Modbus-Modbus TCP-IP的网关设计.docx
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Modbus-MODBUS TCP/IP 网关设计 Modbus-MODBUS TCP/IP 网关设计是基于 STM32 芯片的网关系统,旨在实现 Modbus 串行链路到以太网的协议转换。该系统采用 μCOSII 嵌入式实时操作系统,并利用多线程与存储池技术解决速率不匹配问题。 Modbus 协议是开发的一款价格低廉、性能优越的网关设备,是智能电网建设的关键技术。Modbus 协议是在 OSI 模型第 7 层的应用层报文传输协议,在过去几十年已被大量地应用于工业控制领域的开放的、标准的、免费的网络通信协议。 Modbus 协议在串行链路上的通信帧包括地址域、功能域、数据域和校验域。 Modbus 在串行链路上的通信帧分为 RTU 和 ASCII 两种模式,其中 RTU 模式通信帧中的 8 bit 数据包括 2 个 4 bit 十六进制字符,相对于 ASCII 模式,在表达相同的数据信息时 RTU 需要的位数较少,在相同的传输速率下 RTU 有更高的数据吞吐量。 在基于 TCP/IP 的 Modbus 中,每个应用数据单元的结构包含 Modbus 应用报文头、功能码域和数据域。其中 MBAP(Modbus Application Protocol Header)的报文头长度为 7 B,该报文的字段如表 1 所示。 Modbus 串行链路和 Modbus TCP/IP 转换是实现 Modbus 数据包在以太网进行无阻碍、准确的传输的关键技术。一般的办法是以 TCP/IP 协议为基础,将数据量较小的串行链路上的数据包封装在 TCP/IP 帧中。由于 Modbus 在串行链路中的帧格式不同于在 TCP/IP 中传输的帧格式,因此在进行 TCP/IP 封装前必须将 Modbus 在串行链路中的帧格式转换成 Modbus TCP/IP 应用数据单元结构。 STM32 系列芯片是意法半导体专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的 ARM Cortex-M3 内核芯片。其中 STM32F107 互连型系列微控制器内部集成高性能以太网模块,支持通过以太网进行通信。 该系统的设计目标是实现 Modbus 串行链路到以太网的协议转换,利用多线程与存储池技术解决速率不匹配问题,并对系统的通信质量进行相关测试。实验结果表明,系统方案能够在低廉的成本下,有效、准确地进行 Modbus 串行链路与以太网的相互通信。 该系统的实现对智能电网建设具有重要意义,可以满足智能电网对低压电器的数据通信和采集需求,并实现智能电网的信息化建设。同时,该系统的设计也可以应用于其他需要 Modbus 串行链路到以太网协议转换的场景。 该系统的设计是基于 STM32 芯片的 Modbus-MODBUS TCP/IP 网关设计,旨在实现 Modbus 串行链路到以太网的协议转换,满足智能电网对低压电器的数据通信和采集需求,并实现智能电网的信息化建设。
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