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一種實(shí)現(xiàn)載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入／沖突檢測(cè)的多主RS485總線
摘要：提出了一種附加硬件設(shè)備，配合軟件實(shí)現(xiàn)了RS485總線上的載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入／沖突檢測(cè)協(xié)議。滿足了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并且提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。關(guān)鍵詞：RS485總線 半雙工 載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入／沖突檢測(cè)
智能儀表和現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)標(biāo)志著工業(yè)控制領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，成為工業(yè)控制的主流。目前國(guó)際上已經(jīng)出現(xiàn)了多種現(xiàn)場(chǎng)總線和相應(yīng)的通信協(xié)議，但是其系統(tǒng)造價(jià)對(duì)于許多中小型應(yīng)用仍顯過(guò)高。而ＲＳ４８５總線以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、可選芯片多、便于維護(hù)等特點(diǎn)在眾多工業(yè)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
１ ＲＳ４８５總線及現(xiàn)有工作方式的特點(diǎn)
ＲＳ４８５總線以雙絞線為物理介質(zhì)，工作在半雙工的通信狀態(tài)下[１]，即同一時(shí)刻，總線上只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn)而處于發(fā)送狀態(tài)，其他所有節(jié)點(diǎn)必須處于接收狀態(tài)。如果同一時(shí)刻有兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，將導(dǎo)致所有發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，即所謂總線沖突。為了避免總線沖突，ＲＳ４８５總線具有以下特點(diǎn)：
以工作模式來(lái)說(shuō)，一般的ＲＳ４８５總線工作在主從模式下。整個(gè)通信總線系統(tǒng)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成，由主節(jié)點(diǎn)不斷地輪流查詢從節(jié)點(diǎn)是否有通信需求。如果有則將總線控制權(quán)交給某一從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)發(fā)送完畢后立刻交還總線控制權(quán)。另外還有一種“輪主輪從”的工作方式，即讓總線控制權(quán)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)間以類似令牌環(huán)的方式傳遞[３]，得到控制權(quán)的節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)成為從節(jié)點(diǎn)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完數(shù)據(jù)的同時(shí)，將總線控制權(quán)交給相鄰的節(jié)點(diǎn)，而這個(gè)節(jié)點(diǎn)在處理完本節(jié)點(diǎn)的通信需求后再把控制權(quán)向下傳遞。令牌環(huán)式的ＲＳ４８５工作方式如圖１所示。
從通信節(jié)點(diǎn)來(lái)講，ＲＳ４８５總線上的節(jié)點(diǎn)必須具備將自己的驅(qū)動(dòng)器切換到高阻態(tài)的功能?眼１?演，以便在發(fā)送完數(shù)據(jù)后不會(huì)對(duì)總線狀態(tài)造成影響。這種驅(qū)動(dòng)器實(shí)行發(fā)送態(tài)—高阻態(tài)切換的一個(gè)影響是?押從發(fā)送數(shù)據(jù)完畢到設(shè)備切換為高阻態(tài)，需要一個(gè)轉(zhuǎn)換延遲。這個(gè)轉(zhuǎn)換延遲是２線制通信中一個(gè)很重要的參數(shù)。這個(gè)時(shí)間不能太短，否則發(fā)出的字符的最后一部分因?yàn)樯形丛诳偩�上建立起來(lái)而導(dǎo)致丟失。同時(shí)這個(gè)時(shí)間也不能太長(zhǎng)，否則在發(fā)送端還未轉(zhuǎn)為高阻態(tài)時(shí)其他設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，會(huì)導(dǎo)致總線沖突。因此２線制ＲＳ４８５總線上的主設(shè)備必須知道所有從設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間，并保證在從設(shè)備反應(yīng)之前把驅(qū)動(dòng)器設(shè)為高阻態(tài)，以接收從設(shè)備的數(shù)據(jù)。常用設(shè)備的轉(zhuǎn)換延遲是當(dāng)前波特率發(fā)送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間。
以上為適應(yīng)ＲＳ４８５總線的特殊之處而采用的工作方式也引入了一些不足。首先，上面提到的兩種總線工作方式在很多對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求高的工業(yè)控制場(chǎng)合有較大的局限性。主要原因是主從式總線的從節(jié)點(diǎn)無(wú)發(fā)起通信的權(quán)利，相互之間的通信需要通過(guò)主節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)。而“輪主輪從”總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)由于等待總線控制權(quán)的時(shí)間未知，實(shí)時(shí)性也無(wú)法保證。同時(shí)，如果主從式的主節(jié)點(diǎn)或者是“輪主輪從”式的獲取令牌的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)總線的工作將癱瘓，風(fēng)險(xiǎn)過(guò)于集中。其次，對(duì)驅(qū)動(dòng)器實(shí)行“發(fā)送態(tài)—高阻態(tài)”切換以及考慮切換延遲等要求使編程變得復(fù)雜。在上電瞬間、ＣＰＵ損壞或者是程序跑飛的情況下，還需要考慮復(fù)雜的故障保護(hù)等問(wèn)題[２]，否則將容易引起總線故障。
２ ＲＳ４８５總線上ＣＳＭＡ／ＣＤ的實(shí)現(xiàn)
為了解決各個(gè)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)獲取總線控制權(quán)的問(wèn)題，人們想到了利用監(jiān)聽(tīng)總線狀態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)總線控制權(quán)的本地判斷和獲取，也就是ＣＳＭＡ／ＣＤ協(xié)議實(shí)際上做的工作[
[1] [2] [3]
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