基于RS485总线的数据采集系统通信协议的设计与实现

刀ｄｔ： ａ 为要发送的资料 ａ 刀返回值为 １ 成功发送， 返回值为 。 发送不成功， 超时等待时间 ｌｏ ｓ ｏｍ ．
ｉ ＳｎＲ Ｓ （ｎｉ ｅ ｃａ ｄｔ） ｎ ｅｄ Ｅ Ｐ ｕｓ ｎｄ ｒ ａ； ｔ ｇ ｈ ａ 刀ｄｔ： ａａ 为要发送给上位机的资料 刀返回值为 １ 成功发送， 返回值为 ０ 发送不成功。
表 ３ 响应信息帧格式
Ｌ Ｎ Ｅ Ｃ ＤＡＴＡ Ｃ Ｒ
１ Ｂ ２ ０ ０ ５ Ｂ － Ｂ Ｉ
２ Ｂ １ Ｂ
起始字节
状态字节
响应字节
资料长度
到了设计要求 。
〔 关键词〕 串行通信；Ｓ ８ 总线； Ｒ －４５ 通信协议
０ 引言
在工业控制中， 借助通信技术将位置分散的多台控制机联网， 使各下位机在独立运行的同时， 又受到 上位机的管理与控制。通信系统能把上位机的资料及控制命令传给下位机， 下位机可把采集到的资料和 系统当前状态传给上位机， 上位机实现对下位机的实时监控。现在有很多大型监控网络， 但多数成本较 高， 不适合小型企业使用。基于Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线的通信系统只需有计算机和 Ｒ －４５ 转换器即可实 Ｓ ８ 接口 现， 它简单可靠， 成本低廉， 在数据传输速度要求不太高、 传输距离不太远的情况下， 可得到广泛的使用， 可以容易地构建小型工业监控网络。根据 Ｏ ＩＯ ｅ Ｓｓ ｍ ｔ ｃｎｅ ｉ ， Ｓ（ ｐｎ ｔ Ｉ ｅ ｏｎｃｏ 开放系统互联） ｙｅ ｎ ｒ ｔｎ 模型规范 和实际工作需要， 在本系统中把 Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线通信协议划分为三层： 物理层、 数据链路层和应用层。
《 冶金 自动化 》０４ ２０ 年增刊
基于 Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线的数据采集系统
通信协议的设计与实现
李焕哲，张有华‘刘晓亮“郭大全“王 凡ｚ ， ， ， ，
（． １ 石家庄经济学院 信息工程学院， 河北 石家庄 ００３ ；． ５０ １２ 河北省 自动化研究所）
〔 要］ 摘 文章论述了基于 Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线的数据采集系统通信协议的设计与实现， 本协议简单有效， 经过工业现场测试， 达
在网络层中还有对 Ｃ Ｍ端口 Ｏ 进行起始位、 资料位、 停止位、 波特率设置的Ｓｔ ｉ ｅ ｎ 初始化函数及对端 Ｉｔ 口 进行关闭的 Ｃｏｅ ｌ 函数（ ｓ 程序代码略） 。
４ 结束语
本文设计实现了基于 Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线的数据采集系统通信协议， 实现了点到多点的通信， 经过现场测 试， 本通信协议简单可靠， 有较强的实用性。在通信过程中需要注意的是 Ｒ －４５ Ｓ ８ 差动输出状态转换成
上位机向下位机写地址修改命令 上位机向下位机写参数修改命令 上位机向下位机写设备启动命令
上位机向下位机写设备关闭命令
上位机向下位机写设备复位命令 上位机向下位机写设备测试命令
上位机向下位机写设备时间命令
响应信息帧格式为： 由下位机向上位机返回信息的帧格式， 响应信息帧格式如表 ３ 所示。
Ｓ ＴＡＴ
ＲＥＳ Ｐ
Ｒ Ｓ ＝＂ ＂ Ｅ Ｐ ？ｏ
在数据链路层中为了向应用层提供服务， 在此层中定义两个函数：
ｉ ＳｎＣ ＭＤ ｕｓ ｎｄ ｒ ｒｕｓ ｎｄ ｒ ｄｕ ｓ ｎｄ ｒ ａ ； ｎ ｅｄ Ｏ （ｎｉ ｅ ｃａ ａｄ， ｉ ｅ ｃａ ｃｍ ， ｉ ｅ ｃａ ｄｔ） ｔ ｇ ｈ ｄ ｎｇ ｈ ｏ ｎｇ ｈ ａ 刀ａｄ： ｄｒ为下位机 目的地址 ／ｃｍ ： ／ｏ ｄ为命令码
３ 应用层设计
为了能使具体传输的命令、 资料在 Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线网络上正确地传输， 在网络层上必须对在物理层上 传输的比特流进行校验。在这一层提供完整程序流程， 在流程中调用数据链路层中提供的接口进行资料 的收发工作。流程如图 ３图 ４ 、 所示。
图 ３ 上位机流程 图 ４ 下位机流程
数据域位
校验字节
终止字节
ＳＡ Ｔ Ｔ为下位机状态寄存器中保存的当前系统状态， 用于上位机判断下位机当前工作状态，Ｅ Ｐ ＲＳ
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（ 冶金 自动化》０４ ２０ 年增刊
为响应字节， 下位机 向上位 机返 回的命令 响应 信息字节， 正确 响应 时 Ｒ Ｓ ＝ ＂ 错误 响应 时 Ｅ Ｐ ＂ ！ ，
１ 物理层设计
本层主要规定 Ｒ －４５ Ｓ ８ 串行接口的机械特性、 电气特性、 功能特性和时间特性， 隐藏本层细节为上 一层提供服务。在数据采集系统设计中采用 Ｊ Ｗ－１６ ４５ Ｋ ０ 型 ８ 接口 转换器和工控机相联， 实现点到多点 的通信， 其互连方式如图 １ 所示。
Ｊ Ｗ １６ 口转换器 Ｋ － 接 ０
传输的结束。 命令字节Ｃ Ｍ Ｏ Ｄ的值见表２ ０
命令码
Ｇ ｓ Ｐ Ｃ Ａ Ｍ Ｏ Ｕ Ｒ Ｔ Ｅ
表 ２ 命令码定义
含义
上位机从下位机读数据命令 上位机从下位机读状态命令
上位机从下位机读设备参数命令 上位机向下位机写资料命令
所示 。
［ 收稿日 ２０－０－１ 期」０４ ６ ６
「 作者简介〕 李焕哲（９５ ， 河北唐山人， １７－）男， 助教， 从事教学工作。
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பைடு நூலகம்
《 冶金 自动化》０４ ２０ 年增刊
停止位 起始位 数据位
奇偶枪验位
图 ２ 异步通信协议基本字节单元格式
在本系统中规定 １ 个起始位、位资料位、 ８ 无奇偶校验位、 个停止位、 １ 波特率 ３． ｂｓ通信埠用 ８４ ／， Ｋ Ｃ Ｍｉ其地址为Ｏ３８Ｃ Ｍ１ Ｏ ， ｘＦ ， 对应中断号为ＩＱ ， Ｏ Ｒ ４中断地址 Ｏ０ 。在通信过程中接收资料以中断方 ｘＣ 式接收， 发送资料以查询方式发送。
图 １ 点到多点两线半双工通信连接图
Ｒ － 采用平衡发送和差分接收方式实现通信： Ｓ ４５ ８ 在发送端 Ｔ Ｄ将串行口的Ｔ Ｌ电平信号转换成 Ｘ Ｔ 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 Ｔ Ｌ电平信号。两条传输线通常使用屏 Ｔ 蔽双绞线， 又是差分传输， 因此有极强的抗共模干扰能力， 接收灵敏度也相当高。同时， 最大传输速度和 最大传输距离也大大提高。如果以１５２ ／ 速率传输资料时传输距离可达 ３０ 而用 ５． ｂｓ １． ｂｓ Ｋ ０ ｍ， ７６ ／ Ｋ 时传输距离可达 １２ ． ｋ ｍ。如果降低波特率， 传输距离还可进一步提高。在 Ｒ －４５ Ｓ ８ 多点互联通信中， 最 多可达 ３ 台驱动器和 ３ 台接收器， ２ ２ 便于多器件的连接。 Ｒ －４５ Ｓ ８ 通信接口是基于串行异步通信协议标准的起止式异步通信协议， 协议的基本帧格式如图 ２
在数据链路层上要实现正确生成为传输各种命令、 资料所需的帧格式， 把资料帧发送到物理层上。 在数据采集系统中帧格式主要分为两种： 发送信息帧格式和响应信息帧格式。发送信息帧格式为由 上位机向下位机发送命令信息帧的格式， 发送信息帧格式如表 １ 所示。
Ｓ ＴＸ ＡＤＤＲ ＣＯＭＤ ＥＮ Ｌ １ Ｂ ＤＡＴＡ Ｃ ＲＣ ０ － ５ Ｂ ２ ０ １ Ｂ
Ｃ７ 坦． １瞿 数据通信及网络基础［ ． 叨 武汉： 华中理工大学出版社，９６ １９．
［］ ２江正战． 串行通信接口 标准 Ｒ ４３Ｒ ４２Ｒ ４５ Ｓ２／ Ｓ２／ Ｓ８ 及其应用［７电子技术应用，９４（） ７． １９，９， 「 编辑： 胜〕 张
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差分输入状态或由差分输人状态转换成差动输出状态的过程中， 每次转换都需要一定的时间。因此在软
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《 冶金 自动化》０４ ２０ 年增刊
件编程中， 在每次转换时要加人一定的延时（ 一般为几十毫秒）可大大提高总线的稳定性和可靠性。 ，
〔 考 文 献〕 参
表 １ 发送信息帧格式
０ Ｈ ２ １ Ｂ １ Ｂ
起始字节
目的地址
命令字节
资料长度
数据字节
校验字节
终止字节
起始字节 Ｔ Ｓ Ｘ标志帧的开始， 目的地址 Ａ Ｄ Ｄ Ｒ的值为 １ ３， 至 ２为各数据采集设备的地址码， 当地址 码为 ２５ ５ 时为系统广播地址。Ｌ Ｎ为 Ｄ Ｔ Ｅ Ａ Ａ部分的资料长度，Ａ Ａ为发送给下位机的资料，Ｒ ＤＴ Ｃ Ｃ为 循环冗余校验码， Ｃ Ｃ前传输的所有信息字节进行校验的校验信息字节，Ｒ为终止字节， 对 Ｒ Ｃ 表示一个帧
２ 数据链路层设计
Ｒ －４５ Ｓ ８ 总线上可带 ３ 个下位机， ２ 每个下位机有一个唯一的本机地址， 通信采用上位机轮询， 下位 机应答的通信方式。上位机发送的信息可被各下位机接收， 下位机只能发出应答信息， 各下位机间不能 通信。上位机通过发送一次命令帧启动一次通信， 下位机收到资料后， 判断地址是否和本机地址相同： 若 相同， 识别命令作出应答， 若不同则不予理采。