CN104950792A - 基于modbus协议的混合组网方法及工业终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于modbus协议的混合组网方法及工业终端设备，该组网方法包括以下步骤：1)无线通信方式采用wifi通信，以此实现无线短距离的覆盖；2)有线方式采用PLC电力线载波通信，PLC电力线载波通信可以解决二次布线的问题，并以此满足远距离通信和无线隔墙传输信号不足的问题；3)通过以太网连接上位机服务器，以此传输上位机指令，并稳定上传数据；5)通过PLC电力线载波通信和无线wifi无线通信组合，能实现在PLC电力线载波通信线末端再利用wifi无线技术进行补盲组网。本方法不仅能实现在电力线上实现数据的交互，还能够实现无线的接收，并能接收使用串口方式传输的传感器发送的数据；同时，在用户侧能够实现数据的实时汇聚上传。

Description

基于modbus协议的混合组网方法及工业终端设备

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于modbus协议的混合组网方法及工业终端设备，特别是一种包括了以wifi模块为无线传输，PLC载波模块为有线传输并通过以太网口连接用户侧进行控制的通信方式。

背景技术

信息的传输需要具有高的可靠性，可维护，可管理。目前工业传感网络在局部的信息传输主要可以通过无线传输，如常见的433MHz，780MHz和2.4GHz和有线传输，如PLC载波传输，串口传输，以太网传输。而通常设备只含有其中一种通信方式，不能达到信息传输高可靠性的要求。一款具有无线通信和有线通信相结合的组网模式的设备可以满足工业终端信息传输的高可靠性的要求。基于前述几种组网方式如下：

中国专利(CN104363152A)对以上组网方法分析比对发现它是通过采集终端和集中器、集中器和无线访问基站、无线访问基站和网关、网关和ONU单元、ONU单元和OLT单元、OLT单元与服务器在有线网的末端利用微功率无线技术进行延伸，完成补盲组网。接入网络设备实现物理的全隔离，不与公网有任何的物理连接点。

中国专利(CN104506598A)公开了混合组网的电力终端管理方法，包括服务器端根据预设的控制策略，通过路由节点向指定的电力终端发送调度指令；电力终端的GPRS模块接收服务器端发送的指定调度指令，并将调度指令传送至电力终端的本地集中处理器；电力终端的本地集中处理器根据指定调度指令的要求，控制电力终端的信息采集模块访问多个用电终端并获得每个用电终端的数据信息；电力终端的信息采集模块将获得的多个用电终端的数据信息汇聚到的本地集中处理器中；电力终端的GPRS模块与GPRS网络建立连接，将多个用电终端的数据信息通过路由节点传送至服务器端。

中国专利(CN102868452A)该发明涉及一种用于密集输电通道的混合组网系统，包括依次连接的现场网络段、远程网络段和数据网络段，所述的现场网络段由OPGW光纤接入点和无线网络接入点组成的无线闭环网。

一款可靠的协议也是必需的，Modbus协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。此协议支持传统的RS-232，RS-422，RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都能使用Modbus协议作为他们之间通讯的标准。

在保证了传输的可靠性的基础上，再结合Modbus协议的使用，Modbus协议帧包含了CRC校验位，通过CRC校验就能进一步保证信息的正确性。对工业上支持多种很合组网模式的终端设备，可以对来自无线或远端的信息进行汇集，分类。在异构环网中保证了重要数据的传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于modbus协议的混合组网方法及工业终端设备，该方法和设备不仅能实现在电力线上实现数据的交互，还能实现无线的接收，并能接收使用串口方式传输的传感器发送的数据；同时，在用户侧能够实现数据的实时汇聚上传，传输的数据帧格式满足工业常用的Modbus帧格式。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于modbus协议的混合组网方法，包括以下步骤：1)无线通信方式采用wifi通信，wifi模块采用2.4GHz频段，以此实现无线短距离的覆盖；2)有线方式采用PLC电力线载波通信，PLC电力线载波通信可以解决二次布线的问题，并以此满足远距离通信和无线隔墙传输信号不足的问题；3)通过以太网连接上位机服务器，以此传输上位机指令，并稳定上传数据；4)软件上以多模通信协议，协调各部分汇聚的数据，并进行有效的存储，根据上位机指令并结合modbus协议准确无误的将数据上传服务器；5)通过PLC电力线载波通信和无线wifi无线通信组合，能实现在PLC电力线载波通信线末端再利用wifi无线技术进行补盲组网。

本发明还提供了一种基于modbus协议的混合组网工业终端设备，包括数据接收装置和数据交互装置；

所述数据接收装置包括三大接收部分：wifi无线接收单元、PLC载波接收单元和串口接收单；所述Wifi无线接收单元主要采集来自通过wifi无线传输的信息，PLC载波接收单元主要是接收通过电力线载波通信的信息，串口接收单元主要接收来自遵循RS-232接口标准传输的信息，在接收到信息后，首先要进行CRC数据校验，以确保数据的正确性；

所述数据交互装置用于对接收到的数据进行管理，包括数据处理单元和存储单元；因为是采用Modebus协议，所以收到的数据帧都是包含了数据地址位的，若得到直接上传指令，则将接收到的数据暂存于存储单元，在接收到用户侧的命令后，主控会将数据封装后上传至服务器；当得到的是转发指令，主控会根据指令的要求把数据通过某种通信方式将数据传到下一终端设备上。

进一步，所述混合组网工业终端设备还包括电压转压单元，时钟电路，复位电路，下载电路，以太网模块和数据总线。

进一步，所述存储单元包含flash存储器和RAM存储器，其中源代码是存储在flash中，这在芯片启动模式中可以选择从flash启动，RAM存储器主要是存放临时数据如存放局部变量。

进一步，数据处理单元进行数据处理时分为处理指令和对数据的处理：指令的处理是对上位机发送来的指令进行解析，针对不同的指令做出对应的处理行为，可以根据指令的不同，数据处理模块可以把数据上传上位机，也可以通过其他接口向远端发送，并且能规定上传的数据位数和数据的起始地址；数据处理模块在对数据的处理上是分为模块间传输和对上位机的传输，模块之间的传输主要是通过加固定的数据帧头和数据帧尾来区分数据包，通过固定的接收协议，接收端在开始接收数据的时候就会开始判断，只有正确的数据才会被接收，错误的数据包将会直接丢弃；对上位机的传输则是把整个接收到的数据包整体进行封包，这里采用uip协议栈进行封装，主要是加ip地址，子网掩码，网关及mac地址，上位机在接收到数据后会拆包最后得到有效数据。

本发明的有益效果在于：本发明提供的支持混合组网的工业终端设备，不仅能实现在电力线上实现数据的交互，还能够实现无线的接收，并能接收使用串口方式传输的传感器发送的数据；同时，在用户侧能够实现数据的实时汇聚上传；传输的数据帧格式可以满足工业常用的Modbus帧格式。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本混合组网工业终端设备的整体功能结构图；

图2为本混合组网工业终端设备的硬件结构图；

图3为本混合组网工业终端设备的软件结构图；

图4为本混合组网工业终端设备的数据接收流程图；

图5为本混合组网工业终端设备的指令接收处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本混合组网工业终端设备的整体功能结构图，如图所示，展示了混合网工业终端设备的整体功能结构图，其中包含了，数据接收设备和数据采集设备。

所述数据接收设备包括PLC电力线载波模块，wifi模块，串口模块，以太网口模块。数据存储模块和数据处理模块组成。

所述PLC电力线载波模块能接收来自电力线上的信号，能通过电力线发送信号。

所述wifi模块能接收无线传输的信号，能发送无线信号、

所述串口模块能双向转换232电平和TTL电平。

所述以太网口模块能通过网线和上位机交换数据。

所述数据存储模块用于暂存采集数据。

所述数据处理模块根据上位机指令对数据做出相应处理。

当需要用过PLC载波模块收发数据时，需要将含有PLC载波模块的设备连接到三相电线中，在使用中也可只连接零线和火线，模块会自动给需要传输或接收的数据封包和解包。需要将传输设备的波特率设置成一样否则数据接收会出错。

Wifi模块在数据传输前需要对wifi模块进行配置，其中包括设置wifi模块工作模式，设置ip，子网掩码，网关，ssid等，数据的传输需要其中一块wifi模块处于主模式而另外的模块需要处于从模式，其中从模式的模块可以有多个，但主模式模块只能有一个。模块通信需要处在同一个网段，若不是同一网段是无法通信的。

串口模块能将TTL电平转化为232电平，所以若采集器的信号是232电平可以通过串口传输到数据存储器，相反也能将数据传出。

图3为本混合组网工业终端设备的软件结构图，图4为本混合组网工业终端设备的数据接收流程图，数据存储能暂存接收到的数据和指令。数据在存储之前会线经过数据处理模块，数据在接收到后的第一时间会进行CRC校验，CRC校验是去掉包头和包尾后进行的，对除CRC校验位剩下的数据做CRC校验，若CRC校验没通过，则此次接收的数据不被保存。若CRC校验通过，数据将保存接收到的数据。

数据处理模块处理数据分为处理指令和对数据的处理。指令的处理是对上位机发送来的指令进行解析，针对不同的指令做出对应的处理行为，如图5所示，可以根据指令的不同，数据处理模块可以把数据上传上位机，也可以通过其他接口向远端发送。并且能规定上传的数据位数和数据的起始地址。数据处理模块在对数据的处理上是分为模块间传输和对上位机的传输，模块之间的传输主要是通过加固定的数据帧头和数据帧尾来区分数据包，通过固定的接收协议，接收端在开始接收数据的时候就会开始判断，只有正确的数据才会被接收，错误的数据包将会直接丢弃。对上位机的传输则是把整个接收到的数据包整体进行封包，这里就需要用到uip协议栈，uip是一款功能比较完善，并且所占空间比较小的协议栈，并且是开源的。所以这里采用uip协议栈进行封装，这里主要是加ip地址，子网掩码，网关，mac地址等。上位机在接收到数据后会拆包最后得到有效数据。

如图2所示，展示了混合网工业终端设备的硬件结构图，其中包含了数据处理单元，存储单元，电压转压单元，时钟电路，复位电路，下载电路，以太网模块，wifi模块，电力线载波模块，串口模块，数据总线。

所述的数据处理单元，是对接收到的数据进行转发或上传，即对接收到的数据进行处理。

所述存储单元包含flash存储器和RAM存储器，其中源代码是存储在flash中，这在芯片启动模式中可以选择从flash启动，RAM存储器主要是存放临时数据如存放局部变量。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于modbus协议的混合组网方法，其特征在于：包括以下步骤：1）无线通信方式采用wifi通信，wifi模块采用2.4GHz频段，以此实现无线短距离的覆盖；2）有线方式采用PLC电力线载波通信，PLC电力线载波通信可以解决二次布线的问题，并以此满足远距离通信和无线隔墙传输信号不足的问题；3）通过以太网连接上位机服务器，以此传输上位机指令，并稳定上传数据；4）软件上以多模通信协议，协调各部分汇聚的数据，并进行有效的存储，根据上位机指令并结合modbus协议准确无误的将数据上传服务器；5）通过PLC电力线载波通信和无线wifi无线通信组合，能实现在PLC电力线载波通信线末端再利用wifi无线技术进行补盲组网。

2.一种基于modbus协议的混合组网工业终端设备，其特征在于：包括数据接收装置和数据交互装置；

所述数据接收装置包括三大接收部分：wifi无线接收单元、PLC载波接收单元和串口接收单；所述Wifi无线接收单元主要采集来自通过wifi无线传输的信息，PLC载波接收单元主要是接收通过电力线载波通信的信息，串口接收单元主要接收来自遵循RS-232接口标准传输的信息，在接收到信息后，首先要进行CRC数据校验，以确保数据的正确性；

所述数据交互装置用于对接收到的数据进行管理，包括数据处理单元和存储单元；因为是采用Modebus协议，所以收到的数据帧都是包含了数据地址位的，若得到直接上传指令，则将接收到的数据暂存于存储单元，在接收到用户侧的命令后，主控会将数据封装后上传至服务器；当得到的是转发指令，主控会根据指令的要求把数据通过某种通信方式将数据传到下一终端设备上。

3.根据权利要求2所述的一种基于modbus协议的混合组网工业终端设备，其特征在于：所述混合组网工业终端设备还包括电压转压单元，时钟电路，复位电路，下载电路，以太网模块和数据总线。

4.根据权利要求2所述的一种基于modbus协议的混合组网工业终端设备，其特征在于：所述存储单元包含flash存储器和RAM存储器，其中源代码是存储在flash中，这在芯片启动模式中可以选择从flash启动，RAM存储器主要是存放临时数据如存放局部变量。

5.根据权利要求2所述的一种基于modbus协议的混合组网工业终端设备，其特征在于：数据处理单元进行数据处理时分为处理指令和对数据的处理：指令的处理是对上位机发送来的指令进行解析，针对不同的指令做出对应的处理行为，可以根据指令的不同，数据处理模块可以把数据上传上位机，也可以通过其他接口向远端发送，并且能规定上传的数据位数和数据的起始地址；数据处理模块在对数据的处理上是分为模块间传输和对上位机的传输，模块之间的传输主要是通过加固定的数据帧头和数据帧尾来区分数据包，通过固定的接收协议，接收端在开始接收数据的时候就会开始判断，只有正确的数据才会被接收，错误的数据包将会直接丢弃；对上位机的传输则是把整个接收到的数据包整体进行封包，这里采用uip协议栈进行封装，主要是加ip地址，子网掩码，网关及mac地址，上位机在接收到数据后会拆包最后得到有效数据。