,在同一总线上最多可以挂接32个节点。
RS485采用半双工工作方式,支持多点数据通信;RS485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,即采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络;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;传统的多主RS485总线仲裁机制主要是通过采用分时复用、分配总线上节点发送权的方式,保证总线上每一时刻只有一个节点在发送数据,由于RS485总线支持一主多从的通信模式,主机需要能够识别下位多个从机设备,所以从机设备必须具备一个在RS485网络中的唯一的地址码,通常在网络设计中,采用拨码开关或者人工输入方式对从机地址进行设置,但是在很多应用场景不适用,目前的RS485硬件电路无法自动识别及地址无法自动分配算法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,设计了一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法。
实现上述目的本发明的技术方案为,一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,该方法通过主机自动识别算法,在不需要人工干预的情况下,改变2线制RS485接线方式下,实现了设备自动识别及分配,恢复到正常通讯模式时,采用分配的地址进行实现modbus协议的正常通行,该方法包括以下步骤:
步骤一:主从设备进入自动识别及分配流程;
步骤二:主机设备通过多次的ID查询指令,获取到各个从机设备的设备ID;
步骤三:主机设备读取从机设备ID指令并等待从机设备的响应;
步骤四:主机设备确认从机设备的ID,保存在主机设备缓存内部;
步骤五:主机设备完成查询从机设备的ID后,根据ID的依次配置每个从机的从机地址;
步骤六:主机在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤一中,主从设备进入自动配置地址模式后,主机设备获取各个从机设备ID后,根据从机设备的ID的大小,依次排序,重新设定主机设备modbus地址。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤二中,主机设备在每个查询周期结束后,根据获取的从机设备ID,分别对指定从机设备发送ID获取确认帧,通过主从设备双向通讯后,确定从机设备的有效存在,此后,确定的从机设备不再响应之后的查询ID指令。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤三中,当主机设备发出获取从机设备的ID指令后,多个从机设备会同时申请使用总线,为了避免总线使用冲突,采用通讯时隙设计,此过程为查询流程。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤四中,主机设备在每个查询流程结束后,如果本次流程获取到了有效从机ID,依次发出ID确认信息,从机接收到响应的数据帧后,主机状态切换为ID已经确认,不再响应读取设备ID指令并发回确认帧。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤五中,主机多次识别ID流程,没有获取得到总线上有数据发送,就认为设备ID识别流程完成,然后按照之前获取到的从机设备ID进行排序,对所有确认的从机设备进行modbus地址的设定。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述步骤六中,在主机设备在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令,整个RS485网络根据重新配置的设备地址进行正常的modbus协议交互。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述查询流程过程中,各个从机设备分时复用RS485总线,降低总线冲突,同时,从机设备具备总线冲突检查功能,每发送一个字节,首先监听通道,确定当时是否有其他从机发送数据,如果通道占用,就等待下一次主机发送识别ID指令;如果通道空闲,就发送识别ID指令响应帧,返回本机ID;等待主机发送ID确认指令。如果从机未接收到主机ID确认帧,仍然响应下一次主机的识别ID指令。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述通讯时隙设计指主机设备发送ID查询指令完成后,启动时隙,各个从机设备产生0~31的随机数,实际数乘以一个时隙时长就是本机响应延时时间,待延时时间计时完成,所有从机设备分时占用总线,响应数据帧。
作为RS485总线仲裁及地址自动识别的方法的进一步描述,所述从机设备RS485的发送电路采用了半驱动模式,从电气层实现了RX和TX自动切换,从而可以实时能够读取总线是否有其它占用,此过程降低RS485总线冲突。
其有益效果在于,1.本发明通过各个节点的RS485硬件电路的设计,通过主机启动自动识别算法,在不需要人工干预,改变2线制RS485接线方式下,实现了设备自动识别及分配,恢复到正常通讯模式时,采用分配的地址进行实现modbus协议的正常通行。
2.主机发出获取从机设备ID指令后,多个从机设备可能同时会申请使用总线,此过程会导致总线使用冲突,本发明通过从机响应通讯时隙的设计,在主机设备发送ID查询指令完成后,启动时隙,各个从机设备产生0~31的随机数,实际数乘以一个时隙时长就是本机响应延时,带延时时间计时完成,所有从机分时占用总线,响应数据帧,此过程避免总线的使用冲突。
3.本发明所述的从机设备,发送ID指令采用分时发送的方式,但是各个从机采用随机数的模式,存在发送多个从机ID采用同一时间段发送响应帧的概率,本发明对通过节点电路进行控制,从机设备RS485的发送电路采用了半驱动模式,从电气层实现了RX和TX自动切换,从而可以实时能够读取总线是否有其它占用。
附图说明
图1是本发明的运行流程图;
图2是本发明的节点电路图;
具体实施方式
首先说明本发明的设计初衷,RS485总线是支持一主多从的通信模式,主机需要能够识别下位多个从机设备,所以从机设备必须具备一个在RS485网络中的唯一的地址码,通常在网络设计中,采用拨码开关或者人工输入方式对从机地址进行设置,但是在很多应用场景不适用,目前的RS485硬件电路无法自动识别及地址无法自动分配算法,为此,本发明设计了一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法。
下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1所示,一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,首先主从设备启动自动识别及分配流程,主从设备进入自动配置地址模式后,主机设备获取各个从机设备ID后,根据从机设备的ID的大小,依次排序,重新设定主机设备modbus地址。
主机设备通过多次的ID查询指令,获取到各个从机设备的ID,在每个查询周期结束后,有从机设备的响应,保存设备ID,主机设备根据获取的从机设备ID,分别对指定从机设备发送ID获取确认帧,通过主从设备双向通讯后,确定从设备的有效存在,此后,确定的从机设备不再响应之后的查询ID指令,无从机设备响应时,通过无效响应计数器累计,直至读取流程完成。
当主机设备发出获取从机设备ID指令后,多个从机设备可能同时会申请使用总线,为了避免总线使用冲突,这里引入时隙概念,各个从机分时复用RS485总线,降低总线冲突,同时,从机具备总线冲突检查功能,每发送一个字节,首先监听通道,确定当时是否有其他从机发送数据,如果通道占用,就等待下一次主机发送识别ID指令。如果通道空闲,就发送识别ID指令响应帧,返回本机ID;等待主机发送ID确认指令;如果从机设备未接收到主机设备ID确认帧,仍然响应下一次主机设备的识别ID指令。
主机如果多次识别ID流程,没有获取得到总线上有数据发送,就认为设备ID识别流程完成,然后按照之前获取到的从机ID进行排序,对所有确认的从机进行modbus地址的设定,退出自动识别算法。
下面说明本发明的从机设备响应通讯时隙的设计:主机设备发送ID查询指令完成后,启动时隙,各个从机设备产生0~31的随机数,实际数乘以一个时隙时长就是本机响应延时时间,待延时时间计时完成,所有从机分时占用总线,响应数据帧。
通常应用中,RS485主节点下面最多接入32个从机。据此设计最大时隙数量为32个,根据响应帧的发送时长,单个时隙周期为15ms。这样一个最大的查询周期为480ms,根据上述的设计思路,查询32个从机设备最长的理论时长为16.8秒,也就是说,完成32台从机设备地址的自动设备,最大需要16.8秒,完全能够满足现场施工的实际需求。
下面说明本发明的节点电路的设计方案,从机设备的发送采用分时发送的方式,降低了多个从机同时占用通讯总线的概率,但是各个从机采用随机数的模式,仍然有可能发送多个从机采用同一时间段发送响应帧的概率,为此,为了降低RS485总线冲突,从机设备RS485的发送电路采用了半驱动模式,从电气层实现了RX和TX自动切换,从而可以实时能够读取总线是否有其它占用。
RS485是指485芯片只发送逻辑0,而逻辑1则由485接收方由失效保护的上下拉得到,简而言之,485芯片的TxD端接地,MCU的TxD反相后接到485的DE端,485的RE始终使能。
上面具体说明了本发明的从机设备响应通讯时隙以及节点电路的设计方案,下面将介绍本发明的通讯协议:
地址自动识别通讯协议在modbus协议基础上进行扩展,通过从机设备地址进行从机多寄存器读写操作,根据不同的寄存器地址,分为如下几种不同的指令:
启动自动流程指令:启动新的自动识别和自动分配地址流程,从机设备接收修改的指令后进入自动识别地址流程,复位所有流程逻辑。
等待具体的操作指令;
读取设备ID指令:从机在没有确认ID已发送状态,根据时隙算法分时发送本机设备ID,如果本机ID已经确认,则忽略改指令。主机通过多次发出查询指令,获取下行所有从机的设备ID,主机获取有效ID后,保存在主机缓存内部;如果没有从机设备发送响应帧,多次确认后,即代表所有设备ID已发送完成。
确认设备ID:主机在每个查询流程结束后,如果本次流程获取到了有效从机ID,依次发出ID确认信息,从机设备接收到响应的数据帧后,本机状态切换为ID已经确认,不再响应读取设备ID指令,发回确认帧。
配置设备地址ID:主机完成查询设备后,根据ID的依次配置每个从机的从机地址。
退出自动流程指令:主机在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令,整个RS485网络根据重新配置的设备地址进行正常的modbus协议交互。
本发明通过各个节点的RS485硬件电路的设计,通过主机启动自动识别算法,在不需要人工干预,改变2线制RS485接线方式下,实现了设备自动识别及分配。恢复到正常通讯模式时,采用分配的地址进行实现modbus协议的正常通行。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,该方法通过主机自动识别算法,在不需要人工干预的情况下,改变2线制RS485接线方式下,实现了设备自动识别及分配,恢复到正常通讯模式时,采用分配的地址进行实现modbus协议的正常通行,该方法包括以下步骤:
步骤一:主从设备进入自动识别及分配流程;
步骤二:主机设备通过多次的ID查询指令,获取到各个从机设备的设备ID;
步骤三:主机设备读取从机设备ID指令并等待从机设备的响应;
步骤四:主机设备确认从机设备的ID,保存在主机设备缓存内部;
步骤五:主机设备完成查询从机设备的ID后,根据ID的依次配置每个从机的从机地址;
步骤六:主机在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令。
2.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤一中,主从设备进入自动配置地址模式后,主机设备获取各个从机设备ID后,根据从机设备的ID的大小,依次排序,重新设定主机设备modbus地址。
3.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤二中,主机设备在每个查询周期结束后,根据获取的从机设备ID,分别对指定从机设备发送ID获取确认帧,通过主从设备双向通讯后,确定从机设备的有效存在,此后,确定的从机设备不再响应之后的查询ID指令。
4.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤三中,当主机设备发出获取从机设备的ID指令后,多个从机设备会同时申请使用总线,为了避免总线使用冲突,采用通讯时隙设计,此过程为查询流程。
5.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤四中,主机设备在每个查询流程结束后,如果本次流程获取到了有效从机ID,依次发出ID确认信息,从机接收到响应的数据帧后,主机状态切换为ID已经确认,不再响应读取设备ID指令并发回确认帧。
6.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤五中,主机多次识别ID流程,没有获取得到总线上有数据发送,就认为设备ID识别流程完成,然后按照之前获取到的从机设备ID进行排序,对所有确认的从机设备进行modbus地址的设定。
7.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述步骤六中,在主机设备在完成配置地址ID后,发出退出自动流程指令,整个RS485网络根据重新配置的设备地址进行正常的modbus协议交互。
8.根据权利要求4所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述查询流程过程中,各个从机设备分时复用RS485总线,降低总线冲突,同时,从机设备具备总线冲突检查功能,每发送一个字节,首先监听通道,确定当时是否有其他从机发送数据,如果通道占用,就等待下一次主机发送识别ID指令;如果通道空闲,就发送识别ID指令响应帧,返回本机ID;等待主机发送ID确认指令。如果从机未接收到主机ID确认帧,仍然响应下一次主机的识别ID指令。
9.根据权利要求4所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述通讯时隙设计指主机设备发送ID查询指令完成后,启动时隙,各个从机设备产生0~31的随机数,实际数乘以一个时隙时长就是本机响应延时时间,待延时时间计时完成,所有从机设备分时占用总线,响应数据帧。
10.根据权利要求1所述的一种RS485总线仲裁及地址自动识别的方法,其特征在于,所述从机设备RS485的发送电路采用了半驱动模式,从电气层实现了RX和TX自动切换,从而可以实时能够读取总线是否有其它占用,此过程降低RS485总线冲突。
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