基于MODBUS無線總線測控系統

圖2 ARM與外圍器件連接圖

2)活動模式

ShockBurst RX模式。數據接收模式。

ShockBurst TX模式。數據發送模式。

nRF905與ARM之間端口可以直接連接，如圖2所示。

3 軟件設計

1)MODBUS總線通訊協議的設計

ModBus協議是目前主流現場總線協議之一。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程，如何回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格式和內容的公共格式。當在ModBus網絡上通信時，此協議決定了每個控制器需要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用ModBus協議發出。

控制器通信使用主一從技術，本系統主設備：主機；從設備：分機。主機可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。ModBus協議建立了主設備查詢的格式：設備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發送的數據、一錯誤檢測域。從設備回應消息也由ModBus協議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發生一錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立一錯誤消息并把它作為回應發送出去。

ModBus有兩種傳輸模式：ASCII模式，RTU模式。ASCII或RTU模式僅適用于標準的ModBus網絡，它定義了在這些網絡上連續傳輸的消息段的每一位，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。本系統則使用RTU模式，采用這種模式的特點是在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數據。

2)nRF905的接口及軟件設計

nRF905所有的配置都是通過SPI口進行的，菲利蒲的ARM芯片系列具有一個硬件SPI(SerialPeripheral Interface)口，它是一個同步、全雙工串行接口，最大數據位速率為時鐘速率的1／8。SPI的設置必須要符合NRF905的SPI時序要求，否則會出現不可預測的錯誤。通過分析nRF905的SPI讀寫時序圖，可知SPI數據和時鐘的相位關系是:SCK高電平有效，第一個數據在第一個SCK上升沿之前被驅動，在SCK下降沿驅動下一個數據，數據在SCK上升沿被采樣。

為了能讓NRF905正常工作，則必須要對它的RF狀態寄存器進行配置，并且主機與分機收發模塊的RF狀態寄存器中的配置需一致，這樣兩者之間才能正常建立通信。

3)主機軟件設計

主機的功能是:通過發送ModBus命令控制各前端數據采集裝置(分機)工作，并對采集回的數據進行計算和顯示，在點陣液晶顯示屏上繪出各采樣點的波形。

主機程序使用的是任務不可剝奪的任務循環檢測機制。初始化完成后，程序進入主循環(消息環)，循環檢測不同的事件標志位。如有事件觸發，執行相應的任務，完成后返回主循環，等待下一次的事件觸發。

4)分機軟件設計

分機的主要功能為:接收主機命令并響應(主要為AID采樣，結束后按要求發送數據回主機)。分機系統是一個偽多任務操作系統，可以自定義消息和任務流程，實現特定的功能，但要注意該結構的使用中，消息處理函數一定要清晰。作為分機，所有無線接收到的數據均作為一組命令來看待。

4 結束語

本文設計的基于Moaaus無線總線數據采集分析系統，具備低功耗、抗干擾能力強、采集數據容量大、數據傳輸安全可靠、友好的人機界面、每臺主機最多可控制255臺分機、采樣容量大、可畫出各采樣點波形曲線圖、實時監控分機電池電壓等特點。