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

 

摘要：隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電子集成電路技術(shù)的發(fā)展，在樓宇、電信配套設備中，采用中央集中監控已成為必須的要求，因此作為應急電源的柴油發(fā)電機組提供遠程通信接口成為必備的能力。本文就柴油發(fā)電機組自動(dòng)控制器實(shí)現遠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)電機組自動(dòng)控制器通信接口的硬件、軟件設計，重點(diǎn)介紹了RS485接口硬件和MODBUS協(xié)議軟件設計。

 

一、通信接口和通信協(xié)議

 

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

1、RS232接口

      通用性強，應用廣泛，但由于傳輸距離僅在15M內且為點(diǎn)對點(diǎn)通信，因此在中央監控系統中受到限制，通常需增加接口轉換器，將其轉換成其它適應長(cháng)距離通信的接口，因此在針對應用于中央監控的設備上，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 )可達到1200M，傳送波特率可達到100KB/S，可以總線(xiàn)方式工作，且接口硬件簡(jiǎn)單，在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應用，適用于數據傳輸量不大，實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。

3、其他模式

      CAN總線(xiàn)、光纖等通信模式，具有高速、長(cháng)距離傳輸的特點(diǎn)，但相應硬成本較高，軟件編程復雜。

      通過(guò)上述分析對比，發(fā)電機組的通信接口采用RS485最為合適。

 

柴油發(fā)電機組控制器通訊接口框圖

柴油發(fā)電機RS485系統結構框圖

二、硬件設計

 

      硬件結構主要由PIC18F8680單片機RS485總線(xiàn)驅動(dòng)模塊組成。

（1）PIC18F8680內置了一個(gè)的獨立增強型USART：支持RS-485和RS-232、4個(gè)定時(shí)器模塊等，因此可方便、簡(jiǎn)化通信軟件；RS485總線(xiàn)驅動(dòng)模塊采用MAX1483，MAX1483工作于半雙工模式，內部包含一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，在工作時(shí)需要通過(guò)使能端來(lái)控制“收”和“發(fā)”，將其使能端RE和DE連接到一起，然后接到單片機的RE4，在軟件中對RE4置1和0控制MAX1483的“收”和“發(fā)”。

（2）RS485標準采用差分傳輸，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，可有效提高對高能量電磁干擾的防護能力。

 

柴油發(fā)電機RS485主程序流程

柴油發(fā)電機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)標準的通信協(xié)議，是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)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))和其它設備之間可以通信，不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行集中監控。

1、通訊方式

      MODBUS通信方式為主--從方式，報文形式為請求/響應幀方式。主機初始化和控制所有在RS485通信回路上傳遞的信息，每次通信均由主機發(fā)起，不需求握手。主機發(fā)出請求幀后，等待從機返回響應幀直至響應超時(shí)。對于廣播報文不返回響應幀。在RS485等允許多個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )中，只能有一個(gè)從站響應主站的請求；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。組成這個(gè)包裹的字節構成標準異步串行數據，并按8位數據位，1位停止位，無(wú)校驗位的方式傳遞。串行數據流由類(lèi)似于RS232C中使用的設備產(chǎn)生；主站發(fā)送包裹稱(chēng)為請求幀，從站發(fā)送包裹稱(chēng)為響應幀。

      MODBUS協(xié)議可以采用ASCII或者RTU兩種數據模式傳送數據。本設計采用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(kāi)始，整個(gè)消息幀必須作為一連續的流傳輸。

      其中設備地址用于確定目的站從機，其在網(wǎng)絡(luò )中各子站的唯一標識號，有效的從站地址范圍從1～247：MODBUS功能代碼用來(lái)命令從設備響應行為，有關(guān)功能碼見(jiàn)表1：CRC(循環(huán)冗長(cháng)檢測)用于檢測接收到的幀是否錯誤。本設計使用了功能號為03、16和06，功能號為03的用于遙信和遙測，功能號為06的用于遙控，功能號為16的用于設置參數。

表1    MODBU功能碼

2、通信協(xié)議幀的數據結構

（1）功能碼03請求幀：

      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：期望讀入的寄存器序列的寄存器數目。

（2）功能碼03響應幀：

      字節數：隨后寄存器數據域的字節總長(cháng)度；

      寄存器數據(N)：從機響應讀取的N個(gè)寄存器內容數據，寄存器數據以字為單位。

（3）功能碼16請求幀：

      寫(xiě)入的寄存器內容數據(N)：主機寫(xiě)入從機的N個(gè)寄存器內容數據，寄存器數據以字為單位。

（4）功能碼16響應幀與功能碼03請求幀結構相同，內容與請求幀的對應內容相同。

（5）功能碼06請求幀：

      寄存器地址：期望寫(xiě)入的寄存器地址；

      寫(xiě)入寄存器內容數據：主機寫(xiě)入從機單個(gè)寄存器內容數據，寄存器數據以字為單位。功能碼06響應幀與功能碼06請求幀相同。

 

柴油發(fā)電機MODBUS的RS485通信數據流圖

柴油發(fā)電機組RS458通信電路示意圖

 

 

 

四、軟件編程

 

      軟件采用C語(yǔ)言混合匯編語(yǔ)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(jiàn)圖3。USART接收中斷服務(wù)程序主要用于接收來(lái)自RS485總線(xiàn)的串行數據。在主程序中，當檢測到有一幀接收完成標志置位，則對該幀進(jìn)行處理，首先計算CRC校檢是否正確，若正確再判斷地址域是否為本機地址，若是本機地址，則按上位機的命令組成響應幀，并利用發(fā)送中斷發(fā)送響應幀。 

初始化程序：

TRISC=0xC0：//設置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計時(shí)器TMR1H=0xEC：TMR1L=0x86;

T¹CON=0x81：//主計時(shí)器，5ms 

JSTime1=40：//

IPR1bits.TMR1IP=0：//計時(shí)器中斷低優(yōu)先級

PIE1bits.TMR1IE=1：使能計時(shí)器中斷

SPBRG=25：//波特率設為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，連續接收

IPR1bits.RCIP=1：//串口中斷高優(yōu)先級

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

RCONbits.IPEN=1：//使能中斷優(yōu)先級

INTCONbits.GIEL=1：開(kāi)放低優(yōu)先級中斷

INTCONbits.GIEH=1：開(kāi)放高優(yōu)先級中斷

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：//接收數據并存儲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)送數據

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(kāi)始

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

完成標志，在主程序中處理

MOVFF CommPoint，DataLen //接收字符數賦值

CLRF CommPoint，1 //

BSF PIE1，5，0//使能接收中斷

Lab5:

endasm//匯編結束

｝

BSR=OldBsr1;

｝

 

總結：

      通信協(xié)議是實(shí)現智能設備間通信的軟件接口，通用、開(kāi)放、標準的通信協(xié)議，能方便用戶(hù)中央集中監控軟件的編制。目前，MODUS協(xié)議已成為世界設備廠(chǎng)家所接受的標準協(xié)議，因此我們采用MODBOS協(xié)議作為康明斯柴油發(fā)電機組的通信協(xié)議。采用基于MOSBOS協(xié)議的柴油發(fā)電機組控制器，由于其硬件簡(jiǎn)單，協(xié)議通用、開(kāi)放的特點(diǎn)，已廣泛應用于樓宇集中監控，電信基站，軍隊設施等各種場(chǎng)合，得到了客戶(hù)認可。 

 

 

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