CN112653743A - Rs485总线中多传感器编址方法、数据采集设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RS485总线中多传感器编址方法，包括如下步骤：步骤1：将RS485网络划分为不超过八个子网，相同类型的传感器连接在同一子网内；步骤2：对子网内的传感器依次上电进行编址，每个传感器编址结束后断电，直至完成该子网内所有传感器的编址；步骤3：重复步骤2，完成所有子网内的传感器的编址，采用本发明的方法后，各传感器不需要进行预编址，而采集设备对传感器进行自动编址，从而减少现场安装人员的对传感器的配置管理工作，减少人员操作配置失误带来的系统失效风险。同时，本发明还提供了基于该方法的数据采集设备和系统，属于物联网技术领域。

Description

RS485总线中多传感器编址方法、数据采集设备和系统

技术领域

本发明属于物联网技术领域，更具体而言，涉及一种RS485总线中多传感器编址方法、数据采集设备和系统。

背景技术

随着物联网行业的发展，越来越多的工业现场都安装了传感器采集系统。传感器采集系统，通过在各工业现场布置各类传感器，采集多个位置点的数据，如温湿度、位移、光照、振动、噪声等。由于采集现场需要采集的节点位置较多，为保证有效采集到各节点数据，通常使用RS485总线。由于RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信，采样有线连接，数据采集实时性、可靠性都可以得到保障。

这类工业现场传感器采集系统中，通常需要配置多种传感器，并且各类传感器都需要配置多组，用于采集不同节点位置的传感器数据，如温度传感器、振动传感器等。在使用RS485进行组网时，为了有效获得对应位置的传感器数据，需要对各个节点的传感器进行编址，在通过自定义协议完成数据采集和处理，并上传到工业控制平台。

大多数系统中，采用对传感器进行预编址方式，完成传感器终端RS485网络地址分配。

通过拨码等方式，配置传感器地址。

传感器终端具有设备唯一编号(SN)，传感器数据采集设备通过唯一编号(SN)来识别对应的传感器。

对于大多数工业现场应用中，通常要求传感器具有较高的防护等级，如IP65～IP66，甚至需要IP67。使用传统的拨码方式，将会使得传感器外形增大，IP防护等级较低，且成本上升。

在RS485网络中，常用Modbus等协议进行多节点传感器数据采集，而Modbus RTU帧格式定义的地址为8bit，通常只使用1-247表示从设备。

具体到每个传感器的RS485网络地址，若将设备编号SN通过一定算法随机映射为(1-247)中的一个，若RS485网络中的节点数量达到10个以上时，将较大概率出现重复地址的终端设备应用到一个RS485网络中，这就使得现场工业传感器采集系统现场安装时，需要识别设备地址，并通过地址编码设备，将终端网络地址重新分配调整。

若在现场工业传感器采集系统现场安装时，直接根据传感器安装数量，进行预编址，则需要在传感器安装前，对所有传感器终端进行预编址。

采用传感器预编址的方法，将使得安装现场人员，需要具备较高的操作技能，否则容易导致出错，可能出现传感器实际位置，与系统预定位置不一致，从而导致采集系统采集数据位置错误，造成数据分析失效。另外一方面，传感器维护或其它原因需要更换时，也需要对编址数据进行解绑，需要在对传感器进行重新编址，或者对传感器系统采集设备进行较为复杂配置，安装配置人员操作较为复杂。

以现有技术CN201911214357.9为例，其公开了一种数字传感器快速组网的方法，包括：数字仪表发送广播指令，使所有数字传感器进入组网状态；数字仪表发送指令，ID号为0到netBit位相同的数字传感器回复其ID号；数字仪表根据回复ID号判断是否获取到正确ID号；获取失败则当前扫描ID号的netbit值加1，重新发布指令直至数字仪表获取到正确ID号；数字仪表获取到正确ID号将此ID号保存到已识别到的ID号组；数字仪表获取到正确ID号后，通过ID号给数字传感器设地址，或直接通过ID号读取各个数字传感器的信息。上述方法利用传感器具有唯一ID号和RS485总线冲突的特点进行编址。这是一种利用上述缺陷基于另外一途径的解决方案。

所以本申请要解决的技术问题是：如何另辟蹊径提出更为便捷的解决方案来实现自动编址。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种RS485总线中多传感器编址方法，该方法可主要应用场景为：传感器系统RS485网络中节点数在10～32个，传感器种类4-8种；采用本发明的方法后，各传感器不需要进行预编址，而采集设备对传感器进行自动编址，从而减少现场安装人员的对传感器的配置管理工作，减少人员操作配置失误带来的系统失效风险。

同时，本发明还提供了基于该方法的数据采集设备和系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种RS485总线中多传感器编址方法，包括如下步骤：

步骤1：将RS485网络划分为不超过八个子网，相同类型的传感器连接在同一子网内；所述传感器各自独立的连接至数据采集设备的RS485接口；每个子网内设有为各传感器供电的电源控制逻辑电路；

步骤2：对子网内的传感器依次上电进行编址，每个传感器编址结束后断电，直至完成该子网内所有传感器的编址，每个传感器的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；同一子网中的传感器的子网序号相同，编号依据组网规划的编址进行配置；

步骤3：重复步骤2，完成所有子网内的传感器的编址。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，每个子网接入的传感器的数量不超过31个。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，所述步骤2具体为：

步骤21：通过电源控制逻辑电路对对应子网内所有的传感器断电；

步骤22：通过电源控制逻辑电路启动一个传感器，等待该传感器上电成功；

步骤23：向该子网发送广播帧；所述传感器在收到该广播帧后会反馈一个第一应答帧；

步骤24：收到第一应答帧后，向该传感器发送编址命令帧，所述编址命令帧中含有对该传感器的编址的地址，所述地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；所述传感器在收到该编址命令帧后将该传感器的RS485地址寄存器配置为所述地址并反馈一个第二应答帧；

步骤25：收到第二应答帧后，通过电源控制逻辑电路对该传感器断电；

步骤26：重复步骤22-25直至该子网内所有的传感器完成编址。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，所述步骤21和22之间还包括步骤20：

向子网发送广播帧，若设定时间内未收到应答帧，则判断该子网内所有传感器均断电，进行步骤22。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，所述步骤23中的广播帧为“查询传感器型号”，所述第一应答帧为应答的传感器的型号；若第一应答帧的型号和该子网的传感器的型号相同，则进行步骤24，若否，则报错。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，传感器系统数据采集设备每次正常重新上电复位时，若未接收到对RS485子网传感器进行重新编址的命令，则可顺序加载各传感器，对传感器类型、工作状态、编址等信息进行自检查询，以确保各子网内的传感器状态正常，传感器的地址符合预先组网规划的编址。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，若任一子网内的传感器的数量增加、或该子网内传感器被整体替换，则对该子网按照步骤21-26对该子网内所有传感器进行重新编址。

在上述的RS485总线中多传感器编址方法中，所述步骤3中，各子网的可同时进行或依次进行步骤2。

本发明的另外一个目在于提供一种用于实现上述方法的数据采集设备，包括如下模块：多个电源控制逻辑电路、多个RS485总线接口、控制模块；每个传感器对应一个RS485总线接口；

所述控制模块用于将RS485分为多个子网，每个子网分配有一个电源控制逻辑电路或一个电源控制逻辑电路管理所有子网内的传感器的上电和断电；所述电源控制逻辑电路用于控制子网内各传感器的通电和断电；

所述控制模块还用于通过电源控制逻辑电路对子网内的传感器依次上电和断电并编址，对每个子网内所有的传感器进行编址。

本发明的另外一个目在于提供一种可自动编址的物联网系统，包括多个传感器和如上所述的数据采集设备，所述传感器连接至数据采集设备的RS485总线接口；

相同类型的传感器连接至同一子网；每个子网内的传感器数量不超过31个；

所述数据采集设备对每个子网内的传感器进行编址；每个传感器的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；同一子网中的传感器的子网序号相同，编号依据组网规划的编址进行配置。

本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

本发明主要应用场景为传感器系统RS485网络中节点数在10～32个，传感器种类4-8种；各传感器不需要进行预编址，而采集设备对传感器进行自动编址，从而减少现场安装人员的对传感器的配置管理工作，减少人员操作配置失误带来的系统失效风险。

即：

在系统安装调试阶段，由采集设备对各预定位置的传感器进行自动编址；

在系统维护阶段，若对传感器进行维护更新或替换、新增等，可以预编址，也可以由采集设备统一进行全网编址。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明实施例1的流程框图；

图2是本发明实施例1的步骤2的流程框图；

图3是本发明实施例2的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。

实施例1

参照图1和图2所示，本发明一个实施例中，一种RS485总线中多传感器编址方法，包括如下步骤：

步骤1：将RS485网络划分为不超过八个子网，相同类型的传感器连接在同一子网内；所述传感器各自独立的连接至数据采集设备的RS485接口；每个子网内设有为各传感器供电的电源控制逻辑电路；

一般来说，RS485网络划分8个子网，因为根据编址规则，如下表1：

表1：

每个子网中的传感器和数据采集设备之间采用星型连接，每个子网中的传感器统一连接到数据采集设备的RS485接口。

传感器将数据发送到RS485总线中采用Modbus协议，Modbus协议的特点在于：一个数据链路上只能处理247个地址；基于上述的编址规则，其247个地址分为8个子网，每个子网至多31个从地址；一般来说，每个子网接入的传感器数量不大于20。

步骤2：对子网内的传感器依次上电进行编址，每个传感器编址结束后断电，直至完成该子网内所有传感器的编址，每个传感器的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；同一子网中的传感器的子网序号相同，编号依据组网规划的编址进行配置，一般来说，编号是根据传感器上电的顺序依次增加的，其结构如上表1所示。

实现每个子网内的传感器依次编址的具体过程为(以下步骤依序进行，执行主体为数据采集设备)：

步骤21：通过电源控制逻辑电路对对应子网内所有的传感器断电；

步骤20：向子网发送广播帧，若设定时间T0内未收到第一应答帧，则判断该子网内所有传感器均断电，进行步骤22；本步骤的广播帧不限定具体的内容，可以为询问子网内传感器的型号或者其他或者单纯的要求传感器反馈是否收到的信号；当本步骤的广播帧为询问传感器的型号时，第一应答帧应该为传感器反馈的型号数据。

正常情况下，收不到任何传感器的任何反馈，进行步骤22。

若收到了传感器的反馈，则说明子网还未断电，这个时候再次通知电源控制逻辑电路对应子网内所有的传感器断电，并进行步骤20。

步骤22：通过电源控制逻辑电路启动一个传感器，等待该传感器上电成功；等待时间为T1，根据每个传感器的启动时间特点，可灵活设置；

步骤23：向该子网发送广播帧；所述传感器在收到该广播帧后会反馈一个第一应答帧；

本步骤发送的广播帧为“查询传感器型号”，所述第一应答帧为应答的传感器的型号；若第一应答帧的型号和该子网的传感器的型号相同，则进行步骤24，若否，则报错，对应的操作人员到现场查询并处理。

比如子网1对应的是温度传感器；那么第一应答帧应该是型号是温度传感器。

还比如，子网2是压力传感器、子网3是重量传感器。

步骤24：收到第一应答帧后，向该传感器发送编址命令帧，所述编址命令帧中含有对该传感器的编址的地址，所述地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；所述传感器在收到该编址命令帧后将该传感器的RS485地址寄存器配置为所述地址并反馈一个第二应答帧；

第二应答帧是传感器进行成功编址的应答，使数据采集设备可以进行后面的步骤。

步骤25：收到第二应答帧后，通过电源控制逻辑电路对该传感器断电；

步骤26：重复步骤22-25直至该子网内所有的传感器完成编址。

步骤3：重复步骤2，完成所有子网内的传感器的编址。

需要说明的是，对子网1、子网2、子网3......子网8进行编址的操作可以同时进行，也可以依次进行，也就是说，步骤3中，所有的步骤2都可以同时进行也可以依次进行。

在使用过程中，若任一子网内的传感器的数量增加、或该子网内传感器被整体替换，则对该子网按照步骤21-26对该子网内所有传感器进行重新编址。

通过上述方法，各传感器不需要进行预编址，而采集设备对传感器进行自动编址，从而减少现场安装人员的对传感器的配置管理工作，减少人员操作配置失误带来的系统失效风险。即：

在系统安装调试阶段，由采集设备对各预定位置的传感器进行自动编址；

在系统维护阶段，若对传感器进行维护更新或替换、新增等，可以预编址，也可以由采集设备统一进行全网编址。

在正常使用状态下，数据采集设备每次正常重新上电复位时，若未接收到对RS485子网传感器进行重新编址的命令，则可顺序上电加载各传感器，对传感器类型、工作状态、编址信息进行自检查询，以确保各子网内的各传感器状态正常，传感器地址符合预先组网规划的编址，如果发现异常，则可按照步骤2对该子网内所有的传感器进行重新编址。

实施例2

参考图3，一种可自动编址的物联网系统，包括多个传感器1和数据采集设备2，所述传感器1连接至数据采集设备2的RS485总线接口22；

相同类型的传感器1连接至同一子网；每个子网内的传感器1数量不超过31个；

所述数据采集设备2对每个子网内的传感器1进行编址；每个传感器1的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器1的编号；同一子网中的传感器1的子网序号相同，编号依次增加或根据预先规划的地址配置。

上述数据采集设备2，其包括如下模块：一个或多个电源控制逻辑电路21、多个RS485总线接口22、控制模块23；每个传感器1对应一个RS485总线接口22；电源控制逻辑电路21一般为一个，考虑到系统设计的复杂性和灵活性，如果总线内传感器少，则为一个。如果总线内传感器多，则一个子网配置一个电源控制逻辑电路21。

所述控制模块23用于将RS485分为多个子网，每个子网分配有一个电源控制逻辑电路21；所述电源控制逻辑电路21用于控制子网内各传感器1的通电和断电；

所述控制模块23还用于通过电源控制逻辑电路21对子网内的传感器1依次上电和断电并编址，对每个子网内所有的传感器1进行编址。

控制模块23对各子网中传感器1进行编址的操作具体可参考上述的步骤2以及步骤21-26；

步骤21：控制模块23通过电源控制逻辑电路21对对应子网内所有的传感器1断电；

步骤20：控制模块23向子网发送广播帧，若设定时间T0内未收到第一应答帧，则判断该子网内所有传感器1均断电，进行步骤22；

步骤22：控制模块23通过电源控制逻辑电路21启动一个传感器1，等待该传感器1上电成功；等待时间为T1，根据每个传感器1的启动时间特点，可灵活设置；

步骤23：控制模块23向该子网发送广播帧；所述传感器1在收到该广播帧后会反馈一个第一应答帧；

步骤24：控制模块23收到第一应答帧后，向该传感器1发送编址命令帧，所述编址命令帧中含有对该传感器1的编址的地址，所述地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器1的编号；所述传感器1在收到该编址命令帧后将该传感器1的RS485地址寄存器配置为所述地址并反馈一个第二应答帧；

步骤25：控制模块23收到第二应答帧后，通过电源控制逻辑电路21对该传感器1断电；步骤26：控制模块23重复步骤22-25直至该子网内所有的传感器1完成编址。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将RS485网络划分为不超过八个子网，相同类型的传感器连接在同一子网内；所述传感器各自独立的连接至数据采集设备的RS485接口；每个子网内设有为各传感器供电的电源控制逻辑电路；

步骤2：对子网内的传感器依次上电进行编址，每个传感器编址结束后断电，直至完成该子网内所有传感器的编址，每个传感器的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；同一子网中的传感器的子网序号相同，编号依据组网规划的编址进行配置；

步骤3：重复步骤2，完成所有子网内的传感器的编址。

2.根据权利要求1所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，每个子网接入的传感器的数量不超过31个。

3.根据权利要求1所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤21：通过电源控制逻辑电路对对应子网内所有的传感器断电；

步骤22：通过电源控制逻辑电路启动一个传感器，等待该传感器上电成功；

步骤23：向该子网发送广播帧；所述传感器在收到该广播帧后会反馈一个第一应答帧；

步骤24：收到第一应答帧后，向该传感器发送编址命令帧，所述编址命令帧中含有对该传感器的编址的地址，所述地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；所述传感器在收到该编址命令帧后将该传感器的RS485地址寄存器配置为所述地址并反馈一个第二应答帧；

步骤25：收到第二应答帧后，通过电源控制逻辑电路对该传感器断电；

步骤26：重复步骤22-25直至该子网内所有的传感器完成编址。

4.根据权利要求3所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，所述步骤21和22之间还包括步骤20：

向子网发送广播帧，若设定时间内未收到应答帧，则判断该子网内所有传感器均断电，进行步骤22。

5.根据权利要求2所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，所述步骤23中的广播帧为“查询传感器型号”，所述第一应答帧为应答的传感器的型号；若第一应答帧的型号和该子网的传感器的型号相同，则进行步骤24，若否，则报错。

6.根据权利要求1所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，数据采集设备每次正常重新上电复位时，若未接收到对RS485子网传感器进行重新编址的命令，则可顺序上电加载各传感器，对传感器类型、工作状态、编址信息进行自检查询，以确保各子网内的各传感器状态正常，传感器地址符合预先组网规划的编址。

7.根据权利要求3所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，若任一子网内的传感器的数量增加、或该子网内传感器被整体替换，则对该子网按照步骤21-26对该子网内所有传感器进行重新编址。

8.根据权利要求1所述的RS485总线中多传感器编址方法，其特征在于，所述步骤3中，各子网的可同时进行或依次进行步骤2。

9.一种用于实现权利要求1-8任一所述方法的数据采集设备，其特征在于，包括如下模块：多个电源控制逻辑电路、多个RS485总线接口、控制模块；每个传感器对应一个RS485总线接口；

所述控制模块用于将RS485分为多个子网，每个子网分配有一个电源控制逻辑电路或一个电源控制逻辑电路管理所有子网内的传感器的上电和断电；所述电源控制逻辑电路用于控制子网内各传感器的通电和断电；

所述控制模块还用于通过电源控制逻辑电路对子网内的传感器依次上电和断电并编址，对每个子网内所有的传感器进行编址。

10.一种可自动编址的物联网系统，其特征在于，包括多个传感器和如权利要求9所述的数据采集设备，所述传感器连接至数据采集设备的RS485总线接口；

相同类型的传感器连接至同一子网；每个子网内的传感器数量不超过31个；

所述数据采集设备对每个子网内的传感器进行编址；每个传感器的地址为1个字节，其中，每个字节的高3位表示子网序号，每个字节的低5位表示该子网中传感器的编号；同一子网中的传感器的子网序号相同，编号依据组网规划的编址进行配置。

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