CN103135484A - Devicenet与Modbus的协议转换模块和智能断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Devicenet与Modbus的协议转换模块和智能断路器，该协议转换模块包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。该断路器包括包括塑壳断路器本体、远程动作执行机构和上述协议转换模块。本发明使用户可以通过Devicenet总线对Modbus设备进行实时监测和控制。

Description

Devicenet与Modbus的协议转换模块和智能断路器

技术领域

本发明属于智能断路器技术领域，具体涉及一种Devicenet与Modbus的协议转换模块和智能断路器。 

背景技术

Devicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN(Contro1ler Area Network)技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。 

Devicenet现已成为国际标准IEC62026-3《低压开关设备和控制设备控制器设备接口》，并已被列为欧洲标准，也是实际上的亚洲和美洲的设备网标准。2002年10月Devi ceNet被批准为中国国家标准GB/T18858.3-2002，并于2003.4.1起实施。 

目前，Devicenet技术属于″开放DeviceNet厂商协会″ODVA组织所有及推广。ODVA在世界范围拥有300多家著名自动化设备厂商的会员(如Rockwell、ABB、Omron等)。我国的ODVA组织由上海电器科学研究所牵头成立，目前正积极推广该技术^[70-72]。 

Devicenet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备(如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。 

Devicenet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。 

Devicenet是一个开放的网络标准。规范和协议都是开放的，供货商将设备连接到系统时，无需为硬件，软件或授权付费。任何对DeviceNet技术感兴趣的组织或个人都可以从开放式DeciceNet供货商协会(ODVA)获得DeviceNet规范，并可以加入ODVA，参加对DeviceNet规范进行增补的技术工作组^[73]。 

Devicenet的许多特性沿袭于CAN，CAN总线是一种设计良好的通信总线，它主要用于实时传输控制数据。DeviceNet的主要特点是：短帧传输，每帧的最大数据为8个字节；无破坏性的逐位仲裁技术；网络最多可连接64个节点；数据传输波特率为125kb/s、250kb/s、500kb/s；点对点、多主或主/从通信方式；采用CAN的物理和数据链路层规约。 

相比于Devicenet，Modbus总线本身存在的许多局限性，主要体现在效率低、系统的实时性差、通信的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等。 

但是在工业现场总线的应用中，Modbus协议使用的RS485在硬件成本以及开发难度上略有优势，在国内仍有广泛应用，所以在现阶段完全放弃Modbus总线是不现实的。因而在实际应用中迫切需要一种Modbus协议向Devicenet协议转换的过渡产品。 

发明内容

本发明的目的是提供一种使用户可以通过Devicenet总线对Modbus设备进行实时监测和控制的协议转换模块。 

本发明的另一个目的是提供使用户可以通过Devicenet总线对其进行实时监测和控制的智能断路器。 

实现本发明第一个目的的技术方案是：一种Devicenet与Modbus的协议转换模块，包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。 

上述方案中，还包括液晶显示屏和调试按钮。 

实现本发明第二个目的的技术方案是：一种具有Devicenet与Modbus的协议转换模块的智能断路器，包括塑壳断路器本体、远程动作执行机构和Devi cenet与Modbus的协议转换模块；塑壳断路器本体包括底座和上盖；所述Devicenet与Modbus的协议转换模块包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。 

上述方案中，所示指示单元包括液晶显示屏和调试按钮；所述塑壳断路器本体的上盖包括面板和侧壁，该面板和侧壁上设有一个缺口，所述Devicenet与Modbus的协议转换模块位于该缺口中。 

上述方案中，所述Devicenet与Modbus的协议转换模块位于上盖内侧的一侧端设有Mudbug通信接口，所述Devicenet与Modbus的协议转换模块的另一侧端露出上盖，且该侧端设有Devicenet通信接口。 

本发明中协议转换模块的结构较为合理简化，占用空间较小，且性能较为稳定可靠。本发明中的智能断路器由于设置有Devicenet与Modbus的协议转换模块，使得使用者可以通过Devicenet总线对其进行实时监测和控制，既能够拓展其适用范围，还能够有效降低硬件成本和开发难度。 

附图说明

图1是本发明中协议转换模块的一种电路结构框图； 

图2是图1所示协议转换模块的主程序流程图； 

图3是本发明中智能断路器第一种结构的一种立体结构示意图； 

图4是图3所示智能断路器中协议转化模块的一种立体结构示意图； 

图5是图4所示协议转化模块从另一角度观察时的一种立体结构示意图； 

图6是本发明中智能断路器第二种结构的一种立体结构示意图； 

图7是图6所示智能断路器中协议转化模块的一种立体结构示意图； 

图8是图7所示协议转化模块从另一角度观察时的一种立体结构示意图。 

具体实施方式

(实施例1、协议转换模块) 

图1至图2显示了本发明中协议转换模块的一种具体实施方式，其中图1是本发明中协议转换模块的一种电路结构框图，图2是图1所示协议转换模块的主程序流程图。本实施例是一种Devicenet与Modbus的协议转换模块，包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。 

本实施例的功能就是把DeviceNet格式的命令报文转换为Modbus报文的命令，然后传给底层的Modbus设备；设备在接收到Modbus命令后，回应给协议转换模块Modbus格式的响应报文，最后经协议转换模块转换为DeviceNet格式报文传给DeviceNet主站。从功能上看，本协议转换模块一方面作为DeviceNet的从站接收主站命令并作出回应；另一方面，它又作为Modbus主站向Modbus设备发送命令并接收设备响应的数据。根据协议转换模块的功能要求，搭建了硬件结构，主要由主控制器单片机、DeviceNet通信接口电路、Modbus通信接口电路、参数设置电路和电源电路组成。 

根据对协议转换器硬件电路的设计，本报告主要采用中断的方法来实现两种报文的收发及其报文之间的转换。因此，软件整体主要包括系统的主程序和中断处理程序以及系统的初始化部分^[78-79]。其中中断处理程序又包含两部分，分别是DeviceNet报文收发中断处理程序，这个中断是由外部中断触发的。另外一部分是Modbus报文收发处理部分，这个中断是由串行中断服务执行的。 

协议转换模块程序运行过程为：启动系统后，首先初始化整个软件系统；在经过重复MAC ID检测以后，判定系统是否上线；之后主站将给系统发送未连接显式信息以建立连接；当连接建立后，主站和协议转换模块就可以正常的通信了。当主站发送给从节点一个请求报文，协议转换模块马上解析该请求报文，来检测这个命令是否是发给自己的，若是，则接收命令报文，同时CAN接收中断产生。中断处理程序将根据类型报文的不同把请求报文存放到不同的缓冲区中去，报文的类型是根据接收到的报文标识符来 判断的，然后将报文接收标志置位，最后回到主程序中。主程序将根据不同报文的类型调用对应不同的子程序处理函数来处理该报文。如果主站获取的数据是关于Modbus设备的信息，则把DeviceNet报文转换成相应的Modbus请求报文，然后发给Modbus设备。当Modbus设备收到Modbus请求命令后，正确响应Modbus数据给协议转换模块，协议转换模块把Modbus回应的数据转换为DeviceNet报文数据存放在发送缓冲区中，并将发送标志置位。若获取标识对象的属性，那么直接把所要获取的标识对象类的属性值放到发送缓冲区中，并将发送标志置位。最后回到主程序，主程序检测到发送标志置位，调用发送子程序把数据发送给主站。至此，就完成了一次DeviceNet主站与Modbus设备数据交换。 

(实施例2、协议转换模块) 

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：所示指示单元还包括液晶显示屏和调试按钮。 

(实施例3、智能断路器) 

图3至图5显示了本发明中智能断路器的一种具体实施方式，其中图3是本发明中智能断路器第一种结构的一种立体结构示意图，图4是图3所示智能断路器中协议转化模块的一种立体结构示意图；图5是图4所示协议转化模块从另一角度观察时的一种立体结构示意图。 

本实施例是采用上述实施例2制成的一种智能塑壳断路器，见图3至图5，包括塑壳断路器本体1、远程动作执行机构(位于上盖之内，图上未画出)和实施例1所述的协议转换模块2；塑壳断路器本体包括底座11和上盖12。 

协议转换模块2包括液晶显示屏21、调试按钮22和两个指示灯23(电源接口和拨码开关的结构位置设计属于本领域人员的公知常识，故图上未画出)；所述塑壳断路器本体的上盖包括面板121和侧壁122，该面板和侧壁上设有一个缺口123，所述协议转换模块位于该缺口中。所述侧壁在缺口两侧设有两个导向滑块13，所述协议转换模块的壳体的两侧各设有一个导向滑槽24，所述协议转换模块从侧壁的外侧从外向内插入所述缺口中，所述导向滑块13位于导向滑槽24中。在具体实践中，所述导向滑块13和导向滑槽24的形状和具体位置可以变换，但都属于本发明的保护范围之内。 

本实施例中的液晶显示屏不仅可以用于显示工作状态，还可以通过调试按钮对其进行数据预设、调整和查看，有效拓宽其应用范围。 

所述协议转换模块位于上盖内侧的一侧端设有Mudbug通信接口26，所述协议转换模块的另一侧端露出上盖的侧壁，并与侧壁相平，且该侧端设有Devicenet通信接口27。 

本实施例中，所述上盖内固定设有一个Mudbug通信插接端子，当所述协议转换模块在导向滑块的限位作用下插入缺口时，其内侧的Mudbug通信接口插入该Mudbug通信 插接端子中。本实施例中的协议转换模块上还设有定位插销25，各定位插销可伸缩的设置在协议转换模块壳体上，所述上盖内或侧壁上设有与各定位插销相配合的定位孔，当各定位插销缩进时，其底部插入相应的定位孔中，从而把协议转换模块定位在缺口中。再按一次各定位插销后，定位插销则从定位孔中弹出，从而可以拆卸该协议转换模块。 

(实施例4、智能断路器) 

图6至图8显示了本发明中智能断路器的另一种具体实施方式，其中图6是本发明中智能断路器第二种结构的一种立体结构示意图，图7是图6所示智能断路器中协议转化模块的一种立体结构示意图；图8是图7所示协议转化模块从另一角度观察时的一种立体结构示意图。 

本实施例与实施例3基本相同，不同之处在于：见图6至图8，所述协议换转模块的外侧端伸出上盖侧壁，且伸出上盖侧壁部分壳体的各侧端均设有Devicenet通信接口27，这是因为，如果像实施例3那样，把外接Devicenet通信插接端子沿着与上盖侧壁垂直的方向插入，那么相邻的电器必须为此让出空间；本实施例的这种结构可以使得外接Devicenet通信插接端子可以沿着与上盖侧壁平行的方向插入Devicenet通信接口27，从而减小整体占用空间。另外，本实施例中的定位插销25也随之调整了位置。 

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。 

Claims (5)

1.一种Devicenet与Modbus的协议转换模块，其特征在于：包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。

2.根据权利要求1所述的Devicenet与Modbus的协议转换模块，其特征在于：还包括液晶显示屏和调试按钮。

3.一种具有Devicenet与Modbus的协议转换模块的智能断路器，其特征在于：包括塑壳断路器本体、远程动作执行机构和Devicenet与Modbus的协议转换模块；塑壳断路器本体包括底座和上盖；所述Devicenet与Modbus的协议转换模块包括依次相连的CAN总线收发器、光耦、CAN控制器、单片机、Modbus总线收发器，以及与单片机相连的地址与波特率设置拨档开关和网络状态指示灯。

4.根据权利要求3所述的具有Devicenet与Modbus的协议转换模块的智能断路器，其特征在于：所示指示单元包括液晶显示屏和调试按钮；所述塑壳断路器本体的上盖包括面板和侧壁，该面板和侧壁上设有一个缺口，所述Devicenet与Modbus的协议转换模块位于该缺口中。

5.根据权利要求4所述的具有Devicenet与Mudbug的协议转换模块的智能断路器，其特征在于：所述Devicenet与Modbus的协议转换模块位于上盖内侧的一侧端设有Mudbug通信接口，所述Devicenet与Modbus的协议转换模块的另一侧端露出上盖，且该侧端设有Devicenet通信接口。

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