新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)RS485接口連接和MODBUS通訊協(xié)議

 

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子集成電路技術(shù)的發(fā)展，在樓宇、電信配套設(shè)備中，采用中央集中監(jiān)控已成為必須的要求，因此作為應(yīng)急電源的柴油發(fā)電機(jī)組提供遠(yuǎn)程通信接口成為必備的能力。本文就柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信接口的軟硬件方案進(jìn)行探討；并論述了康明斯柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制器通信接口的硬件、軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了RS485接口硬件和MODBUS協(xié)議軟件設(shè)計(jì)。

 

一、通信接口和通信協(xié)議

 

      目前在智能發(fā)電機(jī)組中，常用的通信接口方式有RS232、RS485、CAN總線及光纖等。

1、RS232接口

      通用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，但由于傳輸距離僅在15M內(nèi)且為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，因此在中央監(jiān)控系統(tǒng)中受到限制，通常需增加接口轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成其它適應(yīng)長距離通信的接口，因此在針對(duì)應(yīng)用于中央監(jiān)控的設(shè)備上，不宜采用該接口。

2、RS485接口

     采用差動(dòng)傳送模式，有效傳輸絡(luò)可達(dá)到1200M，傳送波特率可達(dá)到100KB/S，可以總線方式工作，且接口硬件簡單，在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，適用于數(shù)據(jù)傳輸量不大，實(shí)時(shí)性要求不高的場合。

3、其他模式

      CAN總線、光纖等通信模式，具有高速、長距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，但相應(yīng)硬成本較高，軟件編程復(fù)雜。

      通過上述分析對(duì)比，發(fā)電機(jī)組的通信接口采用RS485最為合適。

 

柴油發(fā)電機(jī)組控制器通訊接口框圖

柴油發(fā)電機(jī)RS485系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

二、硬件設(shè)計(jì)

 

      硬件結(jié)構(gòu)主要由PIC18F8680單片機(jī)RS485總線驅(qū)動(dòng)模塊組成。

（1）PIC18F8680內(nèi)置了一個(gè)的獨(dú)立增強(qiáng)型USART：支持RS-485和RS-232、4個(gè)定時(shí)器模塊等，因此可方便、簡化通信軟件；RS485總線驅(qū)動(dòng)模塊采用MAX1483，MAX1483工作于半雙工模式，內(nèi)部包含一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，在工作時(shí)需要通過使能端來控制“收”和“發(fā)”，將其使能端RE和DE連接到一起，然后接到單片機(jī)的RE4，在軟件中對(duì)RE4置1和0控制MAX1483的“收”和“發(fā)”。

（2）RS485標(biāo)準(zhǔn)采用差分傳輸，本身已具有一定的抗干擾能力，在其傳輸電路上并一個(gè)壓敏元件SA13CA，可有效提高對(duì)高能量電磁干擾的防護(hù)能力。

 

柴油發(fā)電機(jī)RS485主程序流程

柴油發(fā)電機(jī)RS485接收PC端軟件主界面

 

三、通信協(xié)議的制定

 

      MODBUS通信協(xié)議是通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如RS485網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。

1、通訊方式

      MODBUS通信方式為主--從方式，報(bào)文形式為請(qǐng)求/響應(yīng)幀方式。主機(jī)初始化和控制所有在RS485通信回路上傳遞的信息，每次通信均由主機(jī)發(fā)起，不需求握手。主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求幀后，等待從機(jī)返回響應(yīng)幀直至響應(yīng)超時(shí)。對(duì)于廣播報(bào)文不返回響應(yīng)幀。在RS485等允許多個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，只能有一個(gè)從站響應(yīng)主站的請(qǐng)求；所有RS485環(huán)路上的通信都以“打包”方式發(fā)生。一個(gè)包裹中最多可含255個(gè)字節(jié)。組成這個(gè)包裹的字節(jié)構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)異步串行數(shù)據(jù)，并按8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)位的方式傳遞。串行數(shù)據(jù)流由類似于RS232C中使用的設(shè)備產(chǎn)生；主站發(fā)送包裹稱為請(qǐng)求幀，從站發(fā)送包裹稱為響應(yīng)幀。

      MODBUS協(xié)議可以采用ASCII或者RTU兩種數(shù)據(jù)模式傳送數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用RTU模式，在此模式下，發(fā)送消息至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的間隔開始，整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸。

      其中設(shè)備地址用于確定目的站從機(jī)，其在網(wǎng)絡(luò)中各子站的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，有效的從站地址范圍從1～247：MODBUS功能代碼用來命令從設(shè)備響應(yīng)行為，有關(guān)功能碼見表1：CRC(循環(huán)冗長檢測)用于檢測接收到的幀是否錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)使用了功能號(hào)為03、16和06，功能號(hào)為03的用于遙信和遙測，功能號(hào)為06的用于遙控，功能號(hào)為16的用于設(shè)置參數(shù)。

表1    MODBU功能碼

2、通信協(xié)議幀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

（1）功能碼03請(qǐng)求幀：

      起始寄存器地址：期望讀取的寄存器順序序列中的第一個(gè)寄存器地址；

      寄存器數(shù)：期望讀入的寄存器序列的寄存器數(shù)目。

（2）功能碼03響應(yīng)幀：

      字節(jié)數(shù)：隨后寄存器數(shù)據(jù)域的字節(jié)總長度；

      寄存器數(shù)據(jù)(N)：從機(jī)響應(yīng)讀取的N個(gè)寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)，寄存器數(shù)據(jù)以字為單位。

（3）功能碼16請(qǐng)求幀：

      寫入的寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)(N)：主機(jī)寫入從機(jī)的N個(gè)寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)，寄存器數(shù)據(jù)以字為單位。

（4）功能碼16響應(yīng)幀與功能碼03請(qǐng)求幀結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)容與請(qǐng)求幀的對(duì)應(yīng)內(nèi)容相同。

（5）功能碼06請(qǐng)求幀：

      寄存器地址：期望寫入的寄存器地址；

      寫入寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)：主機(jī)寫入從機(jī)單個(gè)寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)，寄存器數(shù)據(jù)以字為單位。功能碼06響應(yīng)幀與功能碼06請(qǐng)求幀相同。

 

柴油發(fā)電機(jī)MODBUS的RS485通信數(shù)據(jù)流圖

柴油發(fā)電機(jī)組RS458通信電路示意圖

 

 

 

四、軟件編程

 

      軟件采用C語言混合匯編語言編制，主要包括初始化程序、USART接收中斷服務(wù)程序、主程序等，程序流程框圖見圖3。USART接收中斷服務(wù)程序主要用于接收來自RS485總線的串行數(shù)據(jù)。在主程序中，當(dāng)檢測到有一幀接收完成標(biāo)志置位，則對(duì)該幀進(jìn)行處理，首先計(jì)算CRC校檢是否正確，若正確再判斷地址域是否為本機(jī)地址，若是本機(jī)地址，則按上位機(jī)的命令組成響應(yīng)幀，并利用發(fā)送中斷發(fā)送響應(yīng)幀。 

初始化程序：

TRISC=0xC0：//設(shè)置C口方向

TRISE=0：// RE4為輸出

PORTEbits.RE4=0：CommTimeOut=0：//用于檢測接收字符時(shí)間間隔

//5ms計(jì)時(shí)器TMR1H=0xEC：TMR1L=0x86;

T¹CON=0x81：//主計(jì)時(shí)器，5ms 

JSTime1=40：//

IPR1bits.TMR1IP=0：//計(jì)時(shí)器中斷低優(yōu)先級(jí)

PIE1bits.TMR1IE=1：使能計(jì)時(shí)器中斷

SPBRG=25：//波特率設(shè)為9600 BPS;

TXSTA=0x24：//使能串口發(fā)送，選擇高速波特率

RCSTA=0x90：//使能串口工作，連續(xù)接收

IPR1bits.RCIP=1：//串口中斷高優(yōu)先級(jí)

IPR1bits.TXIP=1：PIE1bits.RCIE=1：//使能接收中斷

RCONbits.IPEN=1：//使能中斷優(yōu)先級(jí)

INTCONbits.GIEL=1：開放低優(yōu)先級(jí)中斷

INTCONbits.GIEH=1：開放高優(yōu)先級(jí)中斷

USART接收中斷服務(wù)程序

void Highlnt()

｛

OldBsr2=BSR;

BSR=0;

if(PIRIbits.RCIF)//判斷是否為串口接收中斷

｛

CommBuffer[CommPoint]=RCREG：//接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)CommPoint++;

CommTimeOut=2：//接收字符時(shí)間間隔為2*5ms=10ms

｝

if((PIR1bits.TXIF)&&(bRTE))//判斷是否為串口發(fā)送中斷

｛

if(CommPoint>CommTXCounter)//如果發(fā)送完成

｛ PIE1bits.TXIE=0：//禁止發(fā)送中斷PORTEbits.RE4=0：//置接收狀態(tài)CommPoint=0;

｝

else如果發(fā)送未完成

｛

TXREG=CommBuffer[CommPoint];

發(fā)送數(shù)據(jù)

CommPoint++;

｝

｝

BSR=OldBsr2;

｝

定時(shí)中斷服務(wù)程序

void LowInt()

｛

OldBsr1=BSR;

BSR=0;

if(PIRIbits.TMR1IF==1)

｛

PIRIbits.TMR1IF=0;

TMR1H=0xEC;

TMR1L=0x86;

_asm//匯編開始

//通信接收時(shí)間間隔=0轉(zhuǎn)Lab5，不等0就減1：減1后如不等0轉(zhuǎn)Lab5，如等0則TSTFSZ CommTimeOut，1

DECFSZ CommTimeOut，0x1，0x1//BRA Lab5

BCF PIE1，5，0///禁止接收中斷BSF STime2，0，1 //置位一幀接收

完成標(biāo)志，在主程序中處理

MOVFF CommPoint，DataLen //接收字符數(shù)賦值

CLRF CommPoint，1 //

BSF PIE1，5，0//使能接收中斷

Lab5:

endasm//匯編結(jié)束

｝

BSR=OldBsr1;

｝

 

總結(jié)：

      通信協(xié)議是實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備間通信的軟件接口，通用、開放、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，能方便用戶中央集中監(jiān)控軟件的編制。目前，MODUS協(xié)議已成為世界設(shè)備廠家所接受的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此我們采用MODBOS協(xié)議作為康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的通信協(xié)議。采用基于MOSBOS協(xié)議的柴油發(fā)電機(jī)組控制器，由于其硬件簡單，協(xié)議通用、開放的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于樓宇集中監(jiān)控，電信基站，軍隊(duì)設(shè)施等各種場合，得到了客戶認(rèn)可。 

 

 

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