1、编号： 密级： 内 部 页数：_基于 RS485 接口的 DGL 通信协议（修改）编写：_校对：_审核：_批准：_北 京 华 美 特 科 贸 有 限 公 司二 二 年 十 二 月 六 日1. 前言在常见的数字式磁致伸缩液位计中，多采用 RS485 通信方式。但 RS485 标准仅对物理层接口进行了明确定义，并没有制定通信协议标准。因此，在 RS485 的基础上，派生出很多不同的协议，不同公司均可根据自身需要设计符合实际情况的通信协议。并且，RS485 允许单总线多机通信，如果通信协议设计不好，就会造成相互干扰和总线闭锁等现象。如果在一条总线上挂接不同类型的产品，由于协议不一样，很容易造成误触发
2、，造成总线阻塞，使得不同产品对总线的兼容性很差。随着 RS485 的发展，Modicon 公司提出的 MODBUS 协议逐步得到广泛认可，已在工业领域得到广泛应用。而 MODBUS 的协议规范比较烦琐，并且每字节数据仅用低 4 位（范围：015） ，在信息量相同时，对总线占用时间较长。DGL 协议是根据以上问题提出的一种通信协议。在制定该协议时已充分考虑以下几点要求：a. 兼容于 MODBUS 。也就是说，符合该协议的从机均可挂接到同一总线上。b. 要适应大数据量的通信。如：满足产品在线程序更新的需要(未来功能)。c. 数据传输需稳定可靠。对不确定因素应加入必要的冗错措施。d. 降低总线的占用
3、率，保证数据传输的通畅。2. 协议描述为了兼容其它协议，现做以下定义：通信数据均用 1 字节的 16 进制数表示。从机的地址范围为：0x800xFD，即：MSB=1；命令和数据的数值范围均应控制在 00x7F 之间。即：MSB=0 ，以区别地址和其它数据。液位计的编码地址为：0x820x9F。其初始地址(出厂默认值)为：0x81。罐旁表的编织地址为：0xA20xBF。其初始地址(出厂默认值)为：0xA1。其它地址用于连接其它类型的设备，也可用于液位计、罐区表地址不够时的扩充。液位计的命令范围为：0x010x2F，共 47 条，将分别用于参数设定、实时测量、诊断测试、在线编程等。通信的基本参数为
4、：4800 波特率，1 个起始位，1 个结束位。字节校验为奇校验。本协议的数据包是参照 MODBUS RTU 通信格式编写，并对其进行了部分修改，以提高数据传输的速度。另外，还部分参照了 HART 协议。其具体格式如下：ADDRESS COMMAND Byte Count DATA Check SUM地址 命令 字节数 数据 校验和1 Byte 1 Byte =n, 1 Byte n Byte 1 Byte809F 012F 0010 07F 07F表中，数据的最大字节数为 16 个。也就是说，整个数据包最长为 20 个字节。“校验和”是其前面所有数据异或得到的数值，然后将该数值 MSB 位清
5、零，使其满足 07F的要求。在验证接收数据包的“校验和”是否正确时，可将所有接收数据(包括“校验和”) 进行异或操作，得到的数据应0x80。这是因为，只有“地址”的 MSB=1，所以异或结果的 MSB 也必然等于 1。本协议不支持 MODBUS 中所规定的广播模式。3. 时序安排在上电后，液位计将先延迟 10 秒，等待电源稳定。然后，用 5 秒的时间进行自检和测试数据。接着产品进入待机状态并打开 RS485 通信接口，等待主机的请求。因此，主机应在液位计上电 20秒后，再将液位计置为工作状态，进行测量操作。液位控制器（HMT-900 或 H-1000）主要用于液位计的供电和防爆安全隔离。主机可
6、通过RTS 信号控制（ HMT-900 或 H-1000）供给液位计的电源。当 RTS 有效时，电源将被打开。因此，液位计的电源是可以通过主机软件控制的。在现场应用中，主机软件的工作时序一般应遵循以下几个步骤。1) 在开主机前，并认真检查各相关设备的电源和电缆连接情况。2) 在启动主机软件时，打开相应串行端口。使能 RTS 信号，给液位计上电。3) 软件初始化操作，延迟 20 秒。4) 读液位计的相应参数，然后将液位计置为工作状态。5) 此时，主机可进入正常的轮训、记录、显示、报警等工作。主机软件的主要工作是通过 RS485 总线和各个液位计进行 DGL 格式的数据包通信。因此，通信时序安排的
7、好坏显得很重要。在本协议中，主机只能有 1 个，并完全控制总线，任何从机在没有主机请求时，必需保持接收状态。在设计从机电路时，应保证从机在上电时不能出现对总线的占用( 发送状态)，哪怕是很短的时间。以免增加系统功耗，影响其 “本质安全”性能。虽然主机控制着总线，但在总线空闲状态，主机也应处于接收状态。只有在向指定的从机发送请求数据包时，才进入发送状态。主机的发送接收状态切换由其串口的 DTR 信号控制，可称为MDTR。同样，从机也有一个控制信号，称为 SDTR。当主机 DTR 无效(转换成 TTL 电平，MDTR 为高电平)时，端口处于发送状态。当 DTR 有效(MDTR 为低电平)时，端口处
8、于接收状态。据此，可绘制出数据包传输的时序图如下： 时 刻 ：SDTR12M请 求 数 据 包 T435687应 答 数 据 包在 T1 时刻，主机将 MDTR 置为高电平(DTR 无效) ，准备发送数据。 T2 时刻，主机发送“请求数据包” 。当数据包发送完成(T3 时刻)后，随即要将 MDTR 变为低电平(T4 时刻) ，释放总线，等待接收“应答数据包” 。在相应从机(液位计)接收到正确的“请求数据包”后，就开始准备 “应答数据包” 。经延时，在 T5 时刻，从机将 SDTR 置为高电平，控制总线。然后，在 T6 时刻发送数据包。发送完成(T7时刻) 后，随即将 SDTR 置为低电平，释放
9、总线。这样一次数据包通信就完成了。对以上各时刻的时序要求可以描述为：T2-T1=1.93.5ms, T3-T2=1060ms, T4-T3=13.5ms, T5-T3=818ms, T6-T5=1.93.5ms, T7-T6=1060ms, T8-T7=13.5ms。一次通信的最长时间将控制在 160ms 以内。两次数据包通信的间隔应 20ms 。根据以上描述和规定，我们就可以精确地进行主机和从机的通信控制。并根据可能出现的各种通信错误和故障，进行冗错设计。4. 命令定义命令 0x01 通信协议识别码请求数据： 0byte 应答数据： 3byte 字符串“DGL” 44,47,4C命令 0x0
10、2 地址更改请求数据： 1byte NewAdr-0x80 应答数据： 1byte NewAdr-0x80 注：应答数据中仍保留为原来地址不变命令 0x03, 0x4 保留命令 0x05 读厂家名请求数据： 0byte 应答数据： 10byte 字符串“ALMRT Ltd.”命令 0x06 读产品类型请求数据： 0byte 无应答数据： 8byte DT07浮子数 温度测点 外管类型 测杆材料 安装形式 防爆类型 x x 命令 0x07 读产品杆长请求数据： 0byte 无应答数据： 2byte DT0，DT1基数：2mm，范围：20m，GL= (DT1*128+DT0)*2mm命令 0x08
11、 读温度测点位置请求数据： 0byte 应答数据： 5byte DT04 对应于 VT15 位置相对杆长的百分数（099） 。命令 0x09 读产品序列号请求数据： 0byte 无应答数据： 4byte 具体待定，存于 MCU EEPROM 中。命令 0x0A 读电路和程序的版本号请求数据： 0byte应答数据： 2byte DT0 电路版本 ， DT1 程序版本命令 0x0B 读零点校准参数数据请求数据： 0byte应答数据： 8byte DT07Level1Zero=(DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm DT30, 数据求反命令 0x0F 设置产品工作状态请求数据：
12、1byte DT0=0，产品工作； DT00，产品待机；应答数据： 1byte 和请求数据相同。命令 0x10 读液位 1（Level1 ，油面）数据请求数据： 0byte 应答数据： 3byte DT0, DT1, DT2 分辨率：0.01mm，范围：30mm20m(0x1E8480, DT2=7A, DT1=09, DT0=0)。当 DT2=DT1=DT=0 时，液位下溢出；当 DT2=DT1=DT=7F 时，液位上溢出；Level1=(DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm命令 0x11 读液位 2（Level2 ，界面）数据请求数据： 0byte 应答数据： 3byt
13、e DT0, DT1, DT2 Level2=(DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mm 命令 0x12 读两个液位数据请求数据： 0byte 应答数据： 6byte DT0, DT1, DT2, DT3, DT4, DT5Level1=(DT2*128+DT1)*128+DT0)*0.01mmLevel2=(DT5*128+DT4)*128+DT3)*0.01mm建议：如需读液面 2 的数据时，应采用该命令。这样，可同时得到液位 1 的值，提高了通信速度。命令 0x130x14 保留命令 0x15 读各测杆测点温度(只有一个温度测点)请求数据： 0byte 应答数据： 10b
14、yte DT09分辨率(刻度) ：KD=0.015625(2-6)， 范围：-56130VT1=(DT1*128+DT0)*KD-56，VT2=(DT3*128+DT2) *KD-56， 命令 0x16 保留从以上协议可知，每个通信数据都用 1Byte 的 16 进制数表示，数据包中的地址（ADDRESS）字段长度为 1Byte,当 HT-1000(主机)向 uPSD3200(从机)发送数据时,数据包中的地址（ADDRESS）字段中 MSB 应为 1,因为此时数据包要到达的地址是从机, 从机的地址范围为：0x800xFD，即：MSB=1 。主机 (HT-1000)没有地址（也许理论上应该有）
15、，主从机通信过程是这样的：主机不断发出 4 个字节的数据包（地址，命令，字节数，校验和）去查询从机的测量情况，其中字节数为 0，则没有数据字节，只需 4 个字节就可构成一个数据包。如下：81 16 00 1788 16 00 1E84 16 00 1287 16 00 118F 16 00 19以上 5 个数据包就是主机发往从机的数据包，第一个字节是地址，共有 5 个地址，即发往 5个从机，每发一个数据包，主机会等待从机的回应，然后再发下一个数据包，如果等待超时，则认为通信错误（HT-1000 上会显示 XX 号罐通信错误） 。若有回应，则主机进行数据处理，在友好的人机界面上显示相关测量信息。
16、第二个字节 16 是命令字，16 的具体含义可查询具体命令字信息。第三个 00 代表数据位是零个，第四个字节是校验和。 （这里设计协议的原则是尽可能是通信的字节数变少，减少信息在传输过程中的丢失，当然也要考虑扩展性）一个回应的数据包如下：88 16 08 69 7F 05 7A 3A 02 23 27 43共 12 个字节，再根据字段分一下：88 16 08 69 7F 05 7A 3A 02 23 27 43第一个字节 88 是从机的地址，由于主机采用“发送-等待回应”方式来和从机通信，并且目前只有一个主机，因此，从机发送的数据包中的地址不必是主机地址（除非有多个主机，在理解协议数据包时，数
17、据包中的地址字段应当是发往目的地的地址，但事实上从机回应数据包中的地址是本身的地址，不是目的地主机的地址） ，只需标明自身的地址即可，相当于“这里是 XX 号从机在回答- ”。第二个字节 16 是命令字。第三个字节 08 表示数据段有 8 个字节，接下来的 8 个字节是数据信息，前三个字节 69 7F 05 是油位测量值(69 是数据的最低数值，7F 是次低的数值，05是数据的高位数值)，接着三个字节 7A 3A 02 是水位测量值，数据信息最后两个字节 23 27 是温度测量值，最后一个字节 43 是校验和。0x16 是 DGL 协议里的一条命令，表示取得探棒的油位，水位和温度。在 DGL
18、协议里是这么定义的： P其中：START：起始字节，长度为 1COMM：命令字节：长度为 1NUM：数据字节数DATA：数据，具体含义在每个命令中都有详细定义P:校验位命令 0x17 读实时电路参数 (保留)请求数据： 1byte ; 0 电子仓温度，1 VCC 电压，2 工作状态应答数据： 2byte 命令 0x180x1F 保留命令 0x200x2F 对外保留，用于参数设置、产品测试、程序更新等功能。5. 补充说明上述关于 DGL 协议的规定可保证它和 MODBUS 协议的兼容性。但不保证当这两种协议的设备挂接到同一总线上时，采用 MODBUS 协议的设备之间不会发生冲突。也不保证和下列设备的兼容性：其它协议的从机设备、除 Modicon 公司外标称为 MODBUS 的从机设备。主机通信程序应按照 DGL 协议规定编写。不保证本协议和其它主机设备或软件的兼容性。DGL 协议仅适用于使用 RS485 接口的数字式磁致伸缩液位计。如作为其它用途，在借鉴或引用时，应充分考虑情况不同所带来的风险因素。DGL 协议保留以下从机地址：0x80, 0xA0, 0xC0, 0xFE, 0xFF。在现场安装时应特别注意。控制器发送给中继器的地址如 81、82、等（或包括地址的任何命令） ，回的是 16 进制、每三个字节是一个数据，分别是油、水、温度（是华氏）
