ADOD0D1…DXCRC1CRC2

　　說明：

　　ADO：目標(biāo)地址，即站點地址（或稱網(wǎng)絡(luò)設(shè)備地址）。

　　D0－DX：報文內(nèi)容，X最大為255，（不含CRC1，CRC2）

　　CRC1，CRC2：CRC校驗結(jié)果。Modbus－RTU協(xié)議采用CRC－16（16位循環(huán)冗余校驗碼）校驗方法，包含16位二進(jìn)制。CRC校驗碼由發(fā)送端計算，放置于發(fā)送信息的尾部。接收端重新計算接收到的信息的校驗碼，并與接收到的校驗碼相比較，如果二者不相符，則表明通訊出錯。

　　2．2主要通訊過程描述

　　首先PC機每隔一段時間掃描主站一次，若通訊無異常主站向PC機發(fā)送應(yīng)答碼；同理主站空閑時，也是每隔一段時間依次掃描從站，若通訊無異常從站向主站發(fā)送應(yīng)答碼。而且主站通過優(yōu)先級優(yōu)先接收PC機發(fā)送的報文，這樣可以防止PC機和從站數(shù)據(jù)包的混亂。主站傳遞PC機發(fā)向站點的通訊命令報文或者主站發(fā)送掃描報文，站點接收到命令報文信息后，首先判斷目標(biāo)地址代碼，若目標(biāo)地址與本站點地址不一致則站點回到中斷以前狀態(tài)，若地址一致則繼續(xù)判斷命令代碼，根據(jù)命令代碼進(jìn)行相應(yīng)的操作。通訊過程詳細(xì)介紹如下。

　　2．2．1主站掃描從站

　　主站首先向目標(biāo)從站發(fā)送掃描碼，從站接收到掃描碼后向主站回發(fā)應(yīng)答碼，主站接收到從站的應(yīng)答碼后即完成對一目標(biāo)從站的掃描。主站通過依次掃描所有目標(biāo)從站來維持整個通訊系統(tǒng)的正常運行。

　　主站－－＞從站掃描碼

　　從站－－＞主站應(yīng)答碼

　　注：PC機掃描主站于此相同。

　　2．2．2主站向目標(biāo)從站下傳數(shù)據(jù)

　　主站在掃描任一目標(biāo)從站前會檢查數(shù)據(jù)下傳緩沖區(qū)。若有待傳送數(shù)據(jù)報，則會將前一條報文發(fā)送出去，從站接收到報文后向主站發(fā)送應(yīng)答碼，主站接收到應(yīng)答碼后完成數(shù)據(jù)報文的傳送。

　　主站－－＞從站數(shù)據(jù)

　　從站－－＞主站應(yīng)答碼

　　2．2．3從站向主站上傳數(shù)據(jù)

　　從站向主站的數(shù)據(jù)傳送是被動的。從站在接收到主站的掃描碼后會檢查上傳緩沖區(qū)，若有數(shù)據(jù)報要發(fā)送，則會將數(shù)據(jù)報上傳給主站，主站在接收到數(shù)據(jù)報后繼續(xù)發(fā)送確認(rèn)碼給該從站。

　　主站－－＞從站掃描

　　從站－－＞主站數(shù)據(jù)

　　主站－－＞從站確認(rèn)碼

　　從站－－＞主站應(yīng)答碼

　　2．2．4通訊異常檢測

　　主站向某一從站發(fā)送報文（掃描碼或數(shù)據(jù)報文）后會偵聽從站的響應(yīng)，若在規(guī)定的時間內(nèi)接收到了從站的報文（應(yīng)答碼或數(shù)據(jù)報文），則認(rèn)為對該站的通訊是正常的；若在規(guī)定的時間段內(nèi)沒有接收到該從站到正常響應(yīng)報文，主站會重新發(fā)送同一條報文，若連續(xù)3次發(fā)送都沒有接收到從站的正常響應(yīng)報文，就認(rèn)為主站同該從站的通訊發(fā)生了異常。

　　2．2．5廣播報文

　　主站可以向所有從站發(fā)送廣播報文，廣播報文的目的地址為0xf5。從站接收到廣播報文后不能向主站發(fā)送應(yīng)答碼或數(shù)據(jù)報。

　　2．2．6獲取從站狀態(tài)信息

　　從站在檢測到狀態(tài)改變時會記錄狀態(tài)改變信息，在主站掃描到從站時將狀態(tài)改變信息上傳到主站，主戰(zhàn)將報文添加到轉(zhuǎn)發(fā)報文緩沖區(qū)等待傳送到上位機，上位機接收后向主站發(fā)送確認(rèn)碼，主站收到確認(rèn)碼后轉(zhuǎn)發(fā)到從站。

　　主站在系統(tǒng)啟動時會向所有從站發(fā)送狀態(tài)請求廣播報文，從站收到狀態(tài)請求廣播報文后準(zhǔn)備狀態(tài)信息報文，在主站掃描到從站時將狀態(tài)信息報文上傳到主站。

　　2．2．7時間同步

　　主站在系統(tǒng)啟動時會向所有從站發(fā)送時間同步廣播報文，從站在收到時間同步廣播報文后根據(jù)設(shè)置報文內(nèi)容調(diào)整時鐘。

　　從站在上電運行后準(zhǔn)備請求時間同步報文，在主站掃描到從站時將報文上傳到主站，主站接收到請求時間同步報文后，即刻將本地時間以時間同步報文的形式發(fā)送到請求從站，從站接收到時間同步報文后，根據(jù)報文內(nèi)容調(diào)整時鐘。

　　2．2．8上位機發(fā)送數(shù)據(jù)到從站

　　PC－－＞主站數(shù)據(jù)包

　　若主站掃描狀態(tài)恰好為等待數(shù)據(jù)回應(yīng)，則將數(shù)據(jù)暫時放到掃描發(fā)送緩存區(qū)，并等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢；否則向PC回應(yīng)主站忙。

　　主站－－＞從站數(shù)據(jù)包

　　從站－－＞主站確認(rèn)碼

　　若收到應(yīng)答碼，向PC回應(yīng)發(fā)送成功，否則回應(yīng)發(fā)送失敗

　　主站－－＞PC確認(rèn)碼

　　下一PC數(shù)據(jù)

　　下一數(shù)據(jù)－－＞主站

　　或完成碼－－＞主站

　　完成碼－－＞從站

　　2．2．9從站提交數(shù)據(jù)到上位機

　　主站掃描子站時，子站將數(shù)據(jù)包發(fā)送到主站，主站轉(zhuǎn)發(fā)到上位機，上位機收到后發(fā)送數(shù)據(jù)收到確認(rèn)包到主站，主站收到確認(rèn)包后轉(zhuǎn)發(fā)到從站。從站未收到確認(rèn)包，不會進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的上傳。在規(guī)定時間內(nèi)未收到確認(rèn)包認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送失敗。

　　主站－－＞從站掃描碼

　　從站－－＞主站數(shù)據(jù)

　　主站－－＞PCFLASH存儲器中數(shù)據(jù)

　　PC－－＞主站確認(rèn)碼（放入FLASH存儲器）

　　主站－－＞從站確認(rèn)碼

　　從站－－＞主站應(yīng)答碼

　　3軟件實現(xiàn)

　　主站主要完成2個功能：對各節(jié)點進(jìn)行掃描以獲取并保存各節(jié)點的通信狀態(tài)；對上位機與各從站之間的報文進(jìn)行可靠轉(zhuǎn)發(fā)。軟件流程如圖2所示，系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化操作，主要包括設(shè)置串口、定時器，開啟開門狗，配置芯片引腳等內(nèi)容。

　　系統(tǒng)初始化成功后，主站向上位機請求從站配置信息，主要包括從站數(shù)量、各從站的地址、各從站配置情況即從站為啟用還是閑置狀態(tài)。

　　從站配置信息請求成功后，主站開始對各從站進(jìn)行掃描，并對掃描中產(chǎn)生的從站報文進(jìn)行處理。每掃描完一個從站，主站都會去查看有無來自上位機的報文，并對報文進(jìn)行適當(dāng)處理。當(dāng)經(jīng)過一定時間間隔后主站再去掃描下一個從站。

　　其中，在來自上位機的報文中，有的報文是需要轉(zhuǎn)發(fā)給某個從站的，在掃描期間來自從站的報文中，有的也是需要轉(zhuǎn)發(fā)給上位機的。只有合理設(shè)計轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，才能既保證報文的可靠傳輸，又不致于使系統(tǒng)實時性明顯變差或產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)堵塞。本系統(tǒng)將來自上位機的報文分為3類：第1類是上位機直接傳給主站的，主站收到這類報文，進(jìn)行簡單回復(fù)，這次通信完成；第2類是上位機發(fā)給某個從站并且需要得到從站回復(fù)信息的，這時候需要主站將報文轉(zhuǎn)發(fā)給此從站，并將此從站的回復(fù)信息再轉(zhuǎn)發(fā)給上位機；第3類是上位機發(fā)給某從站但不需要回復(fù)的，這時主站將報文傳給此從站，但不需要等待從站的回復(fù)信息，這次通信完成。同理，在掃描過程中，對從站產(chǎn)生的報文的處理也分為類似3種，具體處理過程如圖2所示。

　　圖2主程序流程圖

　　本控制系統(tǒng)的設(shè)計中，由于主站的使用，一方面，上位機不再承擔(dān)對眾多從站的輪詢工作，使其擁有了更多的CPU資源進(jìn)行快速響應(yīng)、處理人機交互與日志存儲等事件，順暢完成眾多動畫的播放，提高了系統(tǒng)的事件處理與響應(yīng)能力；另一方面，在傳統(tǒng)的主從式RS485通信網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)某根通信線由于意外或者人為原因造成短接或斷路后，可能導(dǎo)致整個通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，主站的使用，使得原本連接在同一網(wǎng)絡(luò)上的上百個從站分成幾個相對獨立的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，將不會對其他網(wǎng)絡(luò)的通信造成影響。同時，由于主站可以脫離上位機單獨對各從站進(jìn)行掃描并實時獲取各從站的當(dāng)前狀態(tài)，如果上位機需要從某種故障中恢復(fù)并進(jìn)行重新啟動，它可以直接從主站中快速獲取整個系統(tǒng)中所有從站的當(dāng)前狀態(tài)，主站還可以根據(jù)掃描從站數(shù)的多少，自動調(diào)整掃描時間間隔，在保證系統(tǒng)響應(yīng)的前提下降低通信故障率，提高系統(tǒng)可靠性與安全性。

　　4結(jié)語

　　本文詳細(xì)論述了基于Modbus協(xié)議的RS485總線通訊機設(shè)計原理。雖然此主站的增加會使系統(tǒng)成本稍有上升，但它不僅可以使上位機從繁忙的通信工作中解放出來，更好地完成人機交互、數(shù)據(jù)處理、動畫播放等任務(wù)，而且還能夠提高系統(tǒng)獨立性，加快系統(tǒng)從故障中恢復(fù)的速度，有效地提高系統(tǒng)的可靠性、安全性。本設(shè)計已成功應(yīng)用于某監(jiān)獄門禁控制系統(tǒng)，實踐證明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、故障率低、操作方便、安全可靠