淺談RS-485通訊協議

淺談RS-485通訊協議

RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議；因此，用戶需要在RS-485應用網絡的基礎上建立自己的應用層通信協議。

由于RS-485 標準是基于PC 的UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協議也規定了串行數據單元的格式（8-N-1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數據位，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在國內有著非常廣泛的應用，許多領域，比如工業控制、電力通訊、智能樓宇等都經常可以見到具有RS-485 接口電路的設備。但是，這些設備采用的用戶層協議(術語參考自OSI 的7 層結構)都不相同；這些設備之間并不可以直接連接通訊。比如，很多具有RS-485 接口電路的用戶設備采用自己制定的簡單通訊協議，或是直接取自ModBus 協議(AscII/RTU 模式)中的一部分功能；在電力通訊領域，當前國家現在執行的行業標準中，頒布有按設備分類的各種通訊規約，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0 規約和1995 年的IEC60870-5-101 傳輸規約、1997 年的國際101 規約的國內版本DL/T634-1997規約；在電表應用中，國內大多數地區的廠商采用多功能電能表通訊規約(DL/T645-1997)。

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

一、ModBus 協議(RTU 模式)

以下介紹了Modbus RTU 協議的基本構成、主要特點、參數規定；便于我們理解一個通訊協議的基本模式與要求。關于詳細的ModBus 協議，用戶可以從ModBus-IDA 協會 (www.modbus.org) 網站下載具體的內容。

1．查詢—響應周期

ModBus 協議遵循“查詢—響應”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備要執行何種功能。數據段包含了從設備要執行功能的任何附加信息。例如功能代碼03 是要求從設備讀保持寄存器并返回它們的內容。數據段必須包含要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。

（2）響應

如果從設備產生一正常的響應，在響應消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應。數據段包括了從設備收集的資料：象寄存器值或狀態。如果有錯誤發生，功能代碼將被修改以用于指出響應消息是錯誤的，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設備確認消息內容是否可用。

圖1：ModBus 協議的“查詢—響應”模式

2．RTU 模式

RTU模式的格式：

地址

功能代碼

數據數量

數據1

...

數據n

CRC高字節

CRC低字節

當控制器設為在Modbus網絡上以RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit字節包含兩個4Bit的十六進制字符。這種方式的主要優點是：在同樣的波特率下，可比ASCII 方式傳送更多的數據。

代碼系統：

（1）8 位二進制，十六進制數0...9，A...F

（2）消息中的每個8 位域都是一個兩個十六進制字符組成每個字節的位：

a. 1 個起始位；

b. 8 個數據位，最小的有效位先發送；

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(循環冗長檢測)。

3． RTU 幀

使用RTU 模式，消息發送至少要以3.5 個字符時間的停頓間隔開始。在網絡波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現的(如圖 1-24 的T1-T2-T3-T4 所示)。傳輸的第一個域是設備地址。可以使用的傳輸字符是十六進制的0...9,A...F。網絡設備不斷偵測網絡總線，包括停頓間隔時間。當第一個域（地址域）接收到，每個設備都進行譯碼以判斷是否發往自己的。

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定了消息的結束。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的流轉輸。如果在幀完成之前有超過1.5 個字符時間的停頓，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節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 個字符時間內開始，接收的設備將認為它是前一消息的延續。這將導致一個錯誤，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：

起始位	設備地址	功能代碼	數據	CRC校驗	結束符
T1-T2-T3-T4	8Bit	8Bit	n個8Bit	16Bit	T1-T2-T3-T4

4．地址

地址0是用作廣播地址，以使所有的從設備都能認識。當Modbus協議用于更高水平的網絡，廣播可能不允許或以其它方式代替。

5．響應

當從設備響應時，它使用功能代碼域來指示是正常響應(無誤)還是有某種錯誤發生（稱作異議響應）。對正常響應，從設備僅響應相應的功能代碼。對異議響應，從設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：從一個主設備發往從設備的消息要求讀一組保持寄存器，將產生如下功能代碼：

0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制03H）

對正常響應，從設備僅響應同樣的功能代碼。對異議響應，它返回：

1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制83H）

除功能代碼因異議錯誤作了修改外，從設備將一獨特的代碼放到響應消息的數據域中，這能告訴主設備發生了什么錯誤。

主設備應用程序得到異議響應后，典型的處理過程是重發消息，或者診斷發自從設備的消息并報告給操作員。

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

關于詳細的ModBus 協議，用戶可以從ModBus-IDA 協會網站下載具體的協議內容。

二、多功能電能表通訊規約(DL/T645-1997)

國內江蘇、浙江、上海地區的電表廠商采用多功能電能表通訊規約(DL/T645-1997)作為電表的遠程控制通訊協議；這是一個在RS-485 網絡中實現應用的行業標準。

1．通訊字節格式