CN1527561A

CN1527561A - 实现rs-485多点通讯的方法

Info

Publication number: CN1527561A
Application number: CNA031600220A
Authority: CN
Inventors: 徐德军; 陈诗军; 于学鸿
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: CN100502385C

Abstract

一种实现RS－485多点通讯的方法，采用平衡发送和差分接收的方式实现一个主机与多个从机之间的通信，在发送端首先接收上层数据，然后在数据字节前加入协议头(包括帧头、单板地址、帧长)，并在该数据字节后加入CRC校验，进行初始化处理后，发送数据帧，接收端接收到数据帧后，进行解帧处理，包括识别帧头，比较单板地址，检验帧长，确定数据字节以及接受循环冗余校验(CRC)，最后根据接受到的净荷进行相应的处理。本发明在保证多点通信可靠性的同时，提高通信效率，使RS－485调试更加容易，并且能够准确的定位错误，增加可测试性。

Description

实现RS-485多点通讯的方法

技术领域

本发明涉及一种串行通信标准的实现方法，尤其涉及一种实现RS-485多点通讯的方法。

背景技术

在数据通讯、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通讯来达到远程信息交换的目的，由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。目前可用于串行通讯的接口标准包括RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS232是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，较RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。

RS-485串行接口的电气标准实际上是RS-422的变型，它属于七层开放系统互连(OSI：Open System Interconnection)模型物理层的协议标准。由于RS-485总线仅需用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统，且设备简单、价格低廉，故RS-485总线标准得到了越来越广泛的应用。

RS-485总线的互连方式如图1所示，RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信，在发送端驱动器TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以100Kbps速率传输数据时传输距离可达12m，而用10Kbps时传输距离可达1.2km。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS-485实现了多点互连，最多可达32台驱动器和32接收器，非常便于多器件的连接。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。

485总线支持多个设备间的通信，一般来说，多个设备之间的通信协议都比较复杂，而采用485通信的多个设备间由于每次交互的数据量相对比较少，如果采用复杂的通信协议，会大大地降低通信效率、并占用大量的CPU资源，但是采用比较简单的通信协议，又会使可靠性大大地降低。并且在目前的485多点通信系统中，地址识别多是通过一个字节、甚至几位来表示，这样容易与数据产生冲突。对于成帧处理，目前的系统都是采用单板地址+数据+校验来进行，采用奇偶校验和数据和校验，检错程度有很大的缺陷，而且不具有可测试性。因此如何在保证多点通信可靠性的同时极大地提高通信效率是当前485通信设计中亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以此，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现RS-485多点通讯的方法，该方法在保证多点通信可靠性的同时，提高通信效率，使RS-485调试更加容易，并且能够准确的定位错误，增加可测试性。

所以，为达上述目的，本发明提供一种实现RS-485多点通讯的发送方法，采用平衡发送的方式实现一个主机与多个从机之间的通信，首先接收上层数据，然后进行成帧处理，在该数据字节前加入协议头(包括帧头、单板地址、帧长)，并在该数据字节后加入CRC校验，再进行初始化处理，最后发送数据帧，包括：发送帧头，发送单板地址，发送帧长，发送数据字节，以及发送循环冗余校验(CRC)。

所述的数据字节的第一个字节为命令类型，包括招测命令和状态查询命令。

所述的帧头由3个C0构成，其长度为3个字节；所述单板地址为单板槽位号前面加00，其长度为2个字节；所述帧长包括数据字节长度以及循环冗余校验字节长度。

所述发送数据帧还包括对数据进行发送转义处理步骤，即在帧头后，添加一个E0，同时帧长加1。

所述初始化处理是将主机初始化为发送允许、接收禁止状态。

所述发送数据帧之后还包括将主机初始化为发送禁止、接收允许状态。

另外本发明进而提供一种实现RS-485多点通讯的接收方法，采用差分接收的方式实现一个主机与多个从机之间的通信，首先初始化处理，然后接收数据帧，包括接收帧头，接收单板地址，接收帧长，接收数据字节；以及接收循环冗余码(CRC)，接着进行解帧处理，包括识别帧头，确定一帧数据的开始；比较单板地址，将单板地址与本地地址进行比较；检验帧长；确定数据字节；以及接受循环冗余校验(CRC)，再根据接收到的净荷进行相应的处理。

所述初始化处理是将从机初始化为接收允许、发送禁止状态。

所述帧头由3个C0构成，其长度为3个字节；所述单板地址为单板槽位号前面加00，其长度为2个字节；所述帧长包括数据字节长度以及循环冗余校验字节长度。

所述解封装处理过程还包括进行接收转义处理步骤，即在数据中收到3个C0后，将后面的E0去掉，同时将帧长减1。

所述解封装处理还包括统计错误的步骤，包括统计帧长错、帧头错、以及循环冗余校验错误。

所述接收到的净荷为主机发送的查询命令。

所述处理查询命令时，若从机正常并且数据准备好，则立即响应主机；若从机正常，但数据没有准备好，则不响应主机的查询命令。

根据本发明提供的实现RS-485多点通讯的方法，实现了可靠的485主从多点通信系统，对地址采用2个字节来表示，并且采用了转义处理，确保地址不会与数据发生冲突。成帧处理采用了帧头+单板地址+帧长+数据+CRC16校验的成帧方式，另外在成帧的过程中还采用了转义处理，并且采用了CRC16校验，增加了可靠性。本发明增加了帧头错、帧长错、CRC校验错误统计以及环回等功能，大大增加了可测试性，并进一步使485调试更加容易，方便了出错时的错误定位。

附图说明

图1为现有技术RS-485总线互连示意图；

图2为本发明RS-485通信网络架构图；

图3为本发明通信处理流程图；

图4为本发明RS-485总线型网络原理图；

图5为本发明实施例的RS-485接口电路图；

图6为本发明实施例主机发送数据帧流程图；

图7为本发明实施例从机解封装的流程图。

具体实施方式

网络协议是保证通信畅通的关键，在一定程度上也影响着网络通信的可靠性，它必须能够抵抗实际运作环境的干扰。RS-485通信只是整个系统中的一个部分，这就要求通信占用尽量少的时间，以求达到整个系统的高效率。

根据本发明提供的实现RS-485多点通讯的方法，请参考图2，该图是本发明网络架构图。主设备210与多个从设备相连。在通信处理过程中，由主设备210发起通信命令，从设备接收、解析、执行命令并返回执行结果，主设备根据接收到的从设备执行结果，进行相应的动作。

请参考图3，该图是本发明通信处理流程图，主设备发起命令、从设备返回执行结果涉及到成帧处理，从设备接受、解析命令，以及主设备接收从设备的返回结果又涉及到解帧处理。首先RS-485通信系统处理上层软件的数据，包括接收上层数据(步骤3010)，并对数据进行封装处理(步骤3011)，接下来初始化发送程序(步骤3012)，之后发送数据帧(步骤3013)。从设备初始化接收程序(步骤3014)之后，接收数据帧(步骤3015)，然后对数据帧进行解封装处理(步骤3016)，再根据接收到的净荷进行相应的处理(步骤3017)后，从而完成一个通信处理过程。

本发明的RS-485多点通信系统的网络拓扑采用总线方式，传送数据采用主从站的方法。请参考图4，图4是本发明RS-485总线型网络原理图。如图所示，RS-485采用主从方式进行多点通信。主机拥有固定的地址，每个从机根据各自的物理地址，按照一定的映射关系计算得到自己的地址，由主机控制完成网上的每一次通信。其中R为平衡电阻，其阻值为120欧姆。

CPU和RS-485接口的原理如图5所示，由于使用半双工方式，RS-485接口芯片采用的是ADM3485EAR集成电路，其为具有瞬变高压抑制功能的芯片，能抗雷击、静电放电，避免因交流电故障引起的非正常高压脉冲冲击。A、B为RS-485总线接口，DI是发送端，RO为接收端，分别与CPU串行口的TXD、RXD连接，RE、DE为收发使能端，在这里为了增加可靠性，在485差分线上增加上下拉电阻R4、R5为680欧姆，同时在TTL接收端增加上拉电阻，阻值为2K。

为了能使具体的命令、数据在网络上正确地传输，在数据链路层必须提供一定的网络协议，实现地址识别、成帧、多点通信冲突、容错、可测实性等功能，同时保证在物理层的比特流出现错误时，可以进行检测，并尽量提高通信效率，为达到所述目的，本发明的数据帧格式如下表所示。

帧头

单板地址

帧长

数据字节

CRC校验

帧头：由3个C0构成，长度为3个字节。

单板地址：00+单板槽位号，长度为2个字节。

帧长：数据字节长度+CRC校验字节长度，长度随数据字节的长度变化而变化。

数据字节：第一个字节为命令类型，为了增加可测性，我们在数据命令类型中增加了招测命令和查询命令，招测命令可以将系统寄存器以及内存中的值查询到，而状态查询命令可以让主机随时查询从机的接收、发送、以及帧头错、数据长度错、CRC校验错的数据包的个数。

CRC校验：CRC16校验，长度为2个字节。

在上述帧格式中，由3个C0标志帧头，既可以有效的定位一帧的开始，又可以有效的防止线路中的突发干扰和随机干扰，为了防止与后面的数据净荷中可能出现的3个C0引起冲突，在发送和接收端都增加了转义处理，同时为了防止转义后净荷加地址与实际的帧头加地址冲突，在真正的地址前增加了00作为实际的单板地址，因为数据净荷C0C0C0转义后为C0C0C0E0不可能与帧头+地址冲突，为了增加可靠性，还使用了CRC16校验。

请参考图6，该图是本实施例主机发送数据帧的流程图，首先初始化发送程序(步骤610)，包括设置延时计数器、485芯片发送使能、接收禁止，然后主机以串口方式1发送帧头(步骤620)，帧头为连续的3个C0，标志着一帧数据的开始，接着以串口方式1发送要与之通信的单板的地址(步骤630)，再进行转义处理(步骤640)，随后发送帧长(步骤650)，帧长为后面所有数据的长度和，包括2个字节的CRC16检验，然后发送控制命令(步骤660)，发送完控制命令后，最后发送CRC16检验(步骤670)，当传输过程中出现误码时，接收端可以根据CRC16校验将出现误码的帧丢弃，为了防止数据中出现的数据出现帧头+地址造成接收单板误判，在发送帧长之前对数据进行转义处理，即当数据中出现3个C0时，在3个C0后添加1个E0，同时帧长也要相应地加1。

请参考图7，该图是本实施例从机解封装的流程图：在接收数据之前首先进行初始化处理(步骤710)，然后从机识别帧头(步骤720)，从机收到3个C0表示一帧数据的开始，接收帧头后，所有从机均认为要开始接收一帧数据了，此时将设置的标志位flag由0变为1，准备接收地址，然后接收地址并与自己的地址比较(步骤730)，假设从机与自己的地址比较后一样，则从机将标志位flag由1变为2，准备接收数据，此时若接收数据中出现帧头+地址与其它单板一致，就可能出现问题，为了避免这种情况的出现，在前面发送过程已经进行了转义处理，约定发送方在3个连续的C0后面添加一个E0，同理在接收方也要进行转义处理(步骤740)，然后确定当前帧长(步骤750)，在数据中收到3个C0后，将后面的E0去掉，同时将帧长减1。之后再确定数据字节(步骤760)，并接受CRC16校验(步骤770)。请参考图8a～图8c，该图是本发明实施例接收过程的具体流程。为了保证通信的可靠性，在通信过程中只要有任何一个地方出错，例如帧长超过预先规定的帧长、CRC校验错、地址比较后不符等，接收的数据全部都要丢弃，同时为了增加可测性，对帧头错、帧长错、CRC校验错均进行统计。

为了避免在一条485总线上有多个单板发送数据，上电时各从机初始化为接收允许、发送禁止状态，主机初始化为发送允许、接收禁止状态，准备发送查询或控制命令。在这里各从机没有主动上报的功能，只能响应主机的查询或控制命令。主机发查询命令给从机后，将主机变为发送禁止、接收允许状态，并等待接收从机的数据。

如果从机正常并且数据准备好，则从机立即响应，主机可以查询下一块单板的数据。

如果从机正常但数据没有准备好，则从机不响应这次查询，但记录查询次数，若查询次数小于5，假设发第四次查询命令时从机数据没有准备好，但是数据在主机发第四次查询命令之后、第五次查询命令之前已经准备好，则从机并不在第四次查询结束后发送数据，而是等待第五次查询命令后，再发送数据。若单板正常但数据在主机发第5次查询命令后才准备好，那么数据不上报给主机，当然这种概率很小。总之，主机要是没有收到从机的数据，它就发5次查询命令，两次查询命令之间有比较充足的时间间隔，若发完5次查询命令后，从板还没反应，那么它就认为，从机不在位或者从机出问题了。

Claims

1、一种实现RS-485多点通讯的发送方法，采用平衡发送的方式实现一个主机与多个从机之间的通信，其特征在于，所述主机发送的方法包含如下步骤：

步骤1，接收上层待发送的数据；

步骤2，数据封装处理，在数据字节前加入帧头、单板地址、帧长，并在该数据字节后加入循环冗余校验CRC；

步骤3，初始化处理；

步骤4，发送数据帧，包括：

发送帧头；

发送单板地址；

发送帧长；

发送数据字节；及

发送循环冗余校验CRC。

2、如权利要求1所述的实现RS-485多点通讯的发送方法，其特征在于所述数据字节的第一个字节为命令类型，包括招测命令和状态查询命令。

3、如权利要求1所述的实现RS-485多点通讯的发送方法，其特征在于所述帧头由3个CO构成，其长度为3个字节；所述单板地址为单板槽位号前面加00，其长度为2个字节；所述帧长包括数据字节长度以及循环冗余校验字节长度。

4、如权利要求1所述的实现RS-485多点通讯的发送方法，其特征在于所述步骤4还包括对数据进行发送转义处理步骤，即在帧头后，添加一个EO，同时帧长加1。

5、如权利要求1所述的实现RS-485多点通讯的发送方法，其特征在于所述初始化处理步骤是将主机初始化为发送允许、接收禁止状态。

6、如权利要求1所述的实现RS-485多点通讯的发送方法，其特征在于所述步骤4之后还包括将主机初始化为发送禁止、接收允许状态。

7、一种实现RS-485多点通讯的接收方法，采用差分接收的方式实现一个主机与多个从机之间的通信，其特征在于，所述从机接收的方法包含如下步骤：

步骤一，初始化处理；

步骤二，接收数据帧，包括：

接收帧头；

接收单板地址；

接收帧长；

接收数据字节；及

接收循环冗余码CRC；

步骤三，数据解封装处理，包括：

识别帧头，确定一帧数据的开始；

比较单板地址，将单板地址与从机地址进行比较；

检验帧长；

确定数据字节；及

接受循环冗余校验CRC；

步骤四，根据接收到的净荷进行相应的处理。

8、如权利要求7所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述初始化处理步骤是将从机初始化为接收允许、发送禁止状态。

9、如权利要求7所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述帧头由3个CO构成，其长度为3个字节；所述单板地址为单板槽位号前面加00，其长度为2个字节；所述帧长包括数据字节长度以及循环冗余校验字节长度。

10、如权利要求7所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述步骤三还包括进行接收转义处理步骤，即在数据中收到3个CO后，将后面的EO去掉，同时将帧长减1。

11、如权利要求7所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述步骤三还包括统计错误的步骤，包括统计帧长错、帧头错、以及循环冗余校验错误。

12、如权利要求7所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述步骤四为处理主机发送的查询命令。

13、如权利要求12所述的实现RS-485多点通讯的接收方法，其特征在于所述处理查询命令时，若从机正常并且数据准备好，则立即响应主机；若从机正常，数据没有准备好，则不响应主机的查询命令。