基于RS485总线的数据采集系统通信协议的设计与实现.pdf

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1、《冶金自动化》2004年增刊基于RS-485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050031;2.河北省自动化研究所)〔摘要]文章论述了基于RS-485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，达到了设计要求。〔关键词〕串行通信;RS-485总线;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

2、，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RS-485总线的通信系统只需有计算机和RS-485接口转换器即可实现，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OSI(OpenSystemInterconnection，开放系统互联)模型规范和实际工作需要，在本系统中把RS-485总线通信协议划分为三层:物理层、数据链路层和应用层。1物理层设计本层主要规

3、定RS-485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JKW-106型485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。JKW-106接口转换器图1点到多点两线半双工通信连接图RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信:在发送端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屏蔽双绞线，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

4、最大传输距离也大大提高。如果以115.2Kb/s速率传输资料时传输距离可达300m，而用57.6Kb/s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。在RS-485多点互联通信中，最多可达32台驱动器和32台接收器，便于多器件的连接。RS-485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所示。[收稿日期」2004-06-16「作者简介〕李焕哲(1975-)，男，河北唐山人，助教，从事教学工作。382《冶金自动化》2004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

5、单元格式在本系统中规定1个起始位、8位资料位、无奇偶校验位、1个停止位、波特率38.4Kb/s，通信埠用COMi，其地址为Ox3F8,COM1对应中断号为IRQ4，中断地址Ox0C。在通信过程中接收资料以中断方式接收，发送资料以查询方式发送。2数据链路层设计RS-485总线上可带32个下位机，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，

6、识别命令作出应答，若不同则不予理采。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。表1发送信息帧格式STXADDRCOMDLENDATACRC02H1B1B1B0-250B1B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STX标志帧的开始，目的地址ADDR的值为1至32，为各数据采集设备的地址码，当地址码为255时为系统广播地址

7、。LEN为DATA部分的资料长度，DATA为发送给下位机的资料，CRC为循环冗余校验码，对CRC前传输的所有信息字节进行校验的校验信息字节，CR为终止字节，表示一个帧传输的结束。命令字节COMD的值见表20表2命令码定义命令码含义G上位机从下位机读数据命令s上位机从下位机读状态命令P上位机从下位机读设备参数命令C上位机向下位机写资料命令A上位机向下位机写地址修改命令M上位机向下位机写参数修改命令O上位机向下位机写设备启动命令U上位机向下位机写设备关闭命令R上位机向下位机写设备复位命令T上位机向下位机写设备测试命令E上位机向下位机写设

8、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。表3响应信息帧格式STATRESPLENDATACRC2B1B1B0-250BIB起始字节状态字节响应字节资料长度数据域位校验字节终止字节STAT