工具之家 > 现代电子技术 > 具有仲裁机制的RS485总线设计

具有仲裁机制的RS485总线设计

发布时间:2019-03-11 02:15:01 文章来源:工具之家    

 推荐工具:金融理财app工具实用工具

李周利 骆丹妮 赵学敏

zhai yao 为liao解jue普tongRS 485總xianzhongduogejiedian容yi引fa总xian竞争shujuchongtuhechang期独zhan总线de问题sheji了juyou总线仲裁jizhideRS 485zong线zai普tongRS 485总线ji础上增加了硬jianwo手和总线kongzhixiang关硬件gegecongjiediannengfou占you总线需qingqiuzhujiedian给予授权congjiedian按硬件连jiedezi然youxian级排序cai用软、硬jianjie合fangshi控制gegecongjie点dui总线de占有shi间即tongxin结shu软件jishi或硬件定时shijiandao均控制硬件释放总线bi免了因某个congjie点自身gu障导致chang期独占总线detongxin错误提gaoliaoRS 485总线de通信xiaolv增加了整个通信xitongdekekao性和稳定性。

关键词: RS 485总线 仲裁jizhi; 优先级排序; 定时总线释放

zhong图分类hao: TN911?34; TP336 文献标shi码: A 文章编hao: 104?373X201716?0177?03

Abstract: In order to solve the problems that the multiple nodes in the common RS 485 bus easily lead to bus competition data conflict and long?term exclusive bus a RS 485 bus with arbitration mechanism was designed. Some hardwares that are related to handshaking and bus control are added to the common RS 485 bus. Each slave node requests the master node to give an authorization for making it occupies the bus and then these slave nodes are sorted according to the natural priority of hardware connection. Finally, a combination mode of software and hardware is used to control the occupation time of each node for the bus. In the end of communication, software or hardware timer releases the bus by controlling the hardware, which avoids the communication error that a slave node occupies the bus for a long term, which is caused by its own fault. This method can improve communication efficiency of RS 485 bus and increase the reliability and stability of the whole communication system.

Keywords: RS 485 bus; arbitration mechanism; priority ranking; timing bus release

0 引 言

RS 485总线以qijiegou简单、成ben低廉、可选芯片duo、便yu维护、可靠性高等诸多优点被广泛应用于远程自donggong控环境[1?3]。you于普通RS 485总线cai用zhucong式通信方式,各从jie点完全bu受其tajie点制约,如有liang个或两个以上jiediantong时向总线fasongshuju,将会fa生总线竞争,导致通xinshuju错误,发song失败[4];qie某jie点ruochuxian通信故障,则可能出现该节点长期独占总线的qing况。针对多ji通信zhong的数据冲突问题,已有的一种解jue方法是采用类似于以太wang的载bo监ting多路访问/冲突检测协议CSMA/CD)[5?6]。数据jieshou端对接收到的数据jinxing校验,如果出错则认为发生了总线冲突,接收端不会发送确认帧,若zai规定时间内wei收到确认帧,发送端就调用冲突处li函数[7]。cifang法虽nengzai一定程度上解决上述问题,dan某种程度上降低了通xinxiao率,且依然有总线冲突的隐huan存在。

在某嵌入式应用系统的shejiguo程中,需要zu建RS 485串行通xinwang络,此网络系统共有97个节点,其中一个为主节点,向其ta节点发送命令并及时接收其ta节diandebao警故障等。为了解决完全主从式RS 485总线中从节点不能主动发送数据的问题,可采用定时轮询的方式。此方法虽具有通信时间的确定性,但对多从节点的qingkuangke能会产生较长的通信延时。jiashe每个节点的轮询时间为100 ms,对96个从节点的系统er言,将产生约9.6 s的延时。当ben系统中某个从节点出现故障需立即向主节点汇报时zui坏情况下可能会延时较chang10 s左右),实时性太cha。

本wenti出对各从节点之间相互独立的RS 485总线仲裁方法,使各从节点可及时可靠稳定地发送数据,且bao证每次只有一个从节点向主节点发送数据,较hao地解决了上述问题。

1 RS 485总线仲裁jizhi结构设计

采用两个半双gongRS 485组成的全双工网络通信结构,主从节点的接收端实时接收数据,各从节点只接收主节点发送的数据,主节点接收suo有从节点发送的数据,因此上行通信总线易发生网络堵塞。本设计通guo主从节点控制、从节点自ranyou先级设置及sanzhong软、硬件定时方法确保通信可靠稳ding系统结构框图如图1suo示。

2 主从节点控制

从节点向主节点发送数据时,先判断总线忙否,即总线是否正在通信,若没有,可向主节点发起发送请求xinhao,当主节点向从节点授quanhou,从节点才有发送数据的权利。因此主从节点控制主要baokuo两部分:忙检查和硬件握手机制。endprint

2.1 忙检查

设计总线忙xinhao[PBUSY],从节点通过检测该信hao,判断总线是否处于忙的状态。具ti[PBUSY]接口硬件原理图如图2所示。总线忙信号由主节点控制,当主节点处于发送状态,或有其他从节点有发送请求,此时总线已经被占用,主节点shu出[PBUSY],忙指示deng亮,从节点的MCU_P12收到电平为0的忙指示信号,将不能jin行数据发送。

2.2 硬件握手机制

硬件握手机制包括总线请求和总线授权,使多节点发送相互受到牵制,减shao通信堵塞,其硬件握手从)接口原理图如图3所示。当从节点需要发送数据时必须先进行忙检查,只有[PBUSY]信号无效时,从节点才有请qiufa送的资格。在检测到总线没有被占用后,先发送总线请求信号MCU_P24(高有效),主节点接收到请求信号后发出总线忙信号,并给出授quanxin号。从节点发总线请求的同时RCTR信号使继电qi关bi(RCTR现为MCU_P101由MCU直接输出,具体见图4。该信号软件定时120 ms,时间到后打kai继电qi,即从节点整个握手过程最多时间为120 ms),将节点间直接通信的授權信号[BPRN]接入本从节点。从节点收到主节点发出的[BPRN]信号后先经过反相器,再yu同yangjing过反相器的总线请求信号yi或,使输入下个从节点的[BPRN]=1,因此本从节点就获得了授权信号,而其他从节点便失去了获权的机会。此设计为双保险,即使总线忙信号失效you先级低的节点在总线请求后也不会得到授权信号。只有获得授权信号的从节点yu本节点的允许发送信号CTS相异或,最终才能置wei发送shineng,从硬件上保证了只有该从节点才能发送数据。

实测某从节点数据发送全过程波形如图4所示。其中,通道1为总线忙信号[PBUSY],通道2为总线请求信号,通道3为总线授权信号[BPRN],通道4为发送的数据。其中,主节点给出的[PBUSY]和[BPRN]weigu定延时120 ms(软件可设)。

3 zi然优先级设定

该RS 485总线由1个主节点和96个从节点组成,其中96个从节点功能作用相同。如果两从节点同时发送yizheng,发送前将因无法检测信道信号而发生冲突,产生差错。在节点多的情况下,两个或两个以上节点同时发送的几率较高,会给整个系统带来不稳定的隐患[8]。

an照硬件排序为从节点设定自然优先级,使各个从节点拥有各自的ID,如图1所示。当主节点要求所有从节点汇报数据时,可通过软件定时,设定每个从节点的通信时间T,则T×ID为每个从节点的通信起点,此方法不但能避免多个从节点同时向总线发送数据造成通信阻塞,还能保证从节点向主节点汇报数据的实时性。而且当多个从节点同时请求发送数据时,优先级高的从节点先于并阻zhi优先级低的从节点得到主节点的授权信号,得到授权信号的从节点可置位其发送使能DEx发送数据,避免网络竞争。如图1所示,例如ID=1和95的从节点同时有发送请求,由于1号优先级高于95号,1号jie获授权,发送使能DE1置位,而95号则不能发送数据。

4 软硬件结合避免总线独占

为了避免因某个从节点自身故障导致长期独占总线的情kuang现采用单稳态多谐振荡器SN74LV123,选择第5种输出模式,将发送时间设计为固定值40 ms,硬件控制各个从节点对总线的占用时间,计时结束即放弃总线。其工作过程如图5所示,发送使能置位的同时,给SN74LV123的输入A:一个下降yan信号MCU_P84,输出信号Q=0后保持,计时开始。dangji时时间到无论数据是否发送完毕,都使输出信号[Q]=1后保持,经过或门后使ROFF输出0,使继电器控制信号RCTR=1,控制继电器断开总线,停止发送。当计时时间内数据发送完毕时,直接使MCU_P86输出0,经过与单稳输出同样的处理后,关闭发送使能,减少不必要的总线占用延时。通过此硬件方法qing零输出使能DEx,释放总线,增加了RS 485发送机制的可靠性。

5 结 论

本文提出的设计方案,通过增加硬件握手和设定自然优先级的方式,合理的解决了总线竞争和数据冲突的问题,使整个系统更加稳定可靠。同时,采用三种定时方式,软硬件结合共同避免了节点长期独占总线的情况,提高了RS 485总线的通信效率。

但本设计仍有不足之处,即硬件成本较高,适用于对可靠性要求高,成本要求不敏感的场合。

参考文献

[1] 吴忻生,陈an胡跃明,等.一种实现载波监听多点接入/冲突检测的多zhuRS 485总线[J].电子jishu应用,2004(2):48?50.

[2] 李鑫,赵鹏.RS 485总线形式的多路站控数据采集系统[J].工业控制计算机,2016(5):38.

[3] 孟shiyin,罗天兰,孟传良.回zhuanyao分布式控制系统RS 485总线通信系统设计[J].自动化与仪器仪表,2015(5):112?113.

[4] 朱耀春,白yan.RS 485总线通信双机监控程序的设计及应用[J].工业控制计算机,2006(8):14?16.

[5] 赵亮,张吉礼.提高RS 485总线通信可靠性的优化设计方法[J].da连理工大学学报,2015(4):393?398.

[6] 谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社,2008.

[7] 冯子陵,俞建新.RS 485总线通信协议的设计与实现[J].计算机工程,2012(20):215?218.

[8] 刘明,张long灯,张洪彦,等.基于RS 485总线的互锁联动系统网络化通信的实现[J].昆明理工大学学报(理工版),2008(4):47?50.endprint

现代电子技术 2017年16期

现代电子技术的其它文章 基于5G系统与WLAN的共存电源干扰控制方法研究 电教多媒体设bei的节能电源设计与实现 光纤通信局域网断点故障检测方法研究 混合动力qi车用电池包结构分析及改进 三电平逆变器中点电weiping衡的综合控制策略 基于MEMS的帕金森病renti姿态分类监测系统
转载请注明来源。原文地址:https://www.5420.com.cn/view/2019/0311/12731/
 与本篇相关的热门内容: