引言

一個監控系統中如果要同時檢測到控制系統中的各種分散的數據往往是比較困難的，而采用RS-485總線通訊與單片機組成分布式監控系統是一種最佳可行的方案。而多機通訊技術是組成分布式監控系統的關鍵技術之一。作者對設備監控系統進行大量查閱資料并進行了詳細分析，對通訊網進行了較深入的研究，最后通過舞臺燈的軟、硬件聯調和抗干擾試驗，投入現場使用，運行都很良好，因此，試驗驗證了該方法的可行性。

1 系統結構

我們采用PC機或51單片機為主機(雙系統),用AT89C52作為從機模塊，選用MAX487數據通訊接口器件作為通訊接口，構成一個以RS-485接口為通訊總線的分布式網絡，與主機連接的各個從機分別進行相應的舞臺設備的開關量控制，上升、下降等狀態切換，限位信號的處理等工作。各種數據及信號的傳輸都是通過數據通訊總線實現。

2 理論分析

網絡的正常運行與多機聯網的通訊方式、通訊接口標準及多機通訊的總線競爭等都是在研發中必需考慮得的關鍵技術問題。

2.1 通訊方式的選擇

本系統的多機通訊采用的是串行方式。串行通訊分異步和同步。由于異步通訊允許間歇通訊，對于低速通訊(如工業監控系統)來說是理想的。眾所周知，主機上的串行工作方式有4種，方式3是9位波特率可變的異步通訊方式。此方式的第9個數據位和標志位SM2聯合使用時具有識別地址的功能，特別實用于多機通訊。因此，本系統選用了串行通訊方式3。

2.2 通訊接口標準的選擇

目前廣泛使用的串行通訊接口為RS-232C。但RS-232C在分布式監控系統中作為多機通訊使用有以下幾點不足：

1) 數據傳輸率局限于20Kbit/秒，傳輸距離局限于15米。

2)不能避免共模信號在通訊中的干擾。

3)只適用于點對點的通訊，無法用最少的信號線實現多點對多點的通訊。

RS-422(全雙工)和RS-485(半雙工)串行接口總線正是為了克服上述缺點而設計的標準接口。RS-422需要兩對平衡差分信號線，而RS-485只需其中一對，對于多機連接更為便利，因此，選用了RS-485作為聯網的通訊是最佳選擇方案。

2.3 總線競爭的解決方案

在各種分布式集中監控系統中，總線型網絡的通信方式主要是采用主從方式，即系統的通信由主機(上位機)控制通信的主動權，選擇呼叫某一個從機(下位機)進行通信。這種通信方式不會產生總線的競爭，通信協議簡單可靠。主從方式的工作機制確定了它主要適用于從機有經常性的數據需要傳送的場合。在本系統中，有突發性數據需要傳輸(如開關變位，限位信號到達)，而系統又要求對從機的這種突發性數據進行快速響應，這種情況下簡單的主從方式在實現時數據通信可能會丟失。尤其是本系統從機數量比較多，有時會發生兩個或多個從機同時想占用總線的情況。例如，可能在某一時刻有兩個單片機監控的限位信號同時到達，都向主機發送數據，從而產生了總線競爭。不同的總線形式采用了不同的解決方法。作者研發的監控系統主要采用上位機為PC機或51單片機，下位機為51單片機的形式，這也是監控系統中應用最為廣泛的形式，并且降低了成本。以下主要就這種形式的總線，分析兩種解決多機通信中總線競爭問題的方法。

圖1 解決總線競爭的方案1

在圖1中，當從機J有信息主動發送時，將自身的主動發送標志位Fj置1。主機接收到數據后，若校驗正確，則表示無總線競爭情況，發送數據成功;若校驗錯誤，表明可能發生總線競爭，主機查詢從機1。從機1接收到主機查詢命令后，檢驗自身主動發送標志位Fj，若為0，則從機1沒有主動發送數據，主機依次查詢下一從機;若Fj為1，表明從機曾主動發送，要將已發數據再發送一次。主機再次接收到信號，校驗正確后，依次查詢下一從機，直到將從機查詢完畢。

圖2 解決總線競爭方案2

方案二前面步驟同方案一，不同之處是主機校驗從機主動所發的數據，如果數據校驗正確，主機回復從機，表明已正確接收;若校驗錯誤，主機廣播發送信號，請求從機重發數據。因為主機是廣播發送，所以各從機幾乎同時接收到請求信號。沒有主動發送數據的從機不返回信號;而曾主動發送的從機以接收到請求信號為標志，延時j*T后(j為從機的序列號)，重發數據，如圖2所示。在重發數據時，不同的從機延時不同，使得占用總線的時間不重疊，所以不會造成總線競爭。作者在現場調試中，通過調整延時T，即便是在序列號相鄰的從機都重發數據的情況下，也不會發生沖突。而且延時T只有數十ms，整個通訊，從第一次因總線競爭而造成的發送失敗，到主機接收完畢正確的重發信號，不到0.1s。從而既解決了總線競爭問題，也確保了數據的實時傳送，兼顧了系統的實時性和可靠性。

當通訊出現總線競爭時，在方案1中，主機遍查從機，流程簡明，但主機使用查詢方式，被占用了較多資源;方案2采用了從機分時上報的方式，解放了主機的查詢工作，但因為加入延時，需要現場調試找出延時的合理值。本系統為減輕主機的工作負擔，應用了方案2，但方案1在主機資源開銷不大的系統中，可以作為首選。

以上方案通訊結構簡單，軟件易實現，能避免總線競爭引發的數據丟失，特別適用于有突發性數據需要傳輸的多機控制系統中。

3 結束語

通過本項目的研究，作者研制了將RS-485通訊技術構成總線通訊網，并運用于多機監控系統的方法;實現選擇通訊方式、通訊接口的關鍵技術;給出了總線競爭問題的解決方案。本系統投入現場運行時，通訊網絡可靠，達到了預期的效果。