基于ARM9的RTU設計

摘要：提出了一種面向工業現場信號采集和對現場設備控制的新型通用一體化RTU的設計方案。介紹了基于ARM9處理器并采用μC／OS-II實時操作系統的RTU系統設計方法，同時對數據傳輸采用的Modbusi通信協議和硬件功能模塊的設計進行了描述。硬件功能模塊主要包括8路數字量輸入、8路數字量輸出、8路模擬量輸入、RS232通信、RS485通信和以太網通信等模塊。文中還提出了從站RTU的軟件設計方法。與普通RTU相比，該方法具有更大的存儲容量，更強的計算功能，更簡便的編程與開發能力和強大的通信組網能力。
關健詞：信號采集；現場控制；RTU；μC／OS-II；Modbus

0 引言
RTU(Remote Tenninal unit)是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號、工業設備的監測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常具有優良的通訊能力和更大的功能，使得RTU產品在SCADA系統中得列了大量的應用。RTU應用領域寬廣、包括電力系統、給水系統、石油、化工等諸多領域。基于ARM處理器設計的RTU，硬件上具有成本低、體積小、耗電省、處理能力強等優點，軟件上采用μC／OS-II操作系統，有許多優秀的應用程序可以利用。本文將介紹一種基于ARM9和μC／OS-II的RTU硬件、軟件設計方法。

1 RTU系統設計
基于ARM9的新型RTU系統結構如圖1所示。該系統以S3C2440A為主控制器，主要包括數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、RS232通信模塊、RS485通信模塊、以太網通信模塊、存儲器模塊、E2PROM和測溫模塊等等。軟件采用μC／OS-Ⅱ實時多任務操作系統，數據傳輸采用Modbus通信協議，設計了TCP＼IP、RS232、RS485等多種通信方式。

為使該RTU適用于復雜苛刻的環境、滿足工業控制的指標和需求，在各個模塊與MCU之間加上適當的隔離保護器件，同時給各個模塊和MCU供電的部分電源模塊也要選取隔離型的DC-DC電源，還有在主電源端口和通信端口處加上適當的防雷保護電路和ESD保護電路，使得該RTU各個模塊之間基本上互不干擾，更能適用于惡劣的環境。
1．1 主控制器的選擇
RTU的處理芯片采用S3C2440A，S3C2440A的內核為ARM920T，并且片內集成了RS232、RS485、SPI、IIC、通用I／O口等外圍設備接口，并具有低價格、低功耗、高性能等特點，能夠滿足多種通信協議，如Modbus等通信協議。