一种RS-485总线自定义通信协议及其应用

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1、一种RS-485总线自定义通信协议及其应用摘要：RS485总线是集散控制系统常用的组网方法，但具体的通信协议并没有一个统一的标准。本文详细讨论-•种基于RS-485总线通信协议的设计，具有可靠、编程实现简单、易扩展等特点，能够很容易地移植到其它系统中；结合一个电力参数实时监测系统实例，介绍木协议的具体应用。关键词：RS-185通信协议集散控制系统1概述图1基于RS-485自疋乂协议的分层模型通常，一个集散控制系统由一个主控计算机（上位机）和一系列基于仇的前端智能仪器（下位机）构成，它们之.间再通过一定的物理媒介连接在一起，以完成必要的通信功能。对于一个特定的

2、测控系统而言，所要测控的对象和所采取的测控算法是个冇个性的东西；而上位机和下位机z间的通信可以看作是一系列命令流利数据流的流动，所采用的通信协议是用来保证传输过程的可靠和高效，是具有共性的，能够也应该有一个统一的设计标准。在集散控制系统中，普遍采用RS-485总线作为底层通信接口。它具冇稳定可靠、编程简单、纟II网快速、价格低廉的优点，但在协议设计实现方面并没有一个统一的规范，导致不同的控制系统常常采川不同的通信协议。因此,有必要结合我们的工作实践，设计一种有通用性的高效可靠的协议,从而简化基于RS-485的分布式测试系统通信部分的设计，既能够保证通信的稳定可

3、靠，又能够把精力集屮到测控系统算法的设计前端机（MCS-51）图2RS-485通信网络的拓扑结构通信协议的设计通常采用分层的机构，如ISO的0S1参考模型。这里也采用分层的结构來描述我们自定义的基于RS-485总线的通信协议，如图1所示。图1屮，物理层是利用物理媒介实现物理连接的功能描述和执行连接的规程，捉供用于建立、保持和断开物设定总的循环次数匸N（接收失败「丽）理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件；图3接收程序Receive流程图数据链路层用于建立、维持和拆除链路连接，实现无差错传输的功能；应用层针对不同的应用，利用链路层提供的服务，完成不同通信节点

4、之间的通信。下面结合每-层讨论这种口定义协议的貝•体设计，重点介绍如何实现可靠高效的通信，如何处理通信中错误，如何编程实现。2协议的设计2.1物理层协议设计RS-485通信网络是一种总线式的结构，如图2所示。上位机（以PC为例）和下位机（以基于MCS-51的科能仪器为例）都挂在通信总线上，物理层的通信协议山RS-485标准和MCS-51的多机通信方式共同方式。2.1.1EIARS-485标准RS-485是工业界使用最为广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络;具有传输距离远（最大传输距离1200m）,传输速率快（1200m时为1

5、00kb/s）,抗千扰能力强，布线简单等优点。2.1.2MCS-51串口的多机通信方式MCS-51具有多机通信功能。当串口以方式2（或方式3）接收时,若SM2（多机控制位）为］,这时只接收第9位为1的串行数据（把笫9位为1的串行字节称为地址，把第9位为9的串行字节称为数据）；当SM2=0时，不顾哀应（1B）［元荼硕良威也）恼体（1〜255B）虑皿层数据寢）［论笫9位为何值都接收。图4数据链路层帧结构这种功能使得基于MCS-51的智能仪器能够方便地通过RS-485接口芯片组成网络。2.1.3物理层的功能物理层耍完成发送及接收字节流的任务，但对传输过程的可靠性不做

6、出保证，而由高层协议來保证。物理层为链路层提供接口（以子程序的形式来描述），包WiSend子程序（功能为发送一个字节）及Receive子程序（功能为接收一个字节）。发送程序比较简单，接收程序的流程如图3所示（以MCS-51为例）。采川循环查询RI标志位的方式，可以在规定的时间内（即在规定的循环次数内）实现一个字节的接收。规定时间的长短山循环次数决定。如果在规定的时间内未收到，则视为通信失败。2.2数据链路层协议设计数据链路层的基木通信单位是帖，帧结构如图4所示。ReceiveFrameY程序图5发送7接收帧的程序流程图*帧长度域为每一帧的第一个字节，用來说明帧

7、体的长度。*兀余帧长度域是可选的，它是帧长度域的重复，可以用來检查在传输过程屮帧长度域是否存在传输错误。*帧体域用來封装來自上层（应用层）的数据报，长度是1〜255B,链路层对这一部分不做处理，由应用层处理。链路层可以采用如下方法进行差错处理。首先，帧长度域的引入可以方便程序的设计，同时也能够起到一定的检查错误的功能，可以发现传输过程中丢失字节的错误，并且丢弄缓冲区接收错误的字节。首次，可以釆用兀余字节的方法，对关键字节（帧长度）发送两次，只有接收到的两个帧长度字节一致时才认为接收到的是正确的。此外，对发送的每个字节可以采用CRC校验等方法进行校验。链路层向上

8、层（应用层）提供的接口（以子程序的形式