專利名稱：Modbus/TCP-MODBUS通信網關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種Modbus/TCP-MODBUS通信網關，屬于工業以太網技術領域。
背景技術：
隨著工業現場控制和信息化管理的不斷發展，工業以太網技術近年來不斷發展。 工業以太網是基于IEEE802. 3物理層和數據鏈路層，使用TCP/IP，UDP/IP作為網絡層和傳 輸層，利用以太網一系列現成的協議，但在應用層加上工業通信需要的協議，或僅使用以太 網的底層，對上層加以改造以滿足工業通信的要求。目前，國際上占主流地位的工業以太網技術是基于標準的TCP/IP協議和標準的 以太網層的Modbus TCP和Ethernet/IP技術。這兩種技術目前由0DVA組織推行，有施耐 德，羅克韋爾等著名的工控領域公司給予產品和技術的支持。但是工業現場目前存在大量的串行口設備，它們支持簡單易用的Modbus協議，但 是Modbus協議只能支持短距離的傳輸，而且各設備廠家對Modbus協議的實現方式也不完 全相同。為了保護投資企業的現有設備還能繼續使用，而又要實現信息層對現場設備層的 數據管理和控制，因此有必要開發新的產品。如專利號為CN200410093010. 0的發明專利“M0DBUS/TCP工業以太網和 PROFIBUS-DP現場總線間的協議轉換方法和裝置”，專利號為CN03129417. 0的發明專 利“M0DBUS/TCP工業以太網和設備網現場總線間的協議轉換方法和裝置”和專利號為 CN200510025262. 4的發明專利“M0DBUS/TCP工業以太網與設備網現場總線和Profibus DP 現場總線間的多協議轉換方法和裝置”，涉及Profibus協議和設備網協議到Modbus/TCP協 議的轉化方法和裝置，而且三種協議的實現均采用現有的Anybus公司現成產品模塊，模塊 與CPU之間通過雙端口 RAM數據交互，實現了協議之間的簡單兩兩轉化。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種Modbus/TCP-Modbus通信網關，該通信網關不僅 實現Modbus/TCP協議和Modbus協議的數據轉發和解析，而且實現了 Modbus/TCP服務器 和Modbus Master的功能，Modbus側能夠管理多達32個Modbus Slave設備，支持Modbus 命令的分段發送，支持Modbus數據的打包和分包傳輸，還可通過上位機對網關參數進行配
置，應用非常靈活。為達到上述目的，本實用新型的技術方案是其硬件包括電源模塊、CPU模塊、存 儲器模塊、以太網接口模塊、串口接口模塊以及其它模塊。所述的電源模塊，選用3. 3V作為產品的主電源。選用的各種芯片包括CPU、FLASH、 SRAM、以太網芯片等都使用3. 3V電源。選用的5V電源，使用在RS485接口電路中，4路RS485電路是相互隔離的。時鐘和復位模塊這部分對電路的穩定工作至關重要。選用11. 0592M晶振來產生 CPU芯片所需要的主時鐘頻率，同時選用專門的復位芯片支持自動復位和手動復位。
3[0011]所述的CPU模塊，本項目產品軟件，需要運行嵌入式實時操作系統及TCP/IP、 Modbus/TCP協議棧，為了保證整個系統軟件的高實時性及可靠性，選用了高性能的ARM9芯 片。所述的以太網串口電路，嵌入式處理器CPU具有10M/100M自適應的以太網MAC控 制器，通過Mil接口外接物理層芯片，網絡變壓器和RJ45接頭，構成了網絡電路模塊。嵌入 式處理器CPU具有4個獨立的UART接口，因此外接4個獨立的RS485電路模塊即可構成4 個串口，該串口電路穩定，抗干擾能力強。所述的其它模塊，主要包括撥碼開關，指示燈電路和存儲器電路，其中撥碼開關用 于產品配置與運行狀態的選擇，指示燈用于指示產品的各種狀態，存儲器用于固化程序和 運行代碼。Modbus/TCP通信網關通過Modbus/TCP協議和Modbus協議的相互轉換，可以將 Modbus串口設備接入到Modbus/TCP網絡，并且實現數據的雙向交換。網關連接Modbus/TCP 網絡和Modbus網絡，既實現了 Modbus/TCP服務器功能，又實現了 Modbus主站功能。網關 支持Modbus命令的分段發送和Modbus數據的打包和分包，4個硬件串口并發處理Modbus 報文，提高了 Modbus網絡的效率。網關運行參數可以通過以太網接口配置，應用非常靈活。本實用新型的有益效果本實用新型涉及的網關連接Modbus/tcp網絡與Modbus 網絡，實現兩種網絡的連通，Modbus側能夠通過上位機配置軟件將Modbus命令配置到4個 并發的串口，每個串口最多能支持8條Modbus命令，網關將Modbus側數據打包到一個數據 段通過Modbus/TCP協議傳輸到以太網。同樣，Modbus/TCP下傳的數據段也能通過預先的 配置參數分別寫到每個串口。本網關不同于一般的Modbus/TCP和Modbus協議轉換裝置， 協議轉換裝置一般采用輪詢的方式訪問每個串口設備，這樣效率和實時性都不理想，而本 網關4個串口并發處理，4個串口互不干擾，處理速度大大得到改善。本網關在工業現場應 用方便，設計創新，具有廣泛的市場前景。
以下結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案進行比較詳細的說明。
圖1為本實用新型的硬件構成框圖；圖2為本實用新型的RS485通信模塊電路原理具體實施方式
參見附圖1，這是本實用新型的硬件構成框圖。如圖所示，本網關設備網關硬件包括電源模塊1、CPU模塊2、存儲器模塊3、以太網 接口模塊4、串口接口模塊5及其它模塊6。其電路的連接關系是電源模塊1連接到嵌入式處理器CPU模塊2 ；CPU模塊2分 別與存儲器模塊3、以太網接口模塊4、串口接口模塊5及其它模塊6互連；以太網接口模塊 4與R J45接口互連；DB9接口與串口電路互連。為了降低產品的功耗，選用3. 3V作為產品的主電源，CPU模塊2芯片選用ATMEL公 司的ARM9芯片RM9200，主頻最高為200MHZ，外部總線擴展16M字節FLASH，4M字節SDRAM， 以太網芯片集成在RM9200內部，只需外接物理層芯片和變壓器。采用RSM485CHT隔離收發 器模塊來實現modbus物理層鏈路，RSM485CHT集成電源隔離、電氣隔離、RS-485接口芯片和總線保護器件。同時還需要復位電路，晶振和鎖相環電路，和JTAG電路。RS485通信模塊電路，用于實現Modbus-RTU的鏈路層，使用DC/DC電路實現電氣隔罔。參照圖2，這是本實用新型的的RS485通信模塊電路原理圖。本模塊采用RSM485CHT隔離收發器模塊來實現。RSM485CHT集成電源隔離、電氣隔 離、RS-485接口芯片和總線保護器件。模塊采用灌封工藝，具有很好的隔離特性，隔離電壓 為2500VDC。數據流控制方式不改變RS-485自身原有特性，包含控制引腳、發送引腳及接 收引腳。雖然本實用新型已參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人 員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本實用新型，應理解其中可作各種變化和修改 而在廣義上沒有脫離本實用新型，所以并非作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型 的實質精神范圍內，對以上所述的實施例的變化、變形都將落入本實用新型權利要求的保 護范圍。
權利要求Modbus/TCP-MODBUS通信網關，用于MODBUS/TCP工業以太網與MODBUS網絡間的協議轉換，其特征在于所述的通信網關，包括電源模塊(1)、CPU模塊(2)、存儲器模塊(3)、以太網接口模塊(4)、串口接口模塊(5)及其它模塊(6)；其電路的連接關系是電源模塊(1)連接到嵌入式處理器CPU模塊(2)；CPU模塊(2)分別與存儲器模塊(3)、以太網接口模塊(4)、串口接口模塊(5)及其它模塊(6)互連；以太網接口模塊(4)與RJ45接口互連；DB9接口與串口電路互連。
2.如權利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信網關，其特征在于所述的電源模塊(1)，選用3.3V作為主電源，各種芯片包括CPU、FLASH、SRAM、以太網芯片都使用3. 3V電源； 選用的5V電源，使用在RS485接口電路中，4路RS485電路是相互隔離的。
3.如權利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信網關，其特征在于所述的CPU模塊(2)，是嵌入式處理器CPU，具有4個獨立的UART接口，外接4個獨立的RS485電路模塊，即 可構成4個串口。
4.如權利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信網關，其特征在于所述的以太網串 口電路，嵌入式處理器CPU具有10M/100M自適應的以太網MAC控制器，通過Mil接口外接 物理層芯片，網絡變壓器和RJ45接頭，構成了網絡電路模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種Modbus/TCP-MODBUS通信網關，包括電源模塊、CPU模塊、存儲器模塊、以太網接口模塊、串口接口模塊以及其它模塊。所述的電源模塊，選用3.3V作為產品的主電源和5V電源，5V電源使用在RS485接口電路中，4路RS485電路是相互隔離的。上述電路的連接關系是電源模塊連接到嵌入式處理器CPU模塊；CPU模塊分別與存儲器模塊、以太網接口模塊、串口接口模塊及其它模塊互連；以太網接口模塊與RJ45接口互連；DB9接口與串口電路互連。本實用新型效果是涉及的網關連接Modbus/TCP網絡與Modbus網絡，實現兩種網絡的連通，而且Modbus側網絡的管理非常靈活和智能。
文檔編號H04L29/06GK201557131SQ20092021335
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者劉健, 奚培峰, 楊帆, 邱浩 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司