专利名称：：一种485总线式监控系统及其高可扩展性方法
技术领域：
：本发明涉及一种485总线式监控系统的灵活配置方法，通过支持节点热拔插的技术实现系统的高可扩展性。技术背景在多节点的工业监控领域，485总线系统是比较常用的低成本的解决方案。虽然比起CAN总线支持竞争性数据传输的的数据链路层协议，485总线仅仅停留在物理层的规范上，显得简陋不堪，但其低成本、设计简单的优势使它依然拥有广泛的应用。485总线结构最大的弱点就在于总线的独占性。485仅支持一主多从的总线结构，总线上只能有一个主设备，多个从设备挂接在总线上。在同一时刻，只有-个设备可以占用总线发送数据，其他设备只能接收数据，因此，从设备之间不能直接通讯，而要经过主设备做为中转；同时，从设备和主设备间的通讯也必须由主设备发起。这给多节点监控系统的应用带来了极大的不便当系统中加入新节点时，通讯必须由主设备发起，而主设备却无法知道有新设备加入，要使新设备进入正常的工作，必须修改主设备和新设备两端的驱动程序，来达成对新设备的识别；当从设备发生损坏被替换或总线拓扑结构发生改变时，同样需要对收发两端的驱动程序进行修改。这相当于用人工方式来通知主设备系统结构的变化，在监控现场，这是非常繁琐而不切实际的。人们需要的是一种简便灵活的系统扩展方式，485设备可以自由的加入或撤出系统，而不需要负载的设置。现有的技术使用两种方法解决这个问题。第一种方法是对485接口电路加以改造，设计总线占用检测模块，可对总线占用状态进行检测，若总线被占用，则等待一段时间后继续检测，若总线空闲则发送数据。这实际上是使一主多从的非竞争式的总线访问方式改变为多主结构的竞争式访问方式。它的问题是第一，增加了电路的设计难度，提高了成本；第二，当节点数目少，通讯不频繁的情况下，这种方式会有不错的效果，但是在节点数目多，通讯密度大的情形下，就增加了总线冲突和等待的次数和时间，导致降低系统的工作效率，而且这种效率的降低程度是不可预知的。第二种方法是保持一主多从的非竞争式访问方式，在485从设备加入系统时，由主设备对它进行识别和系统配置，实现即插即用。这种方法是比较合理和理想的，但在目前的技术实现方法中有一个前提，即主设备事先必须知道从设备的固定代码，在此基础上对从设备进行识别和配置。这就存在一个瓶颈，即当系统扩容或设备损坏、更换新设备时，主设备就不能对从设备进行自动识别和配置了。因此是一台主机对应若干已知设备的应用，扩展性并不强。
发明内容本发明提出了一种485总线式监控系统及其高可扩展性方法，木发明的方法是按以下方式实现的，设备包括主设备节点和从设备节点，在不需要进行额外人工配置的情况下，主设备节点可对从设备节点的加入和退出系统进行监管；从设备节点的数量也可以灵活的增加或减少，进行热拔插，不必考虑设备地址的冲突和主设备节点对其识别的问题。实现了485总线式监控系统中被控节点的可高扩展性和适应性。主设备节点和从设备节点均使用等效于1/4标准负载的485接口芯片MAX487，采用固定波特率进行通讯，系统的最大节点容量为128个。主设备节点置有可视化监控软件和存储器，可对从设备节点的状态进行监控，记录并存储其数据参数。所有节点的485总线收发模块都设有保护电路，利用稳压二极管的反向击穿电压对485接口芯片进行保护。从设备节点内部采用E2PR0M保存节点地址信息，该地址出厂设置为0。当主设备节点为其分配了新地址后，将初始地址0覆盖。从设备节点还设计有一位复位开关，分为Reset和Normal两档。当开关处于Reset档时，节点地址恢复出厂设置，当处于Normal档时，为正常操作状态。该复位开关使节点可以不受地址限制，自由灵活的加入或撤出总线。从节点还设有LED数码显示管，可显示该节点的状态和地址信息，增强系统的易用性。主设备节点采用如下方式实现从设备节点的自动探测和地址分配a)所有从设备节点的初始地址为O;b)主设备节点地址固定为128，其以一定时间间隔对从设备节点进行轮询，轮询的地址范围是0—127。c)当新节点加入总线后，会收到来自主设备节点的探询，从设备节点予以回应。d)主设备节点得知有新设备加入，则为该设备重新分配新地址；产生新地址的算法为，取地址1一127中未被使用的最小的数值作为新设备的地址。同时，将该地址加入已知设备列表。e)从设备节点不能主动发起通讯，而是由主设备节点不断对其进行轮询，若从设备节点未回应，则表明其处于关闭状态或已经撤出总线。其中，已知设备列表定义为当前挂接在485总线上的所有已知设备的地址的集合。当从设备节点关闭时，主设备节点的监控软件会提示该设备处于离线的不可用状态；当从设备节点被撤出总线，即物理断开时，需要在主设备节点的软件中手动将该设备删除，该设备的地址也被从已知设备地址列表中删除。图l485总线监控系统结构示意图；图2从设备节点结构示意图；图3主设备节点程序流程图；图4从设备节点程序流程图。具体实施方式如图1所示，本发明提出的高可扩展性方法即基于这种一主多从、非竞争式的总线访问方式。主节点一般是计算机，也可以是嵌入式设备，内置有系统配套的监控软件。若是计算机，则需配套RS485转RS232接口模块，连接在机箱背面的DB9插槽上。本实施方案采用计算机，较为简单，不用做复杂的开发。系统节点间的通讯采用固定波特率9600bps，即满足了一定的通讯速度，又保证了数据的稳定性。从节点的结构参见图2:核心控制芯片采用单片机AT89S52，具有内置FLASH存储器，可存放从节点端的驱动程序。外接陶瓷晶体Y1与内部振荡电路产生单片机的时钟信号，该信号也是产生波特率的时钟源，为了产生精确波特率，晶体Y1使用9600的整数倍11.0592MHZ;U3是一个I2C接口的E2PROM，用于存放该节点设备的参数信息，最重要的是存放设备地址，该地址在设备出厂时被初始化为O;U7是485总线收发器，采用1/4标准负载的MAX487，系统理论容量为128个节点。MAX487将单片机的RS232格式数据与RS485制式进行接口转换。在一般情况下，从节点保持接收数据的状态，关闭发送驱动器，即操作单片机的P1.6口EN=0，而当从节点收到主节点的命令，需要发送回执信息时，改变MAX487为发送状态，即EN=1;在总线上，电路采取了支持热拔插的保护措施4个稳压二极管提供过压保护，两个2.4Q限流电阻为总线提供过流保护，这些措施避免了在进行设备带电拔插时瞬间过流和高压对接口芯片造成损害；Sl是一个复位开关，用来对从节点设备进行模式选择，从节点设备仅有的两个模式为复位模式和正常模式；图中数码管驱动模块是单片机对3位数码管进行驱动的电路，显示范围是00(Tl27,用以增加系统易用性。参照图3，可知主节点的工作流程为(1)从内存中读取已知设备列表，得知当前系统中有多少节点挂接在总线上。并根据已知设备列表的地址排列规则，计算出该些设备的地址范围。已知设备的地址范围是，最小为l，最大127。(2)轮询已知节点，得知其工作状态，是否在线。(3)探测未知节点，即新加入的节点，未知节点地址为初始值0。若发现新节点，则为该节点分配新地址，新地址的值为1一127中尚未使用的最小值，并将该地址和节点信息加入已知设备列表。(4)检査是否有删除节点的操作，该操作为用户用鼠标或键盘输入的命令，用于将节点永久移除系统时的操作。参照图4，可知从节点的工作流程为(1)读取复位开关的值，节电了解自身所处的状态。若复位开关处于Reset档，则说明自身尚未被主节点探测到，初始地址为0。此时单片机输出驱动数码管显示'000，；若复位开关处于Normal档，表明该节点是一个已知节点。(2)从E2PR0M中读取节点自身在总线监控系统中地址。(3)主程序以串口中断的方式接受来自主机的数据。可设置一个标志位recflag,在串口中断中改变recflag的值若经判断收到主机的有效命令，则recflag=1;否则recflag清0。程序在主循环中检查reeflag的值，当recflag=1，即收到主机命令时，判断命令类型，若为地址设置命令时，则设置该节点的新地址，并存储到E2PR0M中；若为其它命令，则执行其它操作。当从节点成功地设置了新地址时，单片机输出驱动数码管显示当前地址。(4)完成设置，从节点进入正常工作状态，将复位开关拨至Normal档。通讯协议采用如下格式0x55OxAA地址命令代码<参数:其中，0x55和0xAA为同步字；地址为数据目的端的地址；命令代码即操作类型；参数可以是命令所带的参数，也可以是数据，校验方式采用校验和。实施例主节点发送的命令类型和相应代码可采取表中设置<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种485总线式监控系统及其高可扩展性方法，包括主设备节点和从设备节点，其特征在于，在不需要进行额外人工配置的情况下主设备节点对从设备节点的加入和退出系统进行监管；从设备节点的数量灵活的增加或减少或进行热拔插，不需要考虑设备地址的冲突和主设备节点对其识别的问题，从而实现485总线式监控系统中被控节点的可高扩展性和适应性。2、根据权利要求1所述的方法，主设备节点和从设备节点之间采用固定波特率进行通讯，该设置固化在设备的应用程序中，主设备节点和从设备节点均使用等效于1/4标准负载的485接口芯片MAX487，485总线系统的最大节点容量为128个。3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主设备节点置有可视化监控软件和存储器，可对从设备节点的状态进行监控，记录并存储其数据参数。4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所有节点的485总线收发模块利用稳压二极管的反向击穿电压对485接口芯片进行保护。5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主设备节点采用如下方式实现从设备节点的自动探测和地址分配a)所有从设备节点的初始地址为0;b)主设备节点地址固定为128，其以一定时间间隔对从设备节点进行轮询，轮询的地址范围是0—127;c)当新节点加入485总线后，会收到来自主设备节点的探询，从设备节点予以回应；d)主设备节点得知有新设备加入，则为该设备重新分配新地址；产生新地址的算法为，取地址1127中未被使用的最小的数值作为新设备的地址。同时，将该地址加入已知设备列表。e)从设备节点不能主动发起通讯，而是由主设备节点不断对其进行轮询，若从设备节点未回应，则表明其处于关闭状态或已经撤出总线。6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，己知设备列表定义为当前挂接在485总线上的所有已知设备的地址的集合，当从设备节点关闭时，主设备节点的监控软件会提示该设备处于离线的不可用状态；当从设备节点被撤出总线即物理断开时，需要在主设备节点的软件中手动将该设备删除，该设备的地址也将从已知设备地址列表中消失。7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，从设备节点内部采用E2PR0M保存节点地址信息，该地址出厂设置为0，当主设备节点为其分配了新地址后，将初始地址0覆盖，从设备节点还设计有一位复位开关，分为Reset和Normal两档，当开关处于Reset档时，节点地址恢复出厂设置，当处于Normal档时，为正常操作状态，该复位开关使节点不受地址限制，自由灵活的加入或撤出总线。8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从设备节点设有LED数码显示管，可显示该节点的状态和地址信息，增强了系统的易用性。全文摘要本发明公开了一种485总线式监控系统及其高可扩展性方法，包括主设备节点和从设备节点，在不需要进行额外人工配置的情况下主设备节点对从设备节点的加入和退出系统进行监管；从设备节点的数量灵活的增加或减少或进行热拔插，不需要考虑设备地址的冲突和主设备节点对其识别的问题，从而实现485总线式监控系统中被控节点的可高扩展性和适应性。本发明的方法解决了485总线监控系统中节点配置不方便，系统扩展性不强的弱点。文档编号H04L12/40GK101404604SQ200810158569公开日2009年4月8日申请日期2008年11月3日优先权日2008年11月3日发明者超李,王守昊申请人:浪潮电子信息产业股份有限公司