一种串行Modbus扩展通信的方法
【专利摘要】本发明提供一种串行Modbus扩展通信的方法，串行Modbus扩展通信支持的物理层与串行Modbus标准通信相同的物理层；设备在进入串行Modbus扩展通信模式后，采用64bit地址字段进行通信；串行Modbus扩展通信支持单播、广播无应答、广播有应答三种通信模式；从站进入串行Modbus扩展通信模式后，在未接收到新指令超时后自动退出串行Modbus扩展通信模式，或通过EXIT强制退出命令强制退出串行Modbus扩展通信模式。本发明的串行Modbus扩展通信的方法能够使得设备在Modbus地址未初始化或出现冲突时，还能与Modbus设备进行通信，可以枚举出无故障在线的所有从站，方便在线对串行Modbus网络进行故障诊断、安装、调试；可以方便设备的资产管理和问题跟踪。
【专利说明】-种串行Mo化US扩展通信的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信的【技术领域】，特别是涉及一种串行Mo化US扩展通信的方法。
【背景技术】
[0002] 串行Mo化US协议是国际标准的现场通信总线的一种。当在一 Mo化US网络上通信 时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产 生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Mo化US协议发出。在其它网络上， 包含了 Mo化US协议的消息转换为在此网络上使用的峽或包结构。该种转换也扩展了根据 具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。
[0003] 由于具有实现方式简单、实现成本较低、支持的厂商及设备多等优点，串行Mo化US 协议在楼宇控制、工业现场控制等领域有着广泛的应用。
[0004] 然而，串行Mo化US协议本身具有一定的局限性，例如必须采用主从方式、寻址空 间只有8bit。该就要求一条总线上的设备具有唯一的8bit地址（实际只能使用0?247)， 否则会造成通信异常。由于地址只有8bit，通常只能在现场设置，因此，串行Mo化US协议具 有设置不便、容易冲突等缺陷。
[0005] 现有技术中，地址设置方式通常采用W下方法：
[0006] (1)拨码开关的方法
[0007] 该方法设计简单，但存在拨码开关本身质量不是很可靠的问题；同时，由于拨码开 关需要占用一定的PCB及外壳开窗，对一些小型化的产品不是很适用。
[000引 （2)独立编程的方法
[0009] 该方法须采用电脑或专用的编程器，且只连接待设置的一个设备，并对其设置地 址。不足之处是需要设备脱离总线进行地址的设置。
[0010] 扣选中编程的方法
[0011] 该方法通常采用电脑作为主站连接待设置设备所在总线，电脑发送设置地址的广 播指令，只有被选中的设备才会响应。因此，通常采用设备上额外的按键设置设备处于选中 状态。
[0012] 综上所述，现有技术虽然已经可W解决初始安装时串行Mcxlbus地址的设置问题， 但在运维过程中，对于诊断、定位和修复Mcxlbus总线地址冲突等异常问题的解决还是比较 繁琐和低效的。例如在无法准确定位故障设备前，可能需要采用尝试法逐个将设备脱离总 线来进行定位和排除故障，从而导致操作繁琐，效率低下的问题。
【发明内容】
[0013] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种串行Mcxlbus扩展通 信的方法，能够实现串行Mcxlbus总线出现异常时的故障诊断、定位和修复，也便于串行 Mo化US总线安装时的地址等参数的初始化设置工作。
[0014] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种串行Mo化US扩展通信的方法， 串行Mo化US扩展通信支持的物理层与串行Mo化US标准通信相同的物理层；设备在进入串 行Mo化US扩展通信模式后，采用64bit地址字段进行通信；串行Mo化US扩展通信支持单 播、广播无应答、广播有应答H种通信模式；从站进入串行Mo化US扩展通信模式后，在未接 收到新指令超时后自动退出串行Mo化US扩展通信模式，或通过EX口强制退出命令强制退 出串行Mcxlbus扩展通信模式。
[0015] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：串行链路的Mo化US峽的协议数据 单元由地址字段、功能码、数据和校验域组成。
[0016] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：串行Mo化US扩展通信的地址字段 为64bit，有效地址为0?OxFFFF FFFF FFFF FFF0,其中0为广播地址，其余为保留地址。
[0017] 根据上述的串行Mcxlbus扩展通信的方法，其中：地址字段由8bit的地址长度和不 定长度的地址组成；所述地址为出厂设置的全球唯一的地址或产品序列号。
[0018] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：
[0019] 所述单播模式下，主站寻址单个从站，从站接收并处理完请求之后，向主站返回一 个报文；
[0020] 所述广播无应答模式下，主站向所有从站发送写请求，从站不应答；
[0021] 所述广播有应答模式下，主站向所有从站发送读请求，每个从站都应答。
[0022] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：在Mo化US扩展通信模式下，不响 应标准Modbus中贞。
[0023] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：触发串行Mo化US扩展通信模式的 方式为；主站按固定间隔发送两次串行模式初始化命令，如从站确认收到两次初始化命令， 并且中间无其它数据，则进入串行Mo化US扩展通信模式，其中从站无应答。
[0024] 根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：串行Mo化US扩展通信模式的自动 退出方式为；在从站进入串行Mcxlbus扩展通信模式后，从站自动开启一个倒计时定时器； 从站每次收到串行Mo化US扩展通信指令时重置倒计时定时器；当倒计时定时器的计时到 达时，自动退出扩展通信模式，其中从站无应答。
[00巧]根据上述的串行Mo化US扩展通信的方法，其中：所述广播有应答模式包括W下内 容：
[0026] 主站向所有从站发送有应答的广播命令；
[0027] 从站在接收到有应答的广播命令后，处于随机等待时间Trandom ;
[002引等待Trandom时间后，从站执行检测发言动作，检测总线是否空闲；
[0029] 如从站检测到总线空闲则发送一个发言声明峽；从站再等待Tcheck时间用于确 认总线是否空闲；如Tcheck时间内总线空闲，则从站发送应答峽；如Tcheck时间内检测到 数据，则从站重新随机等待Trandom时间；
[0030] 如从站未检测到总线空闲，则继续等待Trandom时间；如从站在等待Trandom时间 后检测到最近Tidle时间内总线被占用，则继续等待，直至Tidle时间内总线为空闲的，从 站再发送一个发言声明巾贞；
[0031] 主站在总线空闲Ttimeout后可W发送下一条有应答的广播命令。
[0032] 根据上述的串行Mcxlbus扩展通信的方法，其中：主站自动设置所有从站的地址 时，包括W下步骤：
[0033] 步骤S71、主站发送进入串行Mo化us扩展通信模式的初始化命令至从站；
[0034] 步骤S72、主站等待Tdelay时间；
[00巧]步骤S73、主站再次发送进入串行Mo化US扩展通信模式的初始化命令至从站；
[0036] 步骤S74、主站发送读取参数命令功能的枚举地址命令至从站；
[0037] 步骤S75、主站循环读取从站的64bit地址；
[0038] 步骤S76、主站等待Ttimeout时间，确保主站下次发送数据前，所有从站数据已发 送数据完毕，总线空闲；
[0039] 步骤S77、主站按顺序设置从站Mo化US地址；
[0040] 步骤S78、主站发送EX口强制退出命令退出串行Mo化US扩展通信模式。
[0041] 如上所述，本发明的串行Mcxlbus扩展通信的方法，具有W下有益效果：
[0042] (1)能够使得设备在Mo化US地址未初始化或出现冲突时，还能与Mo化US设备进行 通信，方便在线对串行Mcxlbus网络进行故障诊断、安装、调试，无需物理上脱离网络；
[0043] (2)支持串行Mo化US扩展通信模式的设备可W方便地将Mo化US地址与设备全球 唯一的地址相对应，上层应用程序无需扩展地址；
[0044] (3)可W方便设备的资产管理和问题跟踪。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 图1显示为本发明的串行Mo化US扩展通信系统的结构示意图；
[0046] 图2显示为本发明的串行链路的Mo化US峽中协议数据单元的结构示意图；
[0047] 图3显示为本发明的串行Mo化US扩展通信地址字段；
[0048] 图4显示为本发明的单播模式的主/从站通信时序图；
[0049] 图5显示为本发明的广播无应答模式的主/从站通信时序图；
[0050] 图6显示为本发明的广播有应答模式的主/从站通信时序图；
[0051] 图7显示为本发明的自动设置从站地址流程图。
【具体实施方式】
[0052] W下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的具体实 施方式加W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0053] 需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本发明的基本构想， 遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘 制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可 能更为复杂。
[0054] 本发明的串行Mo化US扩展通信的方法包括W下内容：
[0055] (1)串行Mo化US扩展通信支持的物理层与串行Mo化US标准通信佑B/T 19582. 2-2008)相同的物理层。
[0056] 具体地，串行Mo化US扩展通信采用与串行Mo化US标准通信相同的物理层，安装 EIA/TIA-485(也称RS485标准）进行电气接口。该RS485标准允许标准"两线配置"的点 对点和多点系统，此外一些设备可W实现"四线配置"RS485接口。
[0057] 与串行Mo化US标准系统一样，在串行Mo化US扩展通信系统中，同一时间只能有一 个主站设备和一个或几个从站设备在一个无源串行链路上进行通信。每台设备可W直接接 到干线电缆上，或经分支电缆连接到一个无源分支器，或经专用电缆连接到一个有源分支 器。典型的串行Mo化US扩展通信系统的拓扑图如图1所示。其中，Master为主站、Slave 为从站、Passive Tap为无源分支器、Active Tap为有源分支器。ITr为干线接口，W及级 干线之间的接口。IDv为分支接口，设备和无源分支器间的接口。AUI为附属单元接口，W 及设备和有源分支器间的接口。LT为终端匹配电阻。
[005引串行Mo化US扩展通信的通信峽格式与串行Mo化US标准的通信峽格式类似。如图 2所示，串行Mo化US扩展通信链路的Mo化US峽的协议数据单元（PDU)由地址字段、功能码、 数据、校验域组成。
[0059] (2)设备在进入串行Mo化US扩展通信模式后，采用64bit地址字段进行通信。
[0060] 具体地，与串行Mcxlbus标准通信只有8bit的地址字段不同，本发明的地址字段由 8bit的地址长度和不定长度的地址组成，如图3所示。优选地，串行Mcxlbus扩展通信的地 址字段为64bit，有效地址为0?OxFFFF FFFF FFFF FFF0,其中0为广播地址，其余为保留 地址。其中，地址为出厂设置的全球唯一的地址或产品序列号
[0061] (3)串行Mo化US扩展通信支持单播、广播无应答、广播有应答H种通信模式。
[0062] 串行Mo化US扩展通信在串行Mo化US标准通信的单播模式和广播无应答模式外， 还支持广播有应答通信模式。下面详细介绍一下上述H种通信模式：
[0063] A、单播模式
[0064] 主站寻址单个从站（地址1?OxFFFF FFFF FFFF FFF0)，从站接收并处理完请求 之后，向主站返回一个报文（即一个"应答"）。其中，单播模式的主/从站通信时序图如图 4所示。
[0065] B、广播无应答模式
[0066] 主站向所有从站（地址为0)发送写请求，从站不应答。其中，广播无应答模式的 主/从站通信时序图如图5所示。
[0067] C、广播有应答模式
[0068] 主站向所有从站（地址为0)发送读请求，每个从站都应答。在广播有应答模式下 进行通信时，为兼顾效率和解决通信冲突问题，本发明采用了如图6所示的载波侦听和冲 突检测通信机制发送应答数据。具体地，广播有应答模式包括W下内容：
[0069] 1)主站向所有从站发送有应答的广播命令。
[0070] 2)从站在接收到有应答的广播命令后，处于随机等待时间Trandom(例如，10-64 个字节的传输时间）。
[0071] 3)等待Trandom时间后从站执行检测发言动作，检测总线是否空闲。
[0072] 4)如从站检测到总线空闲则发送一个发言声明峽；从站再等待Tcheck时间（例 如，3个字节的传输时间）用于确认总线是否空闲；如Tcheck时间内总线空闲，则从站发送 应答巾贞；如Tcheck时间内检测到数据，则从站重新随机等待化andom时间。
[0073] 本发明的发言声明峽采用7个字节，主站无需回复，发言声明峽格式如表1所示。
[0074] 其中，检测总线空闲类似于先进先出（FIFO)机制。假设有一个定时器，定时间隔 为当前通信速率下一个字节通信所需花费的时间。假设Tidle的时间为10个字节传输 所需花费的时间，定时器会定时刷新前10个时刻的总线状态。因此，Tidle的结束时间与 Trandom的结束时间相同。检测总线空闲就是查看在从Tramdon结束算起向前倒退Tidle 时间内总线是否空闲，只要查看定时器刷新的10个寄存器是否全为空闲即可。
[0075] 表1、发言声明巾贞格式
[0076]
【权利要求】
1. 一种串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于，包括： 串行Modbus扩展通信支持的物理层与串行Modbus标准通信相同的物理层； 设备在进入串行Modbus扩展通信模式后，采用64bit地址字段进行通信； 串行Modbus扩展通信支持单播、广播无应答、广播有应答三种通信模式； 从站进入串行Modbus扩展通信模式后，在未接收到新指令超时后自动退出串行 Modbus扩展通信模式，或通过EXIT强制退出命令强制退出串行Modbus扩展通信模式。
2. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：串行链路的 Modbus帧的协议数据单元由地址字段、功能码、数据和校验域组成。
3. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：串行Modbus扩 展通信的地址字段为64bit，有效地址为0?OxFFFF FFFF FFFF FFF0,其中0为广播地址， 其余为保留地址。
4. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：地址字段由8bit 的地址长度和不定长度的地址组成；所述地址为出厂设置的全球唯一的地址或产品序列 号。
5. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于： 所述单播模式下，主站寻址单个从站，从站接收并处理完请求之后，向主站返回一个报 文； 所述广播无应答模式下，主站向所有从站发送写请求，从站不应答； 所述广播有应答模式下，主站向所有从站发送读请求，每个从站都应答。
6. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：在Modbus扩展 通信模式下，不响应标准Modbus中贞。
7. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：触发串行Modbus 扩展通信模式的方式为：主站按固定间隔发送两次串行模式初始化命令，如从站确认收到 两次初始化命令，并且中间无其它数据，则进入串行Modbus扩展通信模式，其中从站无应 答。
8. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：串行Modbus扩 展通信模式的自动退出方式为：在从站进入串行Modbus扩展通信模式后，从站自动开启一 个倒计时定时器；从站每次收到串行Modbus扩展通信指令时重置倒计时定时器；当倒计时 定时器的计时到达时，自动退出扩展通信模式，其中从站无应答。
9. 根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：所述广播有应答 模式包括以下内容： 主站向所有从站发送有应答的广播命令； 从站在接收到有应答的广播命令后，处于随机等待时间Trandom ; 等待Trandom时间后，从站执行检测发言动作，检测总线是否空闲； 如从站检测到总线空闲则发送一个发言声明帧；从站再等待Tcheck时间用于确认总 线是否空闲；如Tcheck时间内总线空闲，则从站发送应答帧；如Tcheck时间内检测到数 据，贝1J从站重新随机等待Trandom时间； 如从站未检测到总线空闲，则继续等待Trandom时间；如从站在等待Trandom时间后检 测到最近Tidle时间内总线被占用，则继续等待，直至Tidle时间内总线为空闲的，从站再 发送一个发言声明巾贞； 主站在总线空闲Ttimeout后可以发送下一条有应答的广播命令。
10.根据权利要求1所述的串行Modbus扩展通信的方法，其特征在于：主站自动设置 所有从站的地址时，包括以下步骤： 步骤S71、主站发送进入串行Modbus扩展通信模式的初始化命令至从站； 步骤S72、主站等待Tdelay时间； 步骤S73、主站再次发送进入串行Modbus扩展通信模式的初始化命令至从站； 步骤S74、主站发送读取参数命令功能的枚举地址命令至从站； 步骤S75、主站循环读取从站的64bit地址； 步骤S76、主站等待Ttimeout时间，确保主站下次发送数据前，所有从站数据已发送数 据完毕，总线空闲； 步骤S77、主站按顺序设置从站Modbus地址； 步骤S78、主站发送EXIT强制退出命令退出串行Modbus扩展通信模式。
【文档编号】H04L1/22GK104486182SQ201410707374
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】黄东 申请人:上海华冠电子设备有限责任公司