基于RS485总线的主从通信方法

白 曦，王 俊

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，西安 710068）

1 组网方式

供电数据采集器与智能接触器采用半双工UART接口[1]，通过异步串行通信接收和发送信息。供电数据采集器与智能接触器间有2路RS485总线，每路总线采集4个只能接触器状态。RS485总线组网方式如图1所示。

图1 RS-485总线组网方式

2 主从通信机制

2.1 帧结构

稳定可靠的通信不仅依赖硬件环境，也依赖于通信协议。主节点供电数据采集器与从节点智能接触器之间的通信协议如图2所示。

图2 数据桢结构

（1）数据帧头：用于标识数据帧的开始，数据帧头字由2个字节组成，主节点发送数据帧头1的值为0xAA，数据帧头2的值为0x55，主节点接收数据帧头1的值为0xEB，数据帧头2的值为0x90。

（2）数据帧ID号：RS485总线上的通信为广播方式，所以每个智能接触器应该有独立地址，判断该数据帧是否应该接收。

（3）命令/数据：数据帧中实际数据，为了保证数据通信可靠性，所有数据以0～9的ASCII码发送，智能接触器收到后再处理。

（4）校验和：用于数据帧的校验，它是除本身外的块中所有字节之和以256为模的二进制补码。

2.2 RS485总线通信

2.2.1 主从通信时序控制

供电数据采集器与智能接触器的接口采用半双工UART接口，通过异步串行通信接收和发送信息。RS485总线为半双工通信方式，同一时刻只能有一个节点处于发送状态，否则会引起总线冲突[2]。供电数据采集器与智能接触器之间的通信采用定时启动方式，供电数据采集器为主设备，智能接触器为从设备，通信启动方式采用定时启动方式，主控站按约定周期向从控站发送数据命令，以启动一次数据传送的通信，直到该次通信所应传送的数据传送完毕，然后主控站才结束这次传送过程，下一个通信周期又重复这个传送过程。供电数据采集器每50ms轮询一个智能接触器，4个智能接触器共需要200ms完成一次通信。一次通信包括从主设备发送数据到主设备接收数据完成，通信周期采用定时器实现，定时器周期t为10ms，通信周期T为50ms，一次通信传输过程包括以下4个阶段：一是在通信周期T到来时，调度供电数据采集器发送任务组织发送数据；二是在每个定时器周期t到来时，主设备检测发送数据并启动物理传输；三是智能接触器在每个定时器周期t到来时进行数据查询接收，解析，并组织回复数据；四是供电数据采集器在接收任务周期T到来时进行数据接收、解析。

2.2.2 通信状态机

为了解决线上主从设备收发冲突问题，设计了通信状态机，保证一次通信周期内的发送接收在同一状态下进行，直到本次通信结束或另一状态触发条件满足，通信进入另一状态。针对本项目通信特点，设计了握手状态、空闲状态、数据传输状态、错误恢复状态、错误处理状态5个状态。各状态间的转换见图3所示。

图3 通信状态机

上电后，供电数据采集器进入握手状态，向智能接触器发送握手命令并等待智能接触器的回复确认，若握手失败，则一直处于握手状态，直到握手成功。

握手成功后，如果有数据则转入数据传输状态，在此状态下，供电数据采集器和智能接触器之间可传输检测命令和检测结果；若无数据传输，则进入空闲状态，直到有数据发送后才转入数据传输状态。

数据传输状态下若发生传输错误，通信进入错误恢复状态，如果在规定的恢复次数内数据传输正确，则通信转回数据传输状态，如果恢复失败，则通信转入错误处理状态，进行通信状态错误处理。

2.2.3 通信异常处理通信异常处理分为2种情况：

（1）握手失败：供电数据采集器向智能接触器发送握手命令后，若接收不到智能接触器回复，则供电数据采集器一直发送握手命令，直到握手成功。

（2）通信异常：在外部通信链路受到干扰时，出现数据丢失、数据不对等问题，供电数据采集器对接收数据进行有效性判断后，若接收错误，则采用重发机制，并设置从发次数上限N，在重发计数小于N时，若接收正确，则通信链路恢复正常，若连续N次都接收错误，则记录通信链路故障。

3 结束语

本文设计的RS485总线通信方法，采用主-从通信方式，确定供电数据采集器为主设备，智能接触器为从设备，并通过在主设备上设置通信状态机，确定了主设备实时通信状态，对数据状态进行校验，只处理当前状态下的数据，使发送和接收均在同一状态下进行，从而有效避免数据交互过程中的收发错误和收发冲突问题，提高了供电数据采集器与智能接触器间通信的可靠性。经试验室联试验证，该方法有效可行，能大幅度提高设备间的通信效率。