淺談RS-485通訊協(xié)議

RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議；因此，用戶需要在RS-485應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。

由于RS-485 標(biāo)準(zhǔn)是基于PC 的UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（8-N-1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇(ODD)/偶(EVEN)校驗位，1/2 位邏輯1 的停止位。

目前，RS-485在國內(nèi)有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S-485 接口電路的設(shè)備。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議(術(shù)語參考自O(shè)SI 的7 層結(jié)構(gòu))都不相同；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。比如，很多具有RS-485 接口電路的用戶設(shè)備采用自己制定的簡單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus 協(xié)議(AscII/RTU 模式)中的一部分功能；在電力通訊領(lǐng)域，當(dāng)前國家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，頒布有按設(shè)備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0 規(guī)約和1995 年的IEC60870-5-101 傳輸規(guī)約、1997 年的國際101 規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634-1997規(guī)約；在電表應(yīng)用中，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)。

下面將分別對ModBus 協(xié)議(RTU 模式)、多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)進(jìn)行簡單介紹，便于大家對應(yīng)用層通信協(xié)議有一個基本的概念與理解。

一、ModBus 協(xié)議(RTU 模式)

以下介紹了Modbus RTU 協(xié)議的基本構(gòu)成、主要特點、參數(shù)規(guī)定；便于我們理解一個通訊協(xié)議的基本模式與要求。關(guān)于詳細(xì)的ModBus 協(xié)議，用戶可以從ModBus-IDA 協(xié)會 (www.modbus.org) 網(wǎng)站下載具體的內(nèi)容。

1．查詢—響應(yīng)周期

ModBus 協(xié)議遵循“查詢—響應(yīng)”模式，如圖 1-23 所示。

（1）查詢：

查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03 是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。

（2）響應(yīng)

如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的響應(yīng)，在響應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的資料：象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。

圖1：ModBus 協(xié)議的“查詢—響應(yīng)”模式

2．RTU 模式

RTU模式的格式：

當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

代碼系統(tǒng)：

（1）8 位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0...9，A...F

（2）消息中的每個8 位域都是一個兩個十六進(jìn)制字符組成每個字節(jié)的位：

a. 1 個起始位；

b. 8 個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送；

c. 1 個奇偶校驗位，無校驗則無；

d. 1 個停止位（有校驗時），2 個Bit（無校驗時）；

（3）錯誤檢測域：CRC(循環(huán)冗長檢測)。

3． RTU 幀

使用RTU 模式，消息發(fā)送至少要以3.5 個字符時間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現(xiàn)的(如圖 1-24 的T1-T2-T3-T4 所示)。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時間。當(dāng)?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設(shè)備都進(jìn)行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。

在最后一個傳輸字符之后，一個至少3.5 個字符時間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個新的消息可在此停頓后開始。

整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過1.5 個字符時間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。同樣地，如果一個新消息在小于3.5 個字符時間內(nèi)開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個錯誤，因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。一典型的RTU消息幀如下所示：

4． 地址

地址0是用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識。當(dāng)Modbus協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。

5． 響應(yīng)

當(dāng)從設(shè)備響應(yīng)時，它使用功能代碼域來指示是正常響應(yīng)(無誤)還是有某種錯誤發(fā)生（稱作異議響應(yīng)）。對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議響應(yīng)，從設(shè)備返回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1。例如：從一個主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼：

0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制03H）

對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。對異議響應(yīng)，它返回：

1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制83H）

除功能代碼因異議錯誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯誤。

主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議響應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)自從設(shè)備的消息并報告給操作員。

從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設(shè)備必須用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的行為。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。例如，如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器（功能代碼03），數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。如果主設(shè)備寫一組從設(shè)備的寄存器（功能代碼10十六進(jìn)制），數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量，數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。

關(guān)于詳細(xì)的ModBus 協(xié)議，用戶可以從ModBus-IDA 協(xié)會網(wǎng)站下載具體的協(xié)議內(nèi)容。

二、多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)

國內(nèi)江蘇、浙江、上海地區(qū)的電表廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)作為電表的遠(yuǎn)程控制通訊協(xié)議；這是一個在RS-485 網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1．通訊字節(jié)格式

傳送方向從低到高位，一個起始位、一個停止位、一個偶校驗位、8 位數(shù)據(jù)位，總共11位。
2．通訊幀格式

地址域A0～A5：當(dāng)?shù)刂肺?99999999999H 時，為廣播地址，同時當(dāng)從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時，地址域相同時應(yīng)響應(yīng)命令，取得總線控制權(quán)，當(dāng)響應(yīng)命令之后，應(yīng)把總線控制權(quán)歸還給主控器。

命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。

校驗碼：幀開始各個字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計溢出值。

前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送1 個或多個字節(jié)FEH，以喚醒接收方。

數(shù)據(jù)域：發(fā)送時數(shù)據(jù)加33H，接收時數(shù)據(jù)減33H。

用戶可以在國家標(biāo)準(zhǔn)計量局，或技術(shù)監(jiān)督部門查詢關(guān)于多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)獲取更多在RS-485 網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)的通訊規(guī)約的具體內(nèi)容。

來源：雨飛工作室

審核編輯：湯梓紅