[发明专利]一种基于RS485协议的现场总线通信系统

说明书

技术领域

本发明属于现场总线通信领域，具体涉及一种基于RS485协议的现场总线通信系统。

背景技术

随着电子信息技术的进步，工业自动化控制的信号传输方式已由传统的模拟量或脉冲信号传输发展成为现场总线的数字信号传输。现场总线技术的出现解决了传统通信数据传输容量小、可靠性差等问题;其次，工业控制的核心也由资源冗余的传统CPU架构逐渐转变成系统简洁经济可裁剪的ARM架构，解决了传统控制核心资源冗余，不经济等问题。因此，针对于ARM的嵌入式控制系统开发现场总线通信系统对于研发基于ARM的控制系统有重要的作用，同时对于基于ARM的控制系统的现场总线通信系统也有极大的价值。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于RS485协议的现场总线通信系统，设计并实现了基于物理层、数据链路层和应用层的总线协议，并且在所搭建的硬件平台上实现了总线协议，解决了工业级设备现场互联的通信网络搭建、通信的稳定性、通信的实时性以及通信的灵活性等问题。

本发明提供了一种基于RS485协议的现场总线通信系统，包括工控机核心ARM、主站、从站以及从站扩展子板卡，其中:

所述工控机核心ARM与所述主站通过数据总线、地址总线和读写控制信号线连接，所述工控机核心ARM读取所述主站的FPGA中的缓存数据，并向所述主站的FPGA中写入缓存数据;

所述主站通过RS485通信电缆与所述从站分别相连构成星型网络拓扑结构，所述RS485通信电缆的两端分别通过RS485转换芯片与所述主站和从站相连，所述RS485转换芯片用于对所述主站和从站之间传输的信号进行差分转换后通过所述通信电缆进行传输;

所述从站与所述从站扩展子板卡之间通过数据总线、地址总线和读写控制信号线连接，用于实现所述从站与所述从站扩展子板卡之间的信息交互。

优选地，所述通信系统在数据链路层采用标准串行传输协议，本协议中使用11个字节组成有效数据帧，其中首字节的含义为数据帧含义，中间8个字节表示数据位，末尾2个字节为循环冗余校验码。

优选地，所述RS485通信电缆两端还包括终端匹配电阻，以减少所述通信电缆上的信号反射。

优选地，所述RS485通信电缆加上偏置电阻来防止通信电缆受到干扰。

优选地，所述主站与所述从站之间的通信方式为单机通信，所述主站通过轮询的方式与各从站进行通信。

优选地，所述主站通过轮询的方式与各从站进行通信具体包括:所述主站对通信调度优先级定义四种状态:从站信息扫描、高优先级通信、低优先级通信、中断处理，当主站对所有的从站信息扫描完成后，得到主站与从站间所有通信任务的优先级，然后首先执行高优先级通信任务，高优先级通信任务完成后，执行低优先级通信任务，在预设的实时性周期到来之前，中断低优先级通信任务，当预设的实时性周期到来时，转入执行高优先级通信任务。

优选地，所述主站通过实时调度与所述从站之间进行实时通信。

综上所述，本发明实现了一种基于RS485协议的现场总线通信系统，其优点相对于国际成熟的现场总线通信系统来说，具有系统资源消耗少，底层驱动十分简单等优势，对于工业自动化控制系统来说具有十分可观的应用价值。具体地，本发明的有益效果是:

(1)本发明的物理层协议采用RS485，具有抗干扰性好，性价比高等特点，而且所需要的系统底层驱动也十分简单。

(2)本发明所采用的从站扩展和子板扩展，从两个层次上提高了总线的灵活性，对于用户来说可以用一套装置实现不同的功能。

(3)本发明所支持的单机通信对于通信的稳定性有很大的提高，并且在通讯调度方面采用的是轮询查询的方式，也提高了稳定性而不失灵活性。

(4)本发明所述的总线在数据接收和发送时严格保证了波特率时钟的对准，而且在接收一位数据时进行多次采样，极大程度减小了总线的误码率。

附图说明

图1是本发明的现场总线通信系统示意图;

图2是本发明所构建的优选实施例中的工控机核心ARM的结构示意图;

图3是本发明所构建的优选实施例中主站的结构示意图;

图4是本发明所构建的优选实施例中从站的结构示意图;

图5是本发明所构建的优选实施例中从站扩展子板卡的结构示意图;

图6是本发明的现场总线通信系统的状态机示意图;

图7是本发明实施例的现场总线通信系统的硬件平台;

图8是本发明所构建的优选实施例中的数据帧的结构示意图;