劉澤藝 晏 凱 陳云洽 來源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》

     摘要：rs-485總線是集散控制系統(tǒng)常用的組網(wǎng)方法，但具體的通信協(xié)議并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文詳細(xì)討論一種基于rs-485總線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，具有可靠、編程實(shí)現(xiàn)簡單、易擴(kuò)展等特點(diǎn)，能夠很容易地移植到其它系統(tǒng)中；結(jié)合一個(gè)電力參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)例，介紹本協(xié)議的具體應(yīng)用。

     關(guān)鍵詞：rs-485

     通信協(xié)議 集散控制系統(tǒng)

     1 概述

     在工業(yè)控制系統(tǒng)中，集散控制是目前最常用的測量控制方式。通常，一個(gè)集散控制系統(tǒng)由一個(gè)主控計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）和一系列基于mcu的前端智能儀器（下位機(jī)）構(gòu)成，它們之間再通過一定的物理媒介連接在一起，以完成必要的通信功能。對(duì)于一個(gè)特定的測控系統(tǒng)而言，所要測控的對(duì)象和所采取的測控算法是個(gè)有個(gè)性的東西；而上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信可以看作是一系列命令流和數(shù)據(jù)流的流動(dòng)，所采用的通信協(xié)議是用來保證傳輸過程的可靠和高效，是具有共性的，能夠也應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

     在集散控制系統(tǒng)中，普遍采用rs-485總線作為底層通信接口。它具有穩(wěn)定可靠、編程簡單、組網(wǎng)快速、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但在協(xié)議設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方面并沒有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，導(dǎo)致不同的控制系統(tǒng)常常采用不同的通信協(xié)議。因此，有必要結(jié)合我們的工作實(shí)踐，設(shè)計(jì)一種有通用性的高效可靠的協(xié)議，從而簡化基于rs-485的分布式測試系統(tǒng)通信部分的設(shè)計(jì)，既能夠保證通信的穩(wěn)定可靠，又能夠把精力集中到測控系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)上。

     通信協(xié)議的設(shè)計(jì)通常采用分層的機(jī)構(gòu)，如iso的osi參考模型。這里也采用分層的結(jié)構(gòu)來描述我們自定義的基于rs-485總線的通信協(xié)議，如圖1所示。

     圖1中，物理層是利用物理媒介實(shí)現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的條件；數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸?shù)墓δ�；�?yīng)用層針對(duì)不同的應(yīng)用，利用鏈路層提供的服務(wù)，完成不同通信節(jié)點(diǎn)之間的通信。

     下面結(jié)合每一層討論這種自定義協(xié)議的具體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹如何實(shí)現(xiàn)可靠高效的通信，如何處理通信中錯(cuò)誤，如何編程實(shí)現(xiàn)。

     2 協(xié)議的設(shè)計(jì)

     2.1 物理層協(xié)議設(shè)計(jì)

     rs-485通信網(wǎng)絡(luò)是一種總線式的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。上位機(jī)（以pc為例）和下位機(jī)（以基于mcs-51的智能儀器為例）都掛在通信總線上，物理層的通信協(xié)議由rs-485標(biāo)準(zhǔn)和mcs-51的多機(jī)通信方式共同方式。

     2.1.1 eia rs-485標(biāo)準(zhǔn)

     rs-485是工業(yè)界使用最為廣泛的雙向、平衡傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，支持多點(diǎn)連接，允許創(chuàng)建多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)；具有傳輸距離遠(yuǎn)（最大傳輸距離1200m），傳輸速率快（1200

     m時(shí)為100kb/s），抗干擾能力強(qiáng)，布線簡單等優(yōu)點(diǎn)。

     2.1.2 mcs-51串口的多機(jī)通信方式

     mcs-51具有多機(jī)通信功能。當(dāng)串口以方式2（或方式3）接收時(shí)，若sm2（多機(jī)控制位）為1，這時(shí)只接收第9位為1的串行數(shù)據(jù)（把第9位為1的串行字節(jié)稱為地址，把第9位為9的串行字節(jié)稱為數(shù)據(jù)）；當(dāng)sm2=0時(shí)，不論第9位為何值都接收。

     這種功能使得基于mcs-51的智能儀器能夠方便地通過rs-485接口芯片組成網(wǎng)絡(luò)。

     2.1.3 物理層的功能

     物理層要完成發(fā)送及接收字節(jié)流的任務(wù)，但對(duì)傳輸過程的可靠性不做出保證，而由高層協(xié)議來保證。物理層為鏈路層提供接口（以子程序的形式來描述），包括send子程序（功能為發(fā)送一個(gè)字節(jié)）及receive子程序（功能為接收一個(gè)字節(jié)）。

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