關於RS485總線通信協議開發注意事項
1 前言
近段時間發現我們系統在進行設備組態時，採用的串口複用方式在同一個RS485串口上掛載多個智能設備進行通信、監控。而往往在系統組態的時候就會發現部分設備通信不上，或者工程交付之後出現智能設備經常通信中斷的情況。本文描述RS485總線協議的工作原理，從根本上剖析導致以上問題的根本原因。
2 RS485總線硬件特點
2.1 拓撲結構
RS485總線一般採用1對1和1對多的組網方式，很少有多對多的場合，主要原因是RS485沒有總線仲裁，多對多會導致多個設備在總線上信號衝撞，最終無法正常通信。
2.2 總線掛載能力
RS485的總線掛載能力一般有三種等級，32節點（MAX485）、128節點（MAX1487）、256節點（MAX1483）。
3 RS485總線軟件特點
3.1 交互方式
RS485基本上採用一問一答的交互方式，主設備向從設備發送一條指令，從設備執行指令之後，返回一條應答命令。
特殊情況下，在數據交互不頻繁的場合中，爲了提高反應速度，也有從設備主動向主設備發送數據的用法。
3.2 地址
爲了區分主設備以及多個從設備，在交互的消息幀當中的從設備的地址是必需的，否則無法區分具體的設備。
如果一大堆從設備當中有地址相同的話，將導致通信異常。
3.3 校驗
RS485總線一般具備校驗，主要是因爲通信線路很長，存在干擾的可能性很大，校驗是對數據準確性的必要檢驗手段。
4 協議處理
4.1 幀結構分析
4.1.1 問題
早期485設備的處理器大多采用8爲低速單片機。在協議的解析處理上因資源受限，往往做得不是很完善，導致在多設備組網的情況下，發生通信異常的情況。
4.1.2 有起始符和結束符
SOH | ADDR | LEN | DATA0 | ……… | DATAn | CRC | EOH |
常用的SOH例如0x7E,EOH例如0x0D。
特點是具備特殊定義的起始符和結束符，在接收端很容易判斷是否有接收到完整的數據幀。接收完畢後再進行後處理。後處理包括地址判斷、CRC校驗、以及協議解析。
4.1.3 無起始符
ADDR | LEN | DATA0 | ……… | DATAn | CRC |
因爲沒有起始符，很難判斷是否收到一個完整的數據幀，每收到一個字節都要處理一次。處理起來很痛苦，但是單片機程序恰恰相反，喜歡這麼做。
4.2 接收處理方法。
4.2.1 對於有起始符和結束符的協議來說，很少出問題，畢竟只要通過2個字符就可從總線上獲取一個完整的數據幀。如果總線上掛的設備都是這種協議的設備，很少發生故障。
4.2.2 對於沒有特殊字符的協議幀，處理起來比較麻煩，問題也比較多。
4.2.2.1 方法1
接收到第1個字符之後，就立刻判斷是否與本機地址匹配，如果不是，則停止接收數據，等待一段時間之後再接收。停止接收數據的目的在於丟掉該幀後續的數據。
特點：處理方式簡單，CPU開銷比較少。但是因爲停止接收的時間段一般是固定的且預留得比較寬，有可能在停止接收的這個時間段內收到屬於本機的數據幀，卻沒收到。
4.2.2.2 方法2
收到第1個字符之後，不立即處理，直到接收完整的長度描述符（LEN）後，再根據長度描述符定義的長度，接收完一幀之後再處理。處理包括地址判斷、CRC校驗、以及協議解析等。
特點：能很快的接收到完整的數據包，但是不是本地的數據包也接收進來了，對低端的CPU來說是個壓力。
4.2.2.3 方法3
收到1個字符之後，如果超過多長時間沒有接收到下一個字符，則認爲是數據包結束，對數據進行處理。
特點：和方法2類似，對低端的CPU來說是個壓力。另外的好處就是可以降低處理函數的複雜度，不需要計算數據包的長度，並依次接收。
但是字符超時的時間很難把控，如果雙發都是自己廠家的設備問題不大，如果接了很多品牌的設備，就會出現其他問題。
4.2.2.4 方法4
結合方法2和方法3，對CPU有一定的壓力，但是接收效果最好。響應迅速。
4.2.3 協議解析的錯誤做法
4.2.3.1 有些協議需要回送確認。例如控制檯。
4.2.3.2 有些協議智能在接收到正確的數據包之後才能回送。但是某些設備接收到了非法的數據之後也回送錯誤代碼應答，導致與總線其他廠家設備衝突。
4.3 帶來的問題
4.3.1 對於方法1，停止接收的時間段一般是固定的且預留得比較寬，有可能在停止接收的這個時間段內收到屬於本機的數據幀，卻沒收到。如過總線上數據量大的話，可能會一直存在這種問題，一直通信不上。
4.3.2 對於方法2，接收端是沒有問題的，但是可能會影響到使用了方法1和方法3的設備，因爲方法2接收得快，應答的也快。對於方法1而言，應答的2個數據包緊跟在一起，長度比較長，時間也比較長，有可能接收到中間的部分數據，結果是錯誤的。更嚴重的是，因爲接收到了錯誤的數據，從設備會回送一個錯誤應答，與原有的其他設備的正確數據衝突，導致所有的通信都失敗。
5 解決辦法
5.1 在協議組態的時候，因爲現場設備已經安裝好，並且很多並不是我們廠家的設備，讓其他廠家來配合我們調整程序並不現實，那麼可以通過一下方式來解決這些問題。
5.2 錯開波特率
不同廠家設備之間，使用不同的波特率，且錯開也大越好，例如兩個廠家都支持1200到38400，則一個廠家用最低的，另一個廠家用最高的。
5.3 增加命令之間的間隔時間
5.3.1 在同一個設備當中，需要讀取多條指令才能完成數據的採集，那麼在每條指令之間做個延時（200ms-500ms）。
5.3.2 在不同設備切換時，上述時間可以更長一點（500ms-2S）。
5.3.3 以上時間可以根據現場情況進行適當調整，多次測試，獲取最佳的時間，既要保證可靠的通信，又不能讓系統的響應速度受到明顯的影響。
5.4 歸零
發送指令之前，先清空接收緩衝區，預防累加有其他無效的數據。