白 曦，王 俊

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710068）

1 組網(wǎng)方式

供電數(shù)據(jù)采集器與智能接觸器采用半雙工UART接口[1]，通過(guò)異步串行通信接收和發(fā)送信息。供電數(shù)據(jù)采集器與智能接觸器間有2路RS485總線，每路總線采集4個(gè)只能接觸器狀態(tài)。RS485總線組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1 RS-485總線組網(wǎng)方式

2 主從通信機(jī)制

2.1 幀結(jié)構(gòu)

穩(wěn)定可靠的通信不僅依賴硬件環(huán)境，也依賴于通信協(xié)議。主節(jié)點(diǎn)供電數(shù)據(jù)采集器與從節(jié)點(diǎn)智能接觸器之間的通信協(xié)議如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)楨結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)幀頭：用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始，數(shù)據(jù)幀頭字由2個(gè)字節(jié)組成，主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀頭1的值為0xAA，數(shù)據(jù)幀頭2的值為0x55，主節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)幀頭1的值為0xEB，數(shù)據(jù)幀頭2的值為0x90。

（2）數(shù)據(jù)幀ID號(hào)：RS485總線上的通信為廣播方式，所以每個(gè)智能接觸器應(yīng)該有獨(dú)立地址，判斷該數(shù)據(jù)幀是否應(yīng)該接收。

（3）命令/數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)幀中實(shí)際數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)通信可靠性，所有數(shù)據(jù)以0～9的ASCII碼發(fā)送，智能接觸器收到后再處理。

（4）校驗(yàn)和：用于數(shù)據(jù)幀的校驗(yàn)，它是除本身外的塊中所有字節(jié)之和以256為模的二進(jìn)制補(bǔ)碼。

2.2 RS485總線通信

2.2.1 主從通信時(shí)序控制

供電數(shù)據(jù)采集器與智能接觸器的接口采用半雙工UART接口，通過(guò)異步串行通信接收和發(fā)送信息。RS485總線為半雙工通信方式，同一時(shí)刻只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，否則會(huì)引起總線沖突[2]。供電數(shù)據(jù)采集器與智能接觸器之間的通信采用定時(shí)啟動(dòng)方式，供電數(shù)據(jù)采集器為主設(shè)備，智能接觸器為從設(shè)備，通信啟動(dòng)方式采用定時(shí)啟動(dòng)方式，主控站按約定周期向從控站發(fā)送數(shù)據(jù)命令，以啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)傳送的通信，直到該次通信所應(yīng)傳送的數(shù)據(jù)傳送完畢，然后主控站才結(jié)束這次傳送過(guò)程，下一個(gè)通信周期又重復(fù)這個(gè)傳送過(guò)程。供電數(shù)據(jù)采集器每50ms輪詢一個(gè)智能接觸器，4個(gè)智能接觸器共需要200ms完成一次通信。一次通信包括從主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到主設(shè)備接收數(shù)據(jù)完成，通信周期采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，定時(shí)器周期t為10ms，通信周期T為50ms，一次通信傳輸過(guò)程包括以下4個(gè)階段：一是在通信周期T到來(lái)時(shí)，調(diào)度供電數(shù)據(jù)采集器發(fā)送任務(wù)組織發(fā)送數(shù)據(jù)；二是在每個(gè)定時(shí)器周期t到來(lái)時(shí)，主設(shè)備檢測(cè)發(fā)送數(shù)據(jù)并啟動(dòng)物理傳輸；三是智能接觸器在每個(gè)定時(shí)器周期t到來(lái)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢接收，解析，并組織回復(fù)數(shù)據(jù)；四是供電數(shù)據(jù)采集器在接收任務(wù)周期T到來(lái)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、解析。

2.2.2 通信狀態(tài)機(jī)

為了解決線上主從設(shè)備收發(fā)沖突問(wèn)題，設(shè)計(jì)了通信狀態(tài)機(jī)，保證一次通信周期內(nèi)的發(fā)送接收在同一狀態(tài)下進(jìn)行，直到本次通信結(jié)束或另一狀態(tài)觸發(fā)條件滿足，通信進(jìn)入另一狀態(tài)。針對(duì)本項(xiàng)目通信特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了握手狀態(tài)、空閑狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)、錯(cuò)誤恢復(fù)狀態(tài)、錯(cuò)誤處理狀態(tài)5個(gè)狀態(tài)。各狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換見(jiàn)圖3所示。

圖3 通信狀態(tài)機(jī)

上電后，供電數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入握手狀態(tài)，向智能接觸器發(fā)送握手命令并等待智能接觸器的回復(fù)確認(rèn)，若握手失敗，則一直處于握手狀態(tài)，直到握手成功。

握手成功后，如果有數(shù)據(jù)則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，在此狀態(tài)下，供電數(shù)據(jù)采集器和智能接觸器之間可傳輸檢測(cè)命令和檢測(cè)結(jié)果；若無(wú)數(shù)據(jù)傳輸，則進(jìn)入空閑狀態(tài)，直到有數(shù)據(jù)發(fā)送后才轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)下若發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，通信進(jìn)入錯(cuò)誤恢復(fù)狀態(tài)，如果在規(guī)定的恢復(fù)次數(shù)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸正確，則通信轉(zhuǎn)回?cái)?shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，如果恢復(fù)失敗，則通信轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤處理狀態(tài)，進(jìn)行通信狀態(tài)錯(cuò)誤處理。

2.2.3 通信異常處理通信異常處理分為2種情況：

（1）握手失?。汗╇姅?shù)據(jù)采集器向智能接觸器發(fā)送握手命令后，若接收不到智能接觸器回復(fù)，則供電數(shù)據(jù)采集器一直發(fā)送握手命令，直到握手成功。

（2）通信異常：在外部通信鏈路受到干擾時(shí)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)不對(duì)等問(wèn)題，供電數(shù)據(jù)采集器對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷后，若接收錯(cuò)誤，則采用重發(fā)機(jī)制，并設(shè)置從發(fā)次數(shù)上限N，在重發(fā)計(jì)數(shù)小于N時(shí)，若接收正確，則通信鏈路恢復(fù)正常，若連續(xù)N次都接收錯(cuò)誤，則記錄通信鏈路故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的RS485總線通信方法，采用主-從通信方式，確定供電數(shù)據(jù)采集器為主設(shè)備，智能接觸器為從設(shè)備，并通過(guò)在主設(shè)備上設(shè)置通信狀態(tài)機(jī)，確定了主設(shè)備實(shí)時(shí)通信狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，只處理當(dāng)前狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，使發(fā)送和接收均在同一狀態(tài)下進(jìn)行，從而有效避免數(shù)據(jù)交互過(guò)程中的收發(fā)錯(cuò)誤和收發(fā)沖突問(wèn)題，提高了供電數(shù)據(jù)采集器與智能接觸器間通信的可靠性。經(jīng)試驗(yàn)室聯(lián)試驗(yàn)證，該方法有效可行，能大幅度提高設(shè)備間的通信效率。