基于RS485總線的主從通信方法

白 曦，王 俊

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，西安 710068）

1 組網方式

供電數據采集器與智能接觸器采用半雙工UART接口[1]，通過異步串行通信接收和發送信息。供電數據采集器與智能接觸器間有2路RS485總線，每路總線采集4個只能接觸器狀態。RS485總線組網方式如圖1所示。

圖1 RS-485總線組網方式

2 主從通信機制

2.1 幀結構

穩定可靠的通信不僅依賴硬件環境，也依賴于通信協議。主節點供電數據采集器與從節點智能接觸器之間的通信協議如圖2所示。

圖2 數據楨結構

（1）數據幀頭：用于標識數據幀的開始，數據幀頭字由2個字節組成，主節點發送數據幀頭1的值為0xAA，數據幀頭2的值為0x55，主節點接收數據幀頭1的值為0xEB，數據幀頭2的值為0x90。

（2）數據幀ID號：RS485總線上的通信為廣播方式，所以每個智能接觸器應該有獨立地址，判斷該數據幀是否應該接收。

（3）命令/數據：數據幀中實際數據，為了保證數據通信可靠性，所有數據以0～9的ASCII碼發送，智能接觸器收到后再處理。

（4）校驗和：用于數據幀的校驗，它是除本身外的塊中所有字節之和以256為模的二進制補碼。

2.2 RS485總線通信

2.2.1 主從通信時序控制

供電數據采集器與智能接觸器的接口采用半雙工UART接口，通過異步串行通信接收和發送信息。RS485總線為半雙工通信方式，同一時刻只能有一個節點處于發送狀態，否則會引起總線沖突[2]。供電數據采集器與智能接觸器之間的通信采用定時啟動方式，供電數據采集器為主設備，智能接觸器為從設備，通信啟動方式采用定時啟動方式，主控站按約定周期向從控站發送數據命令，以啟動一次數據傳送的通信，直到該次通信所應傳送的數據傳送完畢，然后主控站才結束這次傳送過程，下一個通信周期又重復這個傳送過程。供電數據采集器每50ms輪詢一個智能接觸器，4個智能接觸器共需要200ms完成一次通信。一次通信包括從主設備發送數據到主設備接收數據完成，通信周期采用定時器實現，定時器周期t為10ms，通信周期T為50ms，一次通信傳輸過程包括以下4個階段：一是在通信周期T到來時，調度供電數據采集器發送任務組織發送數據；二是在每個定時器周期t到來時，主設備檢測發送數據并啟動物理傳輸；三是智能接觸器在每個定時器周期t到來時進行數據查詢接收，解析，并組織回復數據；四是供電數據采集器在接收任務周期T到來時進行數據接收、解析。

2.2.2 通信狀態機

為了解決線上主從設備收發沖突問題，設計了通信狀態機，保證一次通信周期內的發送接收在同一狀態下進行，直到本次通信結束或另一狀態觸發條件滿足，通信進入另一狀態。針對本項目通信特點，設計了握手狀態、空閑狀態、數據傳輸狀態、錯誤恢復狀態、錯誤處理狀態5個狀態。各狀態間的轉換見圖3所示。

圖3 通信狀態機

上電后，供電數據采集器進入握手狀態，向智能接觸器發送握手命令并等待智能接觸器的回復確認，若握手失敗，則一直處于握手狀態，直到握手成功。

握手成功后，如果有數據則轉入數據傳輸狀態，在此狀態下，供電數據采集器和智能接觸器之間可傳輸檢測命令和檢測結果；若無數據傳輸，則進入空閑狀態，直到有數據發送后才轉入數據傳輸狀態。

數據傳輸狀態下若發生傳輸錯誤，通信進入錯誤恢復狀態，如果在規定的恢復次數內數據傳輸正確，則通信轉回數據傳輸狀態，如果恢復失敗，則通信轉入錯誤處理狀態，進行通信狀態錯誤處理。

2.2.3 通信異常處理通信異常處理分為2種情況：

（1）握手失敗：供電數據采集器向智能接觸器發送握手命令后，若接收不到智能接觸器回復，則供電數據采集器一直發送握手命令，直到握手成功。

（2）通信異常：在外部通信鏈路受到干擾時，出現數據丟失、數據不對等問題，供電數據采集器對接收數據進行有效性判斷后，若接收錯誤，則采用重發機制，并設置從發次數上限N，在重發計數小于N時，若接收正確，則通信鏈路恢復正常，若連續N次都接收錯誤，則記錄通信鏈路故障。

3 結束語

本文設計的RS485總線通信方法，采用主-從通信方式，確定供電數據采集器為主設備，智能接觸器為從設備，并通過在主設備上設置通信狀態機，確定了主設備實時通信狀態，對數據狀態進行校驗，只處理當前狀態下的數據，使發送和接收均在同一狀態下進行，從而有效避免數據交互過程中的收發錯誤和收發沖突問題，提高了供電數據采集器與智能接觸器間通信的可靠性。經試驗室聯試驗證，該方法有效可行，能大幅度提高設備間的通信效率。