惑躺飘物文章编号：１００１－９９４４（２０１１）０５－００２５－０４Ｍｏｄｂｕｓ协议的ＲＳ４８５总线通讯机的设计及应用王书根，王振松，刘晓云（电子科技大学自动化工程学院，成都６１１７３１）摘要：该文详细论述了基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的ＫＳ４８５总线通讯机设计原理及应用。物理结构上包括上位机、主站、和多个从站节点。在上位机与各从站节点间增加主站。承担上位机的轮询工作。使上住机从繁忙的通信工作中解放出来，并能够提高系统独立性，加快系统从故障中恢复的速度。软件方面基于Ｍｏｄｂｕｓ协议，并且添加ＣＫＣ校验。从而有效地提高了系统的可靠性、安全性。本设计已成功应用于某监狱门禁控制系统。关键词：Ｍｏｄｂｕｓ协议：ＣＲＣ校验：ＲＳ４８５总线中图分类号：ＴＰ３９３文献标志码：ＢＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅｆｏｒＲＳ４８５ＢｕｓＢａｓｅｄｏｎＭｏｄ－ｂｕｓＰｒｏｔｏｃｏｌＷＡＮＧＳｈｕ—ｇｅｎ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ—ｓｏｎｇ，ＬＩＵＸｉａｏ－ｙｕｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｔｏｃｏｌｉｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｉｎａｎｄｓｌａｖｅｂａｓｅｄｎｏｄｅｓ．ＴｈｅｏｎＭｏｄｌｏｕｓｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅＰＣｏｆｄｅｔａｉｌｓ．ＴｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｅＰＣ、ｔｈｅｍａｉｎｓｔａｔｉｏｎ、ｓｌａｖｅｓｔａｔｉｏｎｏｎｃｅｍａｉｎｗｏｒｋｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＰＣｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒＳＯａｓａｎｄｔｈｅｓｌａｖｅｓｔａｔｉｏｎｎｏｄｅｓ，ｄｏｅｓｔｈｅｐｏｌｌｉｎｇｗｏｒｋｃｏｍｐｕｔｅｒｆｒｏｍｔｏｒｅｃｏｖｅｒａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｂｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＲＳ４８５ｂｕｓ．ＩｔｒｅｌｅａｓｅｓｔｈｅＰＣｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｉｔｉｓｆａｓｔｅｒｆｏｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｂｕｓｙｐｏｌｌｉｎｇｔａｓｋｓ；ｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｎｃａｎｂｅｆｒｏｍｔｈｅｆａｉｌｕｒｅ；ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｓｐｅｃｔｂａｓｅｄＭｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｔｈｅａｃｃｅｓｓｉｏｎｏｆＣＲＣｃｈｅｃｋｉｎｇ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙｏｆａｔｈｅｓｙｓｔｅｍ眦ｉｍｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｉｓＫｅｙｄｅｓｉｇｎｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｐｒｉｓｏｎａｃｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．ｗｏｒｄｓ：Ｍｅｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ；ＣＲＣｃｈｅｃｋ；ＲＳ４８５Ｂｕｓ现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网。在总线种类多样化的今天．Ｍｏｄｂｕｓ技术以其先进性、开放性、成熟性使得基于Ｍｏｄｂｕｓ串行链路通信的设备得到了广泛的使用．Ｍｏｄｂｕｓ通信有３种方式：串行链路、ＴＣＰ／ＩＰ和ＭｏｄｂｕｓＰＬＵＳ。本文的研究对象是基于串行链路主从式通信结构的设备。在这种总线网络中．系统间的通信一般采取上位机轮询各节点的方式．即上位机对各节点不间断地进行轮询．当轮询到某节点时．上位机与此节点在一定时间间隔内互相交换信息。但是当节点数目众多时，出于系统响应及时性的要求．上位机对各节点轮询的时间间隔需要尽可能短，而这样，轮询工作将会给上位机造成沉重的负担。占用其较多的ＣＰＵ资源，使得上位机不能专注于完成数据处理．同时导致系统的可靠性与安全性降低。基于此原因．本文提出一种针对串行链路的新方法．在上位机与各节点之间增加一个通讯机（为不至于和各节点混淆．本文称其为主站），并给出了基于此主站的上位ＰＣ机与各节点（该系统称各节点为从站）的通信流程以及此主站的主程序流程。收稿Ｅｔ期：２０１０—０８—０６；修订日期：２０１１—０３埘作者简介：王书根（１９８０一），男，在读硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程；王振松（１９７３一），男，博士，讲师，研究方向为控制理论与控制工程。自动化ｓ仪衰２０１１（５）田万方数据１系统的硬件环境设计机主站、从站对ｒ串行链路的Ｍ㈣ｄｌ系统硬什环境主要包括以下几个模块ｆ。忙ｓ系统．其物理接口ｌ叮以选ｊｌｊＲＳ２３２业ＲＳ４８５最常用的接口址ＲＳ４８５两线制接ｎ本系统巾的上位机采Ｈｉ眦：机其物理接【Ｉ为ＲＳ２３２接口．｜ｆ＿『土站的物胛接口为ＲＳ４８５拄叫，所以ＰＣ机不能ｎ接连接ＲＳ４８５接口必须在上站～ＰＣ机问进行ＲＳ２３２‘ｏＲＳ４８５转换通过ＲＳ２３２／ＲＳ４８５转换电路将Ｐｃ机串口ＲＳ２３２信号转换成ＲＳ４８５信呼，目１硬件框目Ｆｉｇ１Ｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｈａｒｄｗａｒｅｄｅｖｉｃｅ’ｓ综上所述主站和从站硬件的总体世【｜如阿１所不主站１ｊ上位机的通信采用ＲＳ２３２的力式主站与备节点问的通信采，ｔｔｊＲＳ４８５的方式．从站把束不及传到Ｐｃ机的数据暂时放到ＦＫＡＳＮ存储隧。ｈ从站和ＦＬＡＳＨ存储器问通过ＳＰＩ通讯。２网络通讯协议２１Ｍ…ｄｂＭｏｄｂｕｓ协议简介串行链路坼议足一个主站一从站悱Ｉ义．Ｍｏｄｂｕｓ应用层报文传输协｜义提供了总线或Ｍ络上连接的没备之间的客广Ｔ机，服务器通信．在Ｍｔ，ｔｌｂｕｓ串行链路ｌ：丰节妊提供客户机的功能．而子常点则作为服务器２南于Ｍｔ，曲ｕｓ协议ｆ｝有帧格式结构、传输方式、功能及内容简单、传输效率高等优点近年来在控制系统中得到了广泛的应川本论文所涉及的Ｍｏｄｂｕｓ悱议．楚在采川串行链路的ＲＴＵ模式标准卧Ｉ义的基础卜结合实际应用扩展了其帧格式结构和范同主机传输的命令报文如下＾ＤＯＤＯＤｌＤＸＣＲＣｌＣＲＣ２说明ＡＤＯ：Ｉ：Ｉ标地址．即站点地址（或称网络没备地址），２６万方数据ＤＯ—ＤＸ：报盘内容．Ｘ最人为２５５，（不舍ＣＲＣｌ．ＣＲＣ２）ＣＲＣｌＣＲＣ２ＣＲＣ校验结果Ｍ删ｄｂ—ＲＴＵ悱议秉川ＣＲＣ一１６（１６位循环冗余校验码）校验打法．包含１６位进制ＣＲＣ校验码ｎ１发送端汁算放性Ｊ：发送信包的飕部接收端ｍ新汁舒．接收到的信息的校蝓码并与搂收刮的校验码啊｛比较如果二青小棚符刚表明通讯Ｈ｛错，２２主要通讯过程描述首先Ｐｃ机每隔一段时间扫捕主站一次．若通讯＾异常主站向Ｐｃ机发送应答码：同理主站空闲时．也是每隔一段时间依次扫描从站若通讯五异常从站向主站发送庞答码．而且主站通过优先级优先接收ｌ屯机发送的报文这样可以防ｌｔＰｃ机和从站数据包的濉乱、主站传递ＰＣ机瘦脚站点的通汛命令报文或肯主站发送｛：＝｜描报史．站点接收到命令报文信息后首先判断口标地址代码若Ｌｔ标地址与木站电地址不一敛｜ｌｌ＿｜站点同到中断以前状态若地址一致则继续判断命令代码根据命令代码进行卡Ｈ麻的操作、通讯过程洋细介绍如下，、２２Ｉ主站扫描从站主站首先向Ｕ标从站发送扫描码．从站接收到扫描帚５后向主站同发虚答码．主站接收到从站的应苕码后即完成对一［５１标从站的扫描主站通过依次扫描所有目标从站米维持整个通讯系统的正常运行。主站一＞从站扫描码从站～＞主站应答码注：Ｐｃ机扫描主站于此相同，２．２２主站向日标从站下传数据主站在扫描任一目标从站前会检查数据下传缓冲Ｋ若有待传送数据报．则会将｜ｊｆ『条撤文发送ｆ｛｛去．从站接收到报史后向主站发送应答碓５主站接收到应答码后完成数据报文的传送．主站一）从站数据从站一）辛站应答码２．２３从站向＝Ｅ站七传数据从站向主站的数据传送妊被动的。从站在接收到丰站的扫描码后会榆查上传缓冲Ｋ．若有数据报要发送．则会将数据报｝．传给主站．丰站在接收到数据撤后继续发送确认码给该从站主站一一＞从站扫描从站一＞丰站数据主站一＞从站确认码从站～＞主站应答码２．２．４通讯异常检测主站向某一从站发送报文（扫描码或数据报文）后会侦听从站的响应．若在规定的时间内接收到了从站的报文（应答码或数据报文），则认为对该站的通讯是正常的：若在规定的时间段内没有接收到该从站到正常响应报文．主站会重新发送同一条报文．若连续３次发送都没有接收到从站的正常响应报文，就认为主站同该从站的通讯发生了异常。２－２．５广播报文主站可以向所有从站发送广播报文．广播报文的目的地址为ｏ】【ｆ５。从站接收到广播报文后不能向主站发送应答码或数据报。２．２．６获取从站状态信息从站在检测到状态改变时会记录状态改变信息．在主站扫描到从站时将状态改变信息上传到主站．主战将报文添加到转发报文缓冲区等待传送到上位机。上位机接收后向主站发送确认码。主站收到确认码后转发到从站。主站在系统启动时会向所有从站发送状态请求广播报文．从站收到状态请求广播报文后准备状态信息报文．在主站扫描到从站时将状态信息报文上传到主站。２．２．７时间同步主站在系统启动时会向所有从站发送时间同步广播报文．从站在收到时间同步广播报文后根据设置报文内容调整时钟。从站在上电运行后准备请求时间同步报文．在主站扫描到从站时将报文上传到主站．主站接收到请求时间同步报文后．即刻将本地时间以时间同步报文的形式发送到请求从站．从站接收到时间同步报文后．根据报文内容调整时钟。２．２．８上位机发送数据到从站ＰＣ一＞主站数据包若主站扫描状态恰好为等待数据回应．则将数据暂时放到扫描发送缓存区．并等待数据发送完毕：否则向ＰＣ回应主站忙。主站～＞从站数据包从站～＞主站确认码若收到应答码。向ＰＣ回应发送成功．否则回应发送失败自动化与仪表２０１１ｔｓ）万方数据…～总躺测锄主站一＞ＰＣ确认码下一ＰＣ数据下一数据一＞主站或完成码一＞主站完成码一＞从站２．２．９从站提交数据到上位机主站扫描子站时．子站将数据包发送到主站．主站转发到上位机．上位机收到后发送数据收到确认包到主站．主站收到确认包后转发到从站。从站未收到确认包．不会进行其他数据的上传。在规定时间内未收到确认包认为数据传送失败。主站一＞从站扫描码从站一＞主站数据主站一＞ＰＣＦＬＡＳＨ存储器中数据ＰＣ一＞主站确认码（放入ＦＬＡＳＨ存储器）主站～＞从站确认码从站～＞主站应答码３软件实现主站主要完成２个功能：对各节点进行扫描以获取并保存各节点的通信状态：对上位机与各从站之间的报文进行可靠转发。软件流程如图２所示。系统上电后．首先进行初始化操作．主要包括设置串ＶＩ、定时器，开启开门狗。配置芯片引脚等内容。系统初始化成功后．主站向上位机请求从站配置信息，主要包括从站数量、各从站的地址、各从站配置情况即从站为启用还是闲置状态。从站配置信息请求成功后．主站开始对各从站进行扫描，并对扫描中产生的从站报文进行处理。每扫描完一个从站．主站都会去查看有无来自上位机的报文．并对报文进行适当处理。当经过一定时间间隔后主站再去扫描下一个从站。其中，在来自上位机的报文中．有的报文是需要转发给某个从站的。在扫描期间来自从站的报文中．有的也是需要转发给上位机的。只有合理设计转发协议．才能既保证报文的可靠传输．又不致于使系统实时性明显变差或产生网络堵塞。本系统将来自上位机的报文分为３类：第ｌ类是上位机直接传给主站的，主站收到这类报文，进行简单回复，这次通信完成：第２类是上位机发给某个从站并且需要得到从站回复信息的．这时候需要主站将报文转发给此从站。并将此从站的回复信息再转发给上位机：第３类是上位机发给某从站但不需要回复的。这时主站国总线与网络将报文传给此从站．但不需要等待从站的Ｍ复信在同州络上的』百个从站分成儿个州对独Ｆ的同息这次通信完成．同理在打描过程中对从站产络当菜一网络发生故障时．将小会对其他网络的通生的搬殳的处理也分为类似３种具体处理过程如信造成影响同时由于主站ｒⅡ以脱离ｒ位机单独罔２所玳。小拄制系统的ｉ殳计中．由于主站的使用．对各从站进行扫描井实时状取各从站的当ｌ衍状态一片哑．上垃机水再承担对众多从站的轮询Ｔ作．如果卜位机需要从某种故障ｉＩ・恢复并进行重新启使其拥有了更多的ＣＰＵ资源进行挟速响应、处理人动它可以“接从主站中陡速抉取整个系统中所有机交互勺Ｉ＝Ｉ志存储等事件顺畅完成众多动砌的摇从站的当前状态．土站还可眦根据扫捕从站数的多放提高了系统曲水件处理与响应能力：另一方面．少，自动渊悔扫描时间问隔枉侏证系统响应的前提在传统的主从式ＲＳ４８５通信网络中当菜根通信线Ｆ降低通信敞障率．提高系统可靠性与安全件。巾于意外或者人为原ｌ爿造成短接或断蹄后可能导数整个通信网络瘫痪主站的使用使得原本连接ｒ磊而而４结语奉史弹细论述了基于Ｍｎｄｈｕｓ济议的Ｒ５４８５总线通讯机｜殳汁原理虽然此主站的增加会使系统成本稍有ｊ．升．ｆＩＩ它不仅可以使Ｉｆ位机从繁忙的通信Ｔ作！蕊《纛慕－Ｉ，解放Ｈ１米更女ｆ地完成人机交互、数据处理动画播、、、，／放等任务．Ｉ『『ｉｔｌ还能够提高系统独立性．加快系统从故Ｅ∞ｍ女障ｔｆ，恢复的速度柯效地提高系统的可靠阽、安令性。、、、—／奉设计已成功应用于菜监狱门禁控制系统．实践证明该系统运行稳定、故障率低、操作方便、安全可托翌蔫。蜃鞫参考立赫瓣羽愿翮网蕊１，Ⅷ月≈∞＊Ｈｍ＆月☆ｍ＊｝，ｊＬＰＣ２１０Ｉ／０２／０３∞Ⅲ☆ｍＤＢ／０【．】，２００６（２００６—９—７）ｈｌｉｌｉ：Ｉｌｗｗｗｚ］ｇｍｅｕ…２ｉｊ％＊＊ｇｒＭｏｄｂｕｓＲｆＵＩｈ＇Ⅸ∞自自ｎⅫ＆ｇ缱ｎｍ＊Ⅲ＃∞十∞ｊ：ⅨＣ１Ⅳ十Ｉ《”＊ｍ０☆＆＊☆２０１０４２２０１０闰２主程序流程囤３“，Ｉ＃｝＝ｍ＊雇＊＊＊№＊盖杠＆＃＃｛Ｍ—ｈｓ—Ｒｗ日ＪＦｉｇ２Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｍａｉｎｍ＊Ｈ∞＊ｉｒｐｒｏｇｒａｍＪＥ女：自Ⅻ‘ｊＫ女，２０ｌＯ，４７（７）：７，一∞●上接第１３页熟的缺陷．捉川ｒ一种基于改进遗传算法优化的径向基戚数神经网络短期电力鱼荷预测楼刊．陵模型引入雹盈自适虚机制的实数编码的遗传算法．从选择策略、白通虚交叉和变异操作等方面作了改进并将其与梯度下降法混合交互运算．作为往向基荫数网络的学习算法将陵模型应川于实际系统中实际应用表明这足一种行之有效的短期负荷预测方法日『Ⅲｍ闰３负荷预测比较囤Ｆｉ９３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｏａｄｆｏｒｅｃａｓｔｍａｐ参考立献从上罔可以厅ｍ浚日的预测负简和实际负荷［１－Ｆ口％★＆＆＾ｒ｝ｐ女日＊埋☆＊ｍ［Ｍ“《：∞ｅ＾｛ｍ‰＃，２００４基奉相同相对误茂主要集中在２％以内．预测准确ｉ２。＊＊目§“Ⅲ琳等＊ｆＲＨＦ神＆目镕自々ｇ《《白勺‰瑚ｍ筒度较高，ｍ目Ａ镕：Ｊ．“￥２Ⅲ★＃学报．２００１３５（４）：３３１－３３４。３｝小ｆ．竹口ｗｍ忙掉☆Ⅱ论日Ⅲ’＿＃＊女ⅨＭＨ§月女！４结语自＾々ｍｍ｛｝２０６＂２：１８－８０４半镕“，＃＊ｍ传帏＆∞＃￥月ｔ％＆ｍｆＭｊｎ自：＃｛ｍ《ｎ针对往向旌神经网络的不足和传统遗传掉法早２００３■２８万方数据