3.5. Связь контроллеров с внешней асу
Программируемый контроллер УМКА-03, координирующий работу приводов вентилятора и дымососа и подачу газа, а также теплосчётчик Эталон-ВКТ-5 на базе двух расходомеров Эталон-РМ и тепловычислителя ВКТ-5, который производит проверку на случай прекращения движения теплоносителя через котёл, используют для связи с внешней АСУ выделенный канал последовательного интерфейса RS-485 с протоколом Modbus RTU.
Modbus — протокол, работающий по принципу «клиент-сервер». Он может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-232, а также сети TCP/IP.
В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) — его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» — отрицательна (Рис.3.1).
Рис.3.1. Наглядный пример принципа дифференциальной передачи данных
Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе.
Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель — дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.
Так выглядит типичная
посылка, от Ведущего — Ведомому
(Рис.3.2).
Рис.3.2.
Так выглядит ответ
Ведомого — Ведущему (Рис.3.3).
Рис.3.3.
ID — Адрес ведомого устройства. Он может иметь значения от 1 до 247. Адрес 0 используется для широковещательной передачи, его распознаёт каждое устройство, адреса в диапазоне 248…255 — зарезервированы.
Команда (код функции): в данном примере одна, на чтение 0x03. Но в действительности их намного больше.
Все коды функций делятся на:
— Публичные коды, описанные в стандарте MODBUS-IDA. Их список включает уже назначенные и используемые коды, а также коды для будущего использования;
— User-Defined Function Codes (65-72, 100-110) — коды, которые могут использоваться компаниями для собственных функций, и не описаны в спецификации;
— Reserved Function Codes (9, 10, 13, 14, 41, 42, 43, 90, 91, 125, 126 и 127) — зарезервированы коды, которые не доступны для общего использования.
(0x02) — чтение значений из нескольких дискретных входов (Read Discrete Inputs).
(0x03) — чтение значений из нескольких регистров хранения (Read Holding Registers).
(0x04) — чтение значений из нескольких регистров ввода (Read Input Registers).
(0x05) — запись значения одного флага (Force Single Coil).
(0x06) — запись значения в один регистр хранения (Preset Single Register).
(0x07) — Чтение сигналов состояния (Read Exception Status).
(0x0F) — запись значений в несколько регистров флагов (Force Multiple Coils).
(0x10) — запись значений в несколько регистров хранения (Preset Multiple Registers).
(0x16) — запись в один регистр хранения с использованием маски «И» и маски «ИЛИ» (Mask Write Register).
(0x18) — Чтение данных из очереди (Read FIFO Queue).
(0x14) — Чтение из файла (Read File Record).
(0x15) — Запись в файл (Write File Record).
(0x08) — Диагностика (Diagnostic).
(0x0B) — Чтение счетчика событий (Get Com Event Counter).
(0x0C) — Чтение журнала событий (Get Com Event Log).
(0x11) — Чтение информации об устройстве (Report Slave ID).
(0x2B) — Encapsulated Interface Transport.
Обработка ошибок
Ведущий отправляет запрос к Ведомому, в котором в поле «код функции» указывает ему на необходимое действие. Байты данных содержат информацию, необходимую для выполнения данной функции.
Ведомый, в случае удачного выполнения этой функции, повторяет код функции в ответе. При возникновении ошибки, код функции в ответе модифицируется — старший бит выставляется в 1. В байтах данных передается причина ошибки. Например при исполнении Ведомым функции 0x0F возникла ошибка, тогда он ответит Ведущему полем функции равным 0x8F.
В дополнении к изменению кода функции, Ведомый размещает в поле данных уникальный код, который указывает на тип и причину ошибки.
CRC-16, циклически избыточный код.
Полином:
Для расчета есть два метода:
Простой
uint16_t GetCRC16(byte *buf, uint8_t len) { uint16_t crc; crc = 0xFFFF; while(len--) { crc = crctable[((crc>>8)^*buf++)&0xFF] ^ (crc<<8); } crc ^= 0xFFFF; return crc; }
Табличный
const uint8_t auchCRCHi[256]= { 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x01, 0xC0, 0x80, 0x41, 0x00, 0xC1, 0x81, 0x40 }; const uint8_t auchCRCLo[256]= { 0x00, 0xC0, 0xC1, 0x01, 0xC3, 0x03, 0x02, 0xC2, 0xC6, 0x06, 0x07, 0xC7, 0x05, 0xC5, 0xC4, 0x04, 0xCC, 0x0C, 0x0D, 0xCD, 0x0F, 0xCF, 0xCE, 0x0E, 0x0A, 0xCA, 0xCB, 0x0B, 0xC9, 0x09, 0x08, 0xC8, 0xD8, 0x18, 0x19, 0xD9, 0x1B, 0xDB, 0xDA, 0x1A, 0x1E, 0xDE, 0xDF, 0x1F, 0xDD, 0x1D, 0x1C, 0xDC, 0x14, 0xD4, 0xD5, 0x15, 0xD7, 0x17, 0x16, 0xD6, 0xD2, 0x12, 0x13, 0xD3, 0x11, 0xD1, 0xD0, 0x10, 0xF0, 0x30, 0x31, 0xF1, 0x33, 0xF3, 0xF2, 0x32, 0x36, 0xF6, 0xF7, 0x37, 0xF5, 0x35, 0x34, 0xF4, 0x3C, 0xFC, 0xFD, 0x3D, 0xFF, 0x3F, 0x3E, 0xFE, 0xFA, 0x3A, 0x3B, 0xFB, 0x39, 0xF9, 0xF8, 0x38, 0x28, 0xE8, 0xE9, 0x29, 0xEB, 0x2B, 0x2A, 0xEA, 0xEE, 0x2E, 0x2F, 0xEF, 0x2D, 0xED, 0xEC, 0x2C, 0xE4, 0x24, 0x25, 0xE5, 0x27, 0xE7, 0xE6, 0x26, 0x22, 0xE2, 0xE3, 0x23, 0xE1, 0x21, 0x20, 0xE0, 0xA0, 0x60, 0x61, 0xA1, 0x63, 0xA3, 0xA2, 0x62, 0x66, 0xA6, 0xA7, 0x67, 0xA5, 0x65, 0x64, 0xA4, 0x6C, 0xAC, 0xAD, 0x6D, 0xAF, 0x6F, 0x6E, 0xAE, 0xAA, 0x6A, 0x6B, 0xAB, 0x69, 0xA9, 0xA8, 0x68, 0x78, 0xB8, 0xB9, 0x79, 0xBB, 0x7B, 0x7A, 0xBA, 0xBE, 0x7E, 0x7F, 0xBF, 0x7D, 0xBD, 0xBC, 0x7C, 0xB4, 0x74, 0x75, 0xB5, 0x77, 0xB7, 0xB6, 0x76, 0x72, 0xB2, 0xB3, 0x73, 0xB1, 0x71, 0x70, 0xB0, 0x50, 0x90, 0x91, 0x51, 0x93, 0x53, 0x52, 0x92, 0x96, 0x56, 0x57, 0x97, 0x55, 0x95, 0x94, 0x54, 0x9C, 0x5C, 0x5D, 0x9D, 0x5F, 0x9F, 0x9E, 0x5E, 0x5A, 0x9A, 0x9B, 0x5B, 0x99, 0x59, 0x58, 0x98, 0x88, 0x48, 0x49, 0x89, 0x4B, 0x8B, 0x8A, 0x4A, 0x4E, 0x8E, 0x8F, 0x4F, 0x8D, 0x4D, 0x4C, 0x8C, 0x44, 0x84, 0x85, 0x45, 0x87, 0x47, 0x46, 0x86, 0x82, 0x42, 0x43, 0x83, 0x41, 0x81, 0x80, 0x40 }; uint16_t CRC16(uint8_t *p, uint16_t len) { uint8_t crc_hi; uint8_t crc_lo; uint8_t n; if (len>256U) { return (0); } n = (uint8_t)len; crc_hi = 0xFF; // high byte of CRC initialized crc_lo = 0xFF; // low byte of CRC initialized do { uint8_t i = crc_hi ^ *p++; // will index into CRC lookup table crc_hi = crc_lo ^ (uint8_t)(&auchCRCHi[i]); // calculate the CRC crc_lo = (uint8_t)(&auchCRCLo[i]); } while (--n); // pass through message buffer (max 256 items) return ((crc_hi << 8) | crc_lo); }
Использование табличной функции unsigned char mess[3] = {1,108,8}; volatile unsigned short res1 = CRC16(&mess,3); res1 будет равен 0x0СС6 при подстановке в конце команды менять местами старший и младший байты не надо. Эта функция при занесении значения в res1 автоматически меняет местами старший и младший байты.
Рис.3.4. Выводы RE-DE-DI
Как указано в DATASHEET на ADM485, для работы на прием выводы RE-DE-DI должны быть в 0, тогда на выводе RO появляются принятые данные. Для работы на передачу — все противоположно, но данные следует слать на DI (Рис.3.4).
Простая функция приема
void USART1_IRQHandler(void) { uint16_t temp; if((Modbus_Progress_Status == M_STAT_REC_ON)|| (Modbus_Progress_Status == M_STAT_CLEAR)) { Modbus_Data[Modbus_Count_Byte] = USART1->DR; Modbus_Count_Byte ++; if(Modbus_Count_Byte >= LENGTH_PACK) { if(Modbus_Data[0] == MY_ID) { temp = Modbus_Data[7]; temp = temp<<8; temp |= Modbus_Data[6]; if(CRC_calc(Modbus_Data,9)==temp) { Modbus_Progress_Status = M_STAT_TRAN_ON; Modbus_Count_Byte =0; USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RE; USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RXNEIE; Modbus_Send(); }; }}}}
Ответ выглядит примерно так
void Modbus_Send(void) { uint16_t crc; uint8_t i; USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RE; USART1->CR1 &=~ USART_CR1_RXNEIE; Modbus_DataTX[0]= ID; Modbus_DataTX[1]= COMMAND_READ; Modbus_DataTX[2]= LENGTH_REDE; Modbus_DataTX[3]= Param1L; Modbus_DataTX[4]= Param1H; Modbus_DataTX[5]= Param2L; Modbus_DataTX[6]= Param1H; .... Modbus_DataTX[21]= Param21L; Modbus_DataTX[22]= Param21H; crc = CRC(Modbus_DataTX, 23); Modbus_DataTX[23]= (crc & 0x00FF); Modbus_DataTX[24]= (crc >>8); Modbus_Transmit_Select(); for(i=0; i<LENGTH_PACK_REDE; i++) { USART_Transmit(Modbus_DataTX[i]); } USART1->CR1 &=~ USART_CR1_TE; Modbus_Receive_Select();// Тут очищаем флаги Modbus_Data_TransLength = 0; Modbus_Progress_Status = M_STAT_CLEAR; Modbus_Progress_Status = 0; Modbus_Count_Byte = 0; Modbus_Count_TransByte =0; USART1->CR1 |= USART_CR1_RE; USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; }
Все интервалы организованы на прерываниях. Сообщение должно начинаться и заканчиваться интервалом тишины, длительностью не менее 3,5 символов. Во время передачи сообщения не должно быть пауз длительностью более 1,5 символов. Для скоростей более 19200 бод допускается использовать интервалы 1,75 и 0,75 мс, соответственно.