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        嵌入式Modbus/TCP網關的設計與實現(xiàn)

        作者: 時間:2012-12-29 來源:網絡 收藏
          隨著企業(yè)信息化進程的深入發(fā)展,實現(xiàn)企業(yè)上層的管理網絡與現(xiàn)場控制網絡的無縫連接顯得越來越重要。基于質量分析的生產管理、與安全相關的測試監(jiān)控都要求現(xiàn)場的儀器儀表能對現(xiàn)場的信息進行處理并能及時被上級監(jiān)控和管理網絡訪問與控制,最終納入到企業(yè)信息管理系統(tǒng)統(tǒng)一的框架中。

          目前,構成底層控制網絡的現(xiàn)場總線技術已獲得了廣泛的應用。多種現(xiàn)場總線標準并存而相互間無法兼容的問題一直困擾著工業(yè)界。將工業(yè)以太網應用到現(xiàn)場控制網絡已成為當前研究的熱點和未來發(fā)展的趨勢。如何使這種網絡結構與工業(yè)以太網技術相結合,實現(xiàn)底層生產與上層管理的緊密集成是當前研究的熱點。

          1 及網關

          Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議是Modicon公司于1978年提出的一種現(xiàn)場總線協(xié)議[1]。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以進行通信。該協(xié)議內容可以免費獲得,因此Modbus的串行鏈路版本在市場上長期占有主導地位。大量的產品已直接運行或兼容Modbus串行鏈路版本。

          Modbus/TCP工業(yè)以太網協(xié)議是1999年被開發(fā)的的另一版本[2],允許用戶通過以太網訪問設備。協(xié)議的開放性及簡單易學,使它比很多受商業(yè)利益驅使的協(xié)議取得更快的發(fā)展,受到眾多第三方產品廠商、終端用戶、系統(tǒng)集成商的廣泛支持[3]。

          本文設計和實現(xiàn)了一種嵌入式協(xié)議轉換網關,通過Modbus/TCP協(xié)議將傳統(tǒng)的串行鏈路通信的Modbus現(xiàn)場總線與以太網相連。用戶經由以太網對Modbus設備進行數(shù)據(jù)采集并對Modbus設備進行遠程訪問和控制。同時網關還提供Web服務功能,允許通過Web瀏覽器直接配置網關的IP地址等信息并保存到網關的非易失性存儲器中。圖1是嵌入式Modbus/的連接示意圖。


          2 網關總體設計

          網關選用了ATMEL公司生產的AT91RM9200高性能 32位工業(yè)級嵌入式微處理器作為網關硬件系統(tǒng)的核心。網關的軟件系統(tǒng)將移植μC/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)和實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧,并在此基礎上設計應用層程序。網關的總體設計結構如圖2。網關的設計方案將采用開放源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)和TCP/IP協(xié)議棧,因此在取得較高性價比的基礎上可取得最佳的擴展性。


          3 硬件設計

          AT91RM9200是著名半導體廠商ATMEL力推的一款基于ARM920T內核的工業(yè)級嵌入式微處理器,為最大功能、最低功耗、最低成本的嵌入式系統(tǒng)提供了一個完整的解決方案[4],它除具備ARM微處理器傳統(tǒng)優(yōu)勢以外,其性能、可靠性和擴展性都大大超過普通的商業(yè)級ARM7核心的嵌入式微處理器。硬件系統(tǒng)的結構如圖3。

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