CN117579418A - 一种基于rs485总线的主从自适应的通信系统及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统及其通信方法，两个通讯口都是一主一从的关系，所以不用再额外设置通讯地址，大大提升了现场调试的效率；没有通讯地址的概念，就简化了扩展的方便性，直接手拉手连着模块即可；并且不需要再像传统MODBUS‑RTU轮询方式问询，大大提高了数据传输的效率，极大的缩短了主机遍历所有数据的时间，使得整个系统数据刷新的更迅速，能够为系统更快速的分析数据提供有力的保障。
Description
技术领域
本发明涉及RS485通讯传输技术领域，尤其涉及一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统及其通信方法。
背景技术
工业网络一般采用基于RS485总线的MODBUS-RTU协议进行控制；RS485接口使用差分传输方式，具有比较高的噪声抑制能力，最大传输距离约为1200米，最大传输速率为10Mb/s，还支持多点、双向通信，因此被大量工业设备引为标准接口；MODBUS-RTU协议是一个主从协议，在同一时刻总线上只能有一个主站和若干个从站，Modbus通信总是由主站发起，当从站没有收到来自主站的请求时不会发送数据，且从站之间不能相互通信，主站一次只能启动一个Modbus事务处理。
基于以上特点，基于RS485总线的MODBUS-RTU协议只能采用一问一答的通信方式，即主站定时查询从站状态，从站收到主站的轮询命令后回复相应的数据，但存在如下几个问题：
（1）当需要传输较大的数据量时，主站通过RS485总线向对应的从站请求数据，如果此时总线上从机数量比较多，那主站遍历所有的从机数据耗费的时间就比较长，直接影响通信的效率；
（2）工业现场环境恶劣，受限于场地环境和RS485总线应用场合的复杂性，RS485总线的通信带宽不可能无限提高，如：传统RS485总线构成的网络只能以串行布线，对于复杂场合的实际布线设计及施工造成很大难度，进而影响实际通信带宽大小；
（3）MODBUS-RTU协议在一个数据链路上只能处理247个地址，限制了可以连接到主站的从站数量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统及其通信方法，实现了提升主从通信的实时性、扩展性以及可靠性，可广泛应用于电力、数据中心、石化、轨道交通等行业。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，所述通信系统包括多个主从设备，每个设备包括两路RS485通信：485通信单元1和485通信单元2，任意两路485通信单元相连接，485通信单元1和485通信单元2在初始化状态不固定主机或从机，通过主从自适应协议进行通讯口的自主切换；
所述基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法包括两路RS485通信：RS485-1和RS485-2，两路RS485通信分别是一个主机和一个从机，具体包括：
S1、系统初始化；
S2、主机串口发送设置wireType命令；
S3、发送设置wireType命令计数器+1；
S4、判断是否收到回复设置命令；
S41、若收到回复设置命令，则转步骤S5、发送设置wireType命令清零；
S42、若没有收到回复设置命令，则判断是否发送设置wireType命令计数器＞5；
S421、若＞5则通讯失败标记位置，然后发送设置wireType命令清零，然后回到步骤S2；
S422、若≤5，则直接回到步骤S2；
S6、接步骤S5，发送设置wireType命令清零；
S7、通讯失败标记清零；
S8、进入Modbus主机任务。
进一步地，主机与从机依靠主从自适应协议确定，协议规定只有主机可以发送设置串口总线类型wireType的命令。
进一步地，所述自适应协议包括以下内容：
开始时参数默认wireType=0；
判断wireType是否等于0；
若wireType=0，则RS485-1和RS485-2执行从机任务；
RS485-1执行从机任务：
若RS485-1接收到设置wireType命令，则wireType=2，若RS485-1没有接收到设置wireType命令，则回到判断wireType是否等于0的步骤；
wireType=2后，RS485-2执行主机程序，然后RS485-2发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；
RS485-2执行从机任务：
若RS485-2接收到设置wireType命令，则wireType=1，RS485-1执行主机程序，RS485-1发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-1发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-1发送设置wireType命令步骤。
进一步地，若wireType=1，则RS485-1执行主机任务，RS485-2执行从机任务。
进一步地，若wireType=2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行主机任务。
进一步地，若wireType不等于0、1或2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行从机任务。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统及其通信方法，该通信系统包含两路RS485通信，可以自适应作为一主一从的模式，简化了现场调试的流程，无需复杂的布线，无需设置从机地址，实时性、扩展性以及可靠性都大大增强；该通信方法包括两路RS485通信，两路RS485通信分别是一个主机和一个从机，主机与从机依靠“主从自适应协议”确定，无需设置从机地址，简化了现场调试的流程，无需复杂的布线；无需设置地址，没有从机数量的限制，扩展性大大增强；无需设置地址，售后替换成本大大降低。
附图说明
图1为本发明的通信系统的组网结构示意图。
图2为应用本发明的通信系统的模块结构图。
图3为应用本发明的通信系统的模块功能原理图。
图4为本发明的通信方法的流程示意图。
图5为本发明的主从自适应协议的流程示意图。
实施方式
为更好地理解本发明的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本发明的技术方案的具体实施态样，其仅为本发明技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如A部件位于B部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。
实施例1
参见图1-5，图1绘制了本实施例1的通信系统的组网结构示意图。如图所示，本发明涉及的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统，包括多个主从设备，每个设备包括两路RS485通信：485通信单元1和485通信单元2，任意两路485通信单元相连接；每个设备的2路RS485通讯接口设置在线路板上，线路板设置在由上壳体和下壳体组成的外壳体内；485通信单元1和485通信单元2与CPU单元连接，所述CPU单元分别连接存储单元和LED显示单元；485通信单元1和485通信单元2在初始化状态不固定主机或从机，通过主从自适应协议进行通讯口的自主切换，方便了现场布线。
本发明涉及的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，包括两路RS485通信：RS485-1和RS485-2，两路RS485通信分别是一个主机和一个从机，系统方法包括以下步骤：
S1、系统初始化；
S2、主机串口发送设置wireType命令；
S3、发送设置wireType命令计数器+1；
S4、判断是否收到回复设置命令；
S41、若收到回复设置命令，则转步骤S5、发送设置wireType命令清零；
S42、若没有收到回复设置命令，则判断是否发送设置wireType命令计数器＞5；
S421、若＞5则通讯失败标记位置，然后发送设置wireType命令清零，然后回到步骤S2；
S422、若≤5，则直接回到步骤S2；
S6、接步骤S5，发送设置wireType命令清零；
S7、通讯失败标记清零；
S8、进入Modbus主机任务。
主机与从机依靠主从自适应协议确定，自适应协议包括以下内容：
协议规定只有主机可以发送设置串口总线类型wireType的命令；
开始时参数默认wireType=0；
判断wireType是否等于0；
1、若wireType=0，则RS485-1和RS485-2执行从机任务；
RS485-1执行从机任务：
若RS485-1接收到设置wireType命令，则wireType=2，若RS485-1没有接收到设置wireType命令，则回到判断wireType是否等于0的步骤；
wireType=2后，RS485-2执行主机程序，然后RS485-2发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；
RS485-2执行从机任务：
若RS485-2接收到设置wireType命令，则wireType=1，RS485-1执行主机程序，RS485-1发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-1发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-1发送设置wireType命令步骤；
2、若wireType=1，则RS485-1执行主机任务，RS485-2执行从机任务；
3、若wireType=2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行主机任务；
4、若wireType不等于0、1或2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行从机任务。
wireType即主从状态，wireType共有3种状态：
wireType等于0的时候，RS485-1和RS485-2都是执行的从机任务；wireType等于1的时候，RS485-1执行主机任务并且RS485-2执行从机任务；wireType等于2的时候，RS485-1执行从机任务并且RS485-2执行主机任务。
具体的，一开始设备刚上电的时候，设备在初始状态，wireType等于0，RS485-1和RS485-2都执行从机任务；如果RS485-1接收到设置wireType的命令，即说明该RS485-1需要执行从机任务，而RS485-2需要执行主机任务，所以把wireType设置成2状态；RS485-2执行主机任务，发送设置wireType命令，RS485-2发送设置wireType命令计数器即加一，如果RS485-2收到所接从机回复了设置wireType命令，RS485-2所接从机的通讯故障位就可以清零，系统就会回到RS485-1执行从机任务，RS485-2执行主机的获取数据的任务；如果RS485-2没有收到所接从机回复了设置wireType命令，判断一下发送设置wireType命令计数器有没有大于5次，如果没有大于5次，则重新发送设置wireType命令；如果大于5次，说明该RS485-2所接从机发生通讯故障或者没有从机，把RS485-2所接从机的通讯故障位置位，再重新发送设置wireType命令。
工作原理：
因为两个通讯口都是一主一从的关系，所以不用再额外设置通讯地址，大大提升了现场调试的效率；没有通讯地址的概念，就简化了扩展的方便性，直接手拉手连着模块即可；并且不需要再像传统MODBUS-RTU轮询方式问询，大大提高了数据传输的效率，极大的缩短了主机遍历所有数据的时间，使得整个系统数据刷新的更迅速，能够为系统更快速的分析数据提供有力的保障。
主从自适应协议：只有主机可以发送设置串口总线类型wireType的命令。首先一开始，模块是初始状态，两个通信口都是从机；主机也是初始状态，一直发送设置串口总线类型wireType的命令，所以只要哪个串口接收到设置总线状态wireType的命令以后，就可以把该串口设置成从机，从而另一个串口就可以设置成主机模式了。而主机只要设置总线状态wireType的命令收到回复以后，即说明跟从机之间的通信是通畅的，可以进入正常的ModbusRtu协议，进行数据的交互。如果中途发生通信故障，那么模块跟主机都会回到初始状态，重新等待建立通信链路。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：所述通信系统包括多个主从设备，每个设备包括两路RS485通信：485通信单元1和485通信单元2，任意两路485通信单元相连接， 485通信单元1和485通信单元2在初始化状态不固定主机或从机，通过主从自适应协议进行通讯口的自主切换；
所述基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法包括两路RS485通信：RS485-1和RS485-2，两路RS485通信分别是一个主机和一个从机，具体包括：
S1、系统初始化；
S2、主机串口发送设置wireType命令；
S3、发送设置wireType命令计数器+1；
S4、判断是否收到回复设置命令；
S41、若收到回复设置命令，则转步骤S5、发送设置wireType命令清零；
S42、若没有收到回复设置命令，则判断是否发送设置wireType命令计数器＞5；
S421、若＞5则通讯失败标记位置，然后发送设置wireType命令清零，然后回到步骤S2；
S422、若≤5，则直接回到步骤S2；
S6、接步骤S5，发送设置wireType命令清零；
S7、通讯失败标记清零；
S8、进入Modbus主机任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：主机与从机依靠主从自适应协议确定，协议规定只有主机可以发送设置串口总线类型wireType的命令。
3.根据权利要求2所述的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：所述自适应协议包括以下内容：
开始时参数默认wireType=0；
判断wireType是否等于0；
若wireType=0，则RS485-1和RS485-2执行从机任务；
RS485-1执行从机任务：
若RS485-1接收到设置wireType命令，则wireType=2，若RS485-1没有接收到设置wireType命令，则回到判断wireType是否等于0的步骤；
wireType=2后，RS485-2执行主机程序，然后RS485-2发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-2发送设置wireType命令步骤；
RS485-2执行从机任务：
若RS485-2接收到设置wireType命令，则wireType=1，RS485-1执行主机程序，RS485-1发送设置wireType命令，设置wireType命令计数器++，若收到回复则从机通讯故障清零，回到判断wireType是否等于0步骤；若没有收到回复，则判断是否设置wireType命令计数器＞5；
若设置wireType命令计数器＞5则从机通讯故障置位，设置wireType命令计数器清零，回到RS485-1发送设置wireType命令步骤；若设置wireType命令计数器≤5，则直接回到RS485-1发送设置wireType命令步骤。
4.根据权利要求2所述的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：若wireType=1，则RS485-1执行主机任务，RS485-2执行从机任务。
5.根据权利要求2所述的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：若wireType=2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行主机任务。
6.根据权利要求2所述的一种基于RS485总线的主从自适应的通信系统的通信方法，其特征在于：若wireType不等于0、1或2，则RS485-1执行从机任务，RS485-2执行从机任务。
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