|
RS-485多從機競爭的解決方案
-- 武漢波仕電子公司-代先生
在RS-485多機通信中，往往會出現(xiàn)多個從機同時向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。比如在RS-485溫度測量系統(tǒng)中，多個RS-485從機的溫度測量值只要超過報警點就立即向主機發(fā)送報警信息，但是這也可能會出現(xiàn)2個或者2個以上的RS-485從機同時向主機發(fā)送報警信息。如果不采取RS-485競爭解決機制，那么就可能會導致2個從機同時發(fā)送的信息重疊，這樣主機就無法接收到正確的信號，嚴重的還可能導致整個RS-485系統(tǒng)的崩潰。傳統(tǒng)的解決方案是由主機循環(huán)輪流對各個RS-485下位機點名通信，這雖然解決了RS-485多從機的競爭，但是同時延誤了實時報警信息。本文介紹的新方案之一能夠識別從機發(fā)送信號的時間順序，先發(fā)送的從機信號可以同時抑制其他從機的RS-485發(fā)送信號，只有等先發(fā)送信號的從機發(fā)送完畢之后其它從機才能夠發(fā)送RS-485信號。本文介紹的新方案之二可以讓下位機能夠主動發(fā)送自己的地址，這樣就無需主機對各從機進行輪流查詢。本文介紹的新方案之三是將從機轉換為不同的波特率，由于主機每次只能夠接收某一種波特率的信號，這樣就完全避免了多從機的競爭。本文中的“上位機”即“主機”，“下位機”即“從機”。
1、在RS-485總線中接入RS-485智能共享器
2路RS-485對1路RS-485智能共享器（型號：HUB2485Z）本來是用于兩個RS-485上位機共同控制一個RS-485下位機的通信連接，在這里我們將HUB2485Z用于兩臺下位機的RS-485口共享一臺上位機的RS-485口。HUB2485Z使RS-485總線同時接2個從機（下位機）。HUB2485Z已經有2個下位機RS-485（1）和RS-485（2）的插座（DB-9針并且配接線端子）和1個上位機的接線端子，無需修改軟件、5V供電。HUB2485Z適用于兩臺下位機的RS-485口同時驅動一臺上位機的RS-485口。HUB2485Z的外型為DB-9（針）/ DB-9（針）轉接盒大小，其中兩個DB-9針的RS-485口均配接線端子。兩個DB-9針的下位機RS-485口，如圖RS-485（1）和RS-485(2)是完全一樣的，可以互換。上位機RS-485為接線端子，位于如圖產品的上側面，與電源接線端子在一起。HUB2485Z需要外接5V電源，配套提供。
圖1 RS-485智能共享器外形圖
波仕HUB2485Z智能RS-485集線器能夠識別兩個下位機RS-485（1）和RS-485(2)的發(fā)送順序，避免同時發(fā)送導致的系統(tǒng)癱瘓。也就是說，即使兩個下位機正在同時發(fā)送，HUB2485Z會選取發(fā)送開始時間領先的下位機正確發(fā)送數(shù)據(jù)，而只有等到這一個下位機的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，另外一個下位機才可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)。HUB2485Z的具有雙向通信功能，當上位機發(fā)送時，兩個下位機同時接收到相同的數(shù)據(jù)，并不區(qū)分地址。
圖2 RS-485智能共享器使用布線圖
在圖2中，舉例說明了同時接4個RS-485下位機的布線圖，實際上還可以一直繼續(xù)接下去。以接4個下位機為例，下位機4和下位機3分別接入3號HUB2485Z的RS-485（1）和RS-485（2）口，共享的RS-485口再級聯(lián)接入另外一個2號HUB2485Z的RS-485（2）口，2號HUB2485Z的RS-485（1）接下位機2。以此類推，2號HUB2485Z的RS-485（2）口接下位機2，共享的RS-485接到1號HUB2485Z的RS-485（2），1號HUB2485Z的RS-485（1）接下位機1。在這樣的布線結構中，每一個下位機都接入到了HUB2485Z共享器，由于HUB2485Z是可以級聯(lián)的，所以非常靈活地接入多個下位機。實際上，1號HUB2485Z的RS-485（1）也可以繼續(xù)級聯(lián)新的HUB2485Z。
2、在RS-485總線中接入RS-485地址轉換器
傳統(tǒng)的RS-485多機通信方案是每次都由主機循環(huán)輪流對各個RS-485下位機點名通信，主機先發(fā)送被呼叫的從機的地址，總線中每一個從機都將這個地址信號與自己的地址進行比較，地址一樣就繼續(xù)也主機通信，不一樣就不與主機通信。這樣可能存在的問題就是從機發(fā)送的信號是可以不帶本從機地址的，因為主機已經發(fā)送了從機地址信息，緊接著收到的從機信號一定就是這個被點名的從機的信號，而且從機信號不帶地址可以極大簡化主機的信號處理程序。從機發(fā)送的信號不帶從機地址就會限制RS-485多機通信的實時性，比如RS-485多機溫度測量系統(tǒng)就不能夠實時報警，因為主機不知道發(fā)送報警信號的從機的地址。
圖3 為RS-485下位機加上地址
波仕電子的DIZ485地址串口轉換器用于實現(xiàn)串口（同時支持RS-232和RS-485）之間的帶地址的轉換。通過跳線設置地址編碼，DIZ485可以將串口接收到的數(shù)據(jù)附加上地址編碼發(fā)送出去，也可以將帶地址編碼的串口數(shù)據(jù)送到對應地址的轉換器的串口。 DIZ485與其它同類產品相比的特點是可以識別下位機的地址、下位機可以主動發(fā)送帶地址的數(shù)據(jù)。 波仕DIZ485地址串口轉換器的外形為DB-9/DB-9轉接盒大小，如圖，產品左邊為主串口，包括DB-9孔的RS-232口，和標明為A1、B1的RS-485口。右邊為從串口，包括DB-9針的RS-232口，和標明為A2、B2的RS-485口。左上側J2、J1、J0為波特率設置的跳線，右上側K2、K1、K0為地址編碼設置的跳線，下面中間為5V電源接線端子。
DIZ485 使用非常方便。首先根據(jù)波特率進行波特率跳線設置，然后跳線設置本產品的地址。通信規(guī)則：主串口數(shù)據(jù)=地址碼+從串口數(shù)據(jù) 如果主串口收到 ###1:1234567，那么地址為1的產品的從串口發(fā)送出 1234567（地址不是1的產品的從串口不發(fā)送任何數(shù)據(jù)），就是去幀頭。地址碼就是在K2、K1、K0跳線設置值的前面加3個井號（###）和后面加一個冒號（：）的英文字符。如果地址為1的產品的從串口收到abcdefg ,則主串口發(fā)送出###1:abcdefg 就是加幀頭。
加入RS-485地址轉換器可以使得RS-485從機可以隨時主動向上位機發(fā)送消息，因為信號中自動加上了從機地址信息，這樣主機就可以識別下位機。
3、在RS-485總線中接入串口波特率轉換器
RS-485多機通信，本來是要求通信的雙方波特率等通信格式一樣才可以通信成功。可是為了解決在這種情況下出現(xiàn)RS-485多從機競爭的問題，波仕電子在世界上首次提出了一種多波特率的多機通信方式。本來是相同波特率的RS-485從機設備，我們人為地將從機進行串口波特率的轉換。當多個從機都轉換為不同的波特率后，由于每個RS-485從機發(fā)送信號的波特率不同，而主機同一時間只能夠收到某一種波特率的信號，這樣就自然避免了多從機同時發(fā)送的競爭問題。本節(jié)介紹如何實現(xiàn)串口波特率的轉換。
串口波特率轉換器用于實現(xiàn)不同波特率的RS-485/RS-232口的通信轉換，純硬件跳線設置，無需任何軟件設置。串口波特率轉換器的外形為DB-9/DB-9轉接盒大小，如圖4。串口波特率轉換器的內部有一個帶雙串口的單片機。單片機自動完成兩個串口之間的數(shù)據(jù)交換。單片機程序用C語言編寫，核心功能就是先將兩個串口UART1和UART2根據(jù)跳線設置的狀態(tài)進行波特率等初始化設置，然后隨時將UART1接收的數(shù)據(jù)立即送到UART2的發(fā)送區(qū)、以及將UART2接收的數(shù)據(jù)立即送到UART1的發(fā)送區(qū)。
圖4 RS-485/RS-232波特率轉換器
上位機串口A的波特率通過產品的J2、J1、J0來設置，下位機串口B的波特率通過產品的K2、K1、K0來設置，見表格。波特率轉換器的兩邊的串口可以分別獨立設置波特率，見下表。
|
DB-9孔RS-232口波特率設置
|
|
DB-9針RS-232口波特率設置
|
|
J2
|
J1
|
J0
|
波特率
|
K2
|
K1
|
K0
|
波特率
|
|
0
|
0
|
0
|
1200
|
0
|
0
|
0
|
1200
|
|
0
|
0
|
1
|
2400
|
0
|
0
|
1
|
2400
|
|
0
|
1
|
0
|
4800
|
0
|
1
|
0
|
4800
|
|
0
|
1
|
1
|
9600
|
0
|
1
|
1
|
9600
|
|
1
|
0
|
0
|
19200
|
1
|
0
|
0
|
19200
|
|
1
|
0
|
1
|
38400
|
1
|
0
|
1
|
38400
|
|
1
|
1
|
0
|
57600
|
1
|
1
|
0
|
57600
|
|
1
|
1
|
1
|
115200
|
1
|
1
|
1
|
115200
|
由串口波特率轉換器實現(xiàn)的RS-485多機通信圖與圖3所示的“為RS-485下位機加上地址”的布線結構完全相同。由于每次主機通信程序只能夠設置為某一種波特率，所以也就每次只能給與某一個從機進行通信，其它從機即使同時發(fā)送信號但由于波特率不一樣所以也不會對主機產生影響。這種方案的優(yōu)點之一在于完全無競爭，缺點是最多8個下位機，因為這種串口波特率轉換器只能夠提供8種不同的波特率。這種方案的優(yōu)點之二在于如果用戶自己可以修改從機的波特率，那么可以實現(xiàn)零成本的解決方案。
本文介紹的3種解決RS-485多從機競爭的方案可以形象地稱為搶答、報名和調頻。這3種方案各有特色，也各有局限性，但是互不排斥。也就是說，這3種方案還可以組合使用。
|
