RS-485多從機(jī)競爭的解決方案

                                                          -- 武漢波仕電子公司-代先生

    在RS-485多機(jī)通信中，往往會出現(xiàn)多個從機(jī)同時向主機(jī)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(jī)的溫度測量值只要超過報警點(diǎn)就立即向主機(jī)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(jī)同時向主機(jī)發(fā)送報警信息。如果不采取RS-485競爭解決機(jī)制，那么就可能會導(dǎo)致2個從機(jī)同時發(fā)送的信息重疊，這樣主機(jī)就無法接收到正確的信號，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致整個RS-485系統(tǒng)的崩潰。傳統(tǒng)的解決方案是由主機(jī)循環(huán)輪流對各個RS-485下位機(jī)點(diǎn)名通信，這雖然解決了RS-485多從機(jī)的競爭，但是同時延誤了實(shí)時報警信息。本文介紹的新方案之一能夠識別從機(jī)發(fā)送信號的時間順序，先發(fā)送的從機(jī)信號可以同時抑制其他從機(jī)的RS-485發(fā)送信號，只有等先發(fā)送信號的從機(jī)發(fā)送完畢之后其它從機(jī)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(jī)能夠主動發(fā)送自己的地址，這樣就無需主機(jī)對各從機(jī)進(jìn)行輪流查詢。本文介紹的新方案之三是將從機(jī)轉(zhuǎn)換為不同的波特率，由于主機(jī)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(jī)的競爭。本文中的“上位機(jī)”即“主機(jī)”，“下位機(jī)”即“從機(jī)”。

   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(jī)共同控制一個RS-485下位機(jī)的通信連接，在這里我們將HUB2485Z用于兩臺下位機(jī)的RS-485口共享一臺上位機(jī)的RS-485口。HUB2485Z使RS-485總線同時接2個從機(jī)（下位機(jī)）。HUB2485Z已經(jīng)有2個下位機(jī)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(jī)的接線端子，無需修改軟件、5V供電。HUB2485Z適用于兩臺下位機(jī)的RS-485口同時驅(qū)動一臺上位機(jī)的RS-485口。HUB2485Z的外型為DB-9（針）/ DB-9（針）轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)RS-485為接線端子，位于如圖產(chǎn)品的上側(cè)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(jī)RS-485（1）和RS-485(2)的發(fā)送順序，避免同時發(fā)送導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓。也就是說，即使兩個下位機(jī)正在同時發(fā)送，HUB2485Z會選取發(fā)送開始時間領(lǐng)先的下位機(jī)正確發(fā)送數(shù)據(jù)，而只有等到這一個下位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，另外一個下位機(jī)才可以開始發(fā)送數(shù)據(jù)。HUB2485Z的具有雙向通信功能，當(dāng)上位機(jī)發(fā)送時，兩個下位機(jī)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(jī)的布線圖，實(shí)際上還可以一直繼續(xù)接下去。以接4個下位機(jī)為例，下位機(jī)4和下位機(jī)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(jī)2。以此類推，2號HUB2485Z的RS-485（2）口接下位機(jī)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(jī)1。在這樣的布線結(jié)構(gòu)中，每一個下位機(jī)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(jī)。實(shí)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(zhuǎn)換器

     傳統(tǒng)的RS-485多機(jī)通信方案是每次都由主機(jī)循環(huán)輪流對各個RS-485下位機(jī)點(diǎn)名通信，主機(jī)先發(fā)送被呼叫的從機(jī)的地址，總線中每一個從機(jī)都將這個地址信號與自己的地址進(jìn)行比較，地址一樣就繼續(xù)也主機(jī)通信，不一樣就不與主機(jī)通信。這樣可能存在的問題就是從機(jī)發(fā)送的信號是可以不帶本從機(jī)地址的，因為主機(jī)已經(jīng)發(fā)送了從機(jī)地址信息，緊接著收到的從機(jī)信號一定就是這個被點(diǎn)名的從機(jī)的信號，而且從機(jī)信號不帶地址可以極大簡化主機(jī)的信號處理程序。從機(jī)發(fā)送的信號不帶從機(jī)地址就會限制RS-485多機(jī)通信的實(shí)時性，比如RS-485多機(jī)溫度測量系統(tǒng)就不能夠?qū)崟r報警，因為主機(jī)不知道發(fā)送報警信號的從機(jī)的地址。

  圖3   為RS-485下位機(jī)加上地址

     波仕電子的DIZ485地址串口轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)串口（同時支持RS-232和RS-485）之間的帶地址的轉(zhuǎn)換。通過跳線設(shè)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(yīng)地址的轉(zhuǎn)換器的串口。 DIZ485與其它同類產(chǎn)品相比的特點(diǎn)是可以識別下位機(jī)的地址、下位機(jī)可以主動發(fā)送帶地址的數(shù)據(jù)。 波仕DIZ485地址串口轉(zhuǎn)換器的外形為DB-9/DB-9轉(zhuǎn)接盒大小，如圖，產(chǎn)品左邊為主串口，包括DB-9孔的RS-232口，和標(biāo)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(biāo)明為A2、B2的RS-485口。左上側(cè)J2、J1、J0為波特率設(shè)置的跳線，右上側(cè)K2、K1、K0為地址編碼設(shè)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(jìn)行波特率跳線設(shè)置，然后跳線設(shè)置本產(chǎn)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(chǎn)品的從串口發(fā)送出 1234567（地址不是1的產(chǎn)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(shè)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(chǎn)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(zhuǎn)換器可以使得RS-485從機(jī)可以隨時主動向上位機(jī)發(fā)送消息，因為信號中自動加上了從機(jī)地址信息，這樣主機(jī)就可以識別下位機(jī)。

3、在RS-485總線中接入串口波特率轉(zhuǎn)換器

RS-485多機(jī)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(jī)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(jī)通信方式。本來是相同波特率的RS-485從機(jī)設(shè)備，我們?nèi)藶榈貙�從機(jī)進(jìn)行串口波特率的轉(zhuǎn)換。當(dāng)多個從機(jī)都轉(zhuǎn)換為不同的波特率后，由于每個RS-485從機(jī)發(fā)送信號的波特率不同，而主機(jī)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(jī)同時發(fā)送的競爭問題。本節(jié)介紹如何實(shí)現(xiàn)串口波特率的轉(zhuǎn)換。

串口波特率轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)不同波特率的RS-485/RS-232口的通信轉(zhuǎn)換，純硬件跳線設(shè)置，無需任何軟件設(shè)置。串口波特率轉(zhuǎn)換器的外形為DB-9/DB-9轉(zhuǎn)接盒大小，如圖4。串口波特率轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部有一個帶雙串口的單片機(jī)。單片機(jī)自動完成兩個串口之間的數(shù)據(jù)交換。單片機(jī)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(shè)置的狀態(tài)進(jìn)行波特率等初始化設(shè)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(zhuǎn)換器

上位機(jī)串口A的波特率通過產(chǎn)品的J2、J1、J0來設(shè)置，下位機(jī)串口B的波特率通過產(chǎn)品的K2、K1、K0來設(shè)置，見表格。波特率轉(zhuǎn)換器的兩邊的串口可以分別獨(dú)立設(shè)置波特率，見下表。

由串口波特率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的RS-485多機(jī)通信圖與圖3所示的“為RS-485下位機(jī)加上地址”的布線結(jié)構(gòu)完全相同。由于每次主機(jī)通信程序只能夠設(shè)置為某一種波特率，所以也就每次只能給與某一個從機(jī)進(jìn)行通信，其它從機(jī)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(jī)產(chǎn)生影響。這種方案的優(yōu)點(diǎn)之一在于完全無競爭，缺點(diǎn)是最多8個下位機(jī)，因為這種串口波特率轉(zhuǎn)換器只能夠提供8種不同的波特率。這種方案的優(yōu)點(diǎn)之二在于如果用戶自己可以修改從機(jī)的波特率，那么可以實(shí)現(xiàn)零成本的解決方案。

本文介紹的3種解決RS-485多從機(jī)競爭的方案可以形象地稱為搶答、報名和調(diào)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。