半竞争式RS-485总线多主通讯系统及其工作方法

摘要

半竞争式RS-485总线多主通讯系统，涉及一种通讯系统。目前RS-485总线方案，一旦出现冲突，需重新竞争。本发明特征在于：主节点通过第一接口芯片与总线相连，从节点通过第二接口芯片与总线相连，从节点设有同或门电路、双路D型上升沿触发器、或门电路，或门电路输出端、从节点接收信号端与第二接口芯片连接，第二接口芯片与电源正极之间设第一电阻，第二接口芯片与接地端之间设第二电阻；主节点的发送信号端、接收信号端直接与第一接口芯片连接，第一接口芯片通过上拉电阻与电源相接，第一接口芯片通过下拉电阻接地。本发明从硬件着手，对所发送的数据进行监听接收，工作稳定、可靠性高，速度更快。

说明书

技术领域

本发明涉及一个通讯系统。

背景技术

在传统的RS-485总线中，具有一个主节点，和多个从节点。其工作过程如图1所示，通讯总是由主节点发起，从节点收到命令后，得到总线控制权，再向总线上发送信息。发送结束后，总线控制权又归还给主节点。从节点只有在主节点问询时，才能发送数据，因此不能传送告警等紧急数据；从节点间不能互通，只能通过主节点中转，影响速度；为提高从节点的速度，提高系统的实时性，广州华南理工大学自动化科学与工程学院提出了一种实现载波监听多点接入/冲突检测的多主RS-485总线的方案，通过软件方式，其工作流程如图2所示，相应提高了数据传输速度，但其只能检测出总线冲突，不能主动避让，一旦出现冲突，通讯失败，需重新竞争。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供半竞争式RS-485总线多主通讯系统及其工作方法，以实现多主节点间的即可信息互通，提高通讯速度的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

半竞争式RS-485总线多主通讯系统，包括设于总线上的主节点及多个从节点，其特征在于：所述的主节点通过第一接口芯片与总线相连，所述的从节点通过第二接口芯片与总线相连，所述的从节点设有输入端与从节点发送信号端及从节点接收信号端连接的同或门电路、与同或门电路输出端连接的双路D型上升沿触发器、输入端与双路D型上升沿触发器输出端及从节点发送信号端连接的或门电路，或门电路输出端、从节点接收信号端与第二接口芯片连接，第二接口芯片的正极输出端与电源正极之间设第一电阻，第二接口芯片的负极输出端与接地端之间设第二电阻；所述的主节点的发送信号端、接收信号端直接与第一接口芯片连接，第一接口芯片的接收信号引脚通过上拉电阻与电源相接，第一接口芯片的接收和发送使能端引脚通过下拉电阻接地。从节点的发送信号端与接收信号端信号经同或门电路后产生竞争结果信号，相同时竞争结果信号为高，表示发送成功，不同时竞争结果信号为低，表示发送失败；当竞争结果信号为低时，双路D型上升沿触发器输出被置为1，经或门电路后输出为1，第二接口芯片停止发送数据；当总线处于空闲状态时，从节点发送信号端及接收信号端均为高，竞争结果信号为高，处理器从节点的发送信号端发送数据，在第一个下降沿，双路D型上升沿触发器输出为0，此时或门的输出由发送信号端信号决定，当发送信号端信号为0时，第二接口芯片向总线输出0，当发送信号端信号为1时，第二接口芯片处于接收状态，总线由第一电阻和第二电阻维持1的状态。在总线竞争过程中，由于多个从节点同时向总线上发送数据，当同时有“0”、“1”时，即会产生冲突，会造成从节点接口损坏，严重时会导致总线瘫痪，为避免总线冲突，在从节点接口设计时采用类似开漏输出的方式，即从节点接口只向总线上输出“0”信号，“1”信号靠总线上匹配的第一、第二电阻保持，以此避免从节点间的数据冲突。下拉电阻确保第一接口芯片在空闲状态时处于接收状态，释放总线控制权，同时可以从总线上接收数据，当需要向总线发送数据时，通过将第一接口芯片使能端拉高，使第一接口芯片处于发送状态，即可向总线发送数据，此时， 第一接口芯片不接收总线上的数据，上拉电阻确保接收信号始终为高电平，为无数据状态。当主节点与从节点发送冲突时，各节点都有出错重发机制，从节点检测到冲突退出发送，主节点因无法检测冲突一直发送，直至发送成功。由于从节点具有监听功能，使主节点优先于从节点，而从节点之间采用竞争机制。在保证主节点优先的前提下，提高从节点的传输速度。本发明从硬件着手，对所发送的数据进行监听接收，工作稳定、可靠性高，速度更快。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

从节点发送信号端经非门电路后与双路D型上升沿触发器的CLK引脚相连。

半竞争式RS-485总线多主通讯系统工作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）总线上所有从节点始终监听总线，当总线上数据中断时间超过设定字节传输时间，即认为总线处于空闲状态，此时需要发送数据的从节点开始竞争总线；当总线忙碌时，需要发送数据的节点则进行等待直至总线空闲；

2）竞争总线时，发送数据的从节点先向总线上发送地址信息，并并以位为单位进行硬件冲突检测，若同一时刻有“1”“0”发送冲突时，总线只发送“0”信号，发送数据的从节点监听总线上传输的数据，如果与所发送的数据不同，则为竞争失败，退出竞争，停止发送；

3）竞争成功的从节点获得总路线控制权，可以开始发送数据，如果传输中断时间超过设定的字节，即释放总线；

4）当主节点与从节点发送冲突时，从节点都有出错重发机制，从节点检测到冲突退出发送，主节点因无法检测冲突一直发送，直至发送成功，保证主节点优先发送数据，无需延时重发。而本系统中采用硬件冲突检测方式，以位为单位，一旦产生冲突，失败的一方自动退出，得到控制权的一方则可以继续发送数据，保证本次数据正确发送。因此，本系统具有更直接的冲突检测与退出机制，且同时保证主节点可以优先发送数据，无需延时重发机制。

有益效果：本技术方案通过对RS-485控制方式的改进，实现了多主节点间即时的信息互通，控制方式简单可靠，避免了从节点间的总线冲突，具有很高的现场实用价值，在保证主节点优先的前提下，提高从节点的传输速度。 

附图说明

图1是现有的RS-485通讯流程图。

图2是现有具监听功能RS-485工作流程图。

图3是本发明总线结构图。

图4是本发明从节点电路原理结构图。

图5是本发明主节点电路原理结构图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图3、4、5所示，本发明包括设于总线上的主节点及多个从节点，所述的主节点通过第一接口芯片U0与总线相连，所述的从节点通过第二接口芯片U2与总线相连，所述的从节点设有输入端与从节点发送信号端TXD及从节点接收信号端RXD连接的同或门电路U4、与同或门电路U4输出端连接的双路D型上升沿触发器U3A、输入端与双路D型上升沿触发器U3A输出端及从节点发送信号端TXD连接的或门电路U1，或门电路U1输出端、从节点接收信号端RXD与第二接口芯片U2连接，第二接口芯片U2的正极输出端与电源正极之间设第一电阻R2，第二接口芯片U2的负极输出端与接地端之间设第二电阻R3；所述的主节点的发送信号端TXD、接收信号端RXD直接与第一接口芯片U0连接，第一接口芯片的接收信号引脚RO通过上拉电阻R1与电源相接，第一接口芯片的接收和发送的使能端引脚/RE、DE通过下拉电阻R0接地。从节点发送信号端TXD经非门电路U5后与双路D型上升沿触发器U3A的CLK引脚相连。从节点的发送信号端TXD与接收信号与经同或门电路U4后产生竞争结果信号FAIL，相同时竞争结果信号FAIL为高，表示发送成功，不同时竞争结果信号FAIL为低，表示发送失败；当竞争结果信号FAIL为低时，双路D型上升沿触发器U3A输出被置为1，经或门电路U1后输出为1，第二接口芯片U2停止发送数据；当总线处于空闲状态时，从节点发送信号端TXD及接收信号端RXD均为高，竞争结果信号FAIL为高，处理器从节点的发送信号端TXD发送数据，在第一个下降沿，双路D型上升沿触发器U3A输出为0，此时或门的输出由发送信号端TXD信号决定，当发送信号端TXD信号为0时，第二接口芯片U2向总线输出0，当发送信号端TXD信号为1时，第二接口芯片U2处于接收状态，总线由第一电阻R2和第二电阻R3维持1。下拉电阻R2确保第一接口芯片U1在空闲状态时处于接收状态，释放总线控制权，同时可以从总线上接收数据。当需要向总线发送数据时，通过将DIR拉高，使第一接口芯片U1处于发送状态，即可向总线发送数据。此时，第一接口芯片 U1不接收总线上的数据，上拉电阻R1确保接收信号RXD始终为高电平，为无数据状态。

半竞争式RS-485总线多主通讯系统控制方法，包括以下步骤：

1)总线上所有从节点始终监听总线，当总线上数据中断时间超过设定字节传输时间，即认为总线处于空闲状态，此时需要发送数据的从节点开始竞争总线；当总线忙碌时，需要发送数据的节点则进行等待直至总线空闲；

2)竞争总线时，发送数据的从节点先向总线上发送地址信息，并并以位为单位进行硬件冲突检测，若同一时刻有“1”“0”发送冲突时，总线只发送“0”信号，发送数据的从节点监听总线上传输的数据，，如果与所发送的数据不同，则为竞争失败，退出竞争，停止发送；

3)竞争成功的从节点获得总路线控制权，可以开始发送数据，如果传输中断时间超过设定的字节，即释放总线；

4)当主节点与从节点发送冲突时，从节点都有出错重发机制，从节点检测到冲突退出发送，主节点因无法检测冲突一直发送，直至发送成功，保证主节点优先发送数据，无需延时重发。

以上图3、4、5所示的半竞争式RS-485总线多主通讯系统及其工作方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。