CN208158631U - 一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，包括：第一串行异步通信接口1，用于对外部设备提供链路；CPU2，CPU2与第一串行异步通信接口1电连接，用于进行Modbus与IP报文协议转换；连接状态指示单元3，连接状态指示单元3与CPU2电连接，用于指示Modbus、WiFi和TCP连接状态；第二串行异步通信接口4，第二串行异步通信接口4与CPU2电连接，用于提供CPU2与WiFi模块5的通路；WiFi模块5，WiFi模块5与CPU2电连接，并与第二串行异步通信接口4电连接。利用本实用新型的装置可以通过WiFi接入互联网，利用TCP协议的IP报文传输ModbusRTU数据帧，解决了当前具有Modbus协议接口的现场仪表无法利用WiFi进行数据远程传输的问题。

Description

一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置

技术领域

本实用新型涉及数据传输领域，尤其涉及一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置。

背景技术

物联网技术正在逐步应用于工业现场设备和智能家居设备和医疗器械等行业，并随着互联网+的深入，物联网将提供低成本和便捷的数据采集与控制手段。在当前现场设备运行过程中，设备的运行状态通常就地存储，对于厂家的售后服务和故障诊断需要现场调取运行记录或使用人员的描述，过程繁琐或转述偏差，不利于快速定位问题和故障诊断，并且增加了售后服务成本。

实用新型内容

本实用新型旨在至少克服上述缺陷之一提供一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

本实用新型的一个方面提供了一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，包括：第一串行异步通信接口1，用于对外部设备提供链路；CPU2，CPU2与第一串行异步通信接口1电连接，用于进行Modbus与IP报文协议转换；连接状态指示单元3，连接状态指示单元3与CPU2电连接，用于指示Modbus、WiFi和TCP连接状态；第二串行异步通信接口4，第二串行异步通信接口4与CPU2电连接，用于提供CPU2与WiFi模块5的通路；WiFi模块5，WiFi模块5与CPU2电连接，并与第二串行异步通信接口4电连接，用于为远端服务器提供数据传输通路。

另外，装置还包括：APP设置单元6，APP设置单元6与WiFi模块5电连接，用于设置WiFi模块5。

另外，装置还包括：模式切换单元7，模式切换单元7与CPU2电连接，用于控制CPU2进行设置模式和运行模式的切换。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，采用本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，其Modbus协议作为通用协议标准，绝大部分现场设备均支持UART接口，可以方便的与现场设备的进行连接，从而方便获取现场设备的运行数据和工作状态，同时，利用现有的WiFi网络提供了数据远程传输的信道，通信链路不易受干扰、可靠稳定，使得互联网接入成本低且可靠性高。

另外，由于只需要利用手机App即可完成互联网的接入，使得参数设置更加便捷，进一步便于通过服务器端程序远程对采集参数的设置与控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量或位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置的结构示意图，参见图1，本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，包括：

第一串行异步通信接口1，用于对外部设备提供链路；

CPU2，CPU2与第一串行异步通信接口1电连接，用于进行Modbus与IP报文协议转换；

连接状态指示单元3，连接状态指示单元3与CPU2电连接，用于指示Modbus、WiFi和TCP连接状态；

第二串行异步通信接口4，第二串行异步通信接口4与CPU2电连接，用于提供CPU2与WiFi模块5的通路；

WiFi模块5，WiFi模块5与CPU2电连接，并与第二串行异步通信接口4电连接，用于为远端服务器提供数据传输通路。

由此可见，通过本实用新型提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置可以通过WiFi接入互联网，利用TCP协议的IP报文传输ModbusRTU数据帧。解决了当前具有Modbus协议接口的现场仪表无法利用WiFi进行数据远程传输的问题，从而可以实现对现场仪表的远程数据采集与远程监控，为现场仪表远程故障诊断提供技术基础，其与电话线拨号和GPRS以及以太网等通讯方式的比较，具有无需布线、无基础服务费、可靠连接和低成本等优点，可以有效减少现场调试工作量和仪表组网的快速集成。

具体地，第一串行异步通信接口1(UART1)和第二串行异步通信接口4(UART2)可以为TTL的串行异步通讯接口。连接状态指示单元3可以包含指示Modbus、WiFi和TCP连接状态三部分。WiFi模块5可以为ESP8266WiFi模块。

具体实施中，本实用新型提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置的外部接线只有TXD、RXD、GND和5V，由外部设备(现场仪表)为装置提供电源，例如提供5V电源，TXD和RXD和GND为装置与外部设备(现场仪表)进行Modbus协议通讯的物理接口，即为外部设备提供的数据接口为TTL的串行异步通讯接口，由该接口UART1提供链路，同时运行Modbus协议，外部设备作为Modbus总线的从站。通讯协议转换可以由CPU2通过UART1向外部设备发送Modbus数据帧请求，成功获取外部Modbus数据帧后，并在连接状态指示单元3中的Modbus状态指示部分进行成功接收Modbus响应帧显示；并将接收到的Modbus数据帧组建成IP报文利用UART2发送至ESP8266WiFi模块5，利用已创建的TCP连接，将IP报文发送至服务器，成功发送报文后，将WiFi联网指示通过连接状态指示单元3中WiFi状态指示部分进行显示。

由此可见，采用本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，其Modbus协议作为通用协议标准，绝大部分现场设备均支持UART接口，可以方便的与现场设备的进行连接，从而方便获取现场设备的运行数据和工作状态，同时，利用现有的WiFi网络提供了数据远程传输的信道，通信链路不易受干扰、可靠稳定，使得互联网接入成本低且可靠性高。

作为本实用新型的一个可选实施方式，本实用新型提供的装置，还包括：APP设置单元6，APP设置单元6与WiFi模块5电连接，用于设置WiFi模块5。具体地，在对本实用新型提供的装置进行WiFi入网设置时，可以利用手机App进行WiFi模块5ESP8266接入的参数SSID和PASSWORD进行配置，例如采用工具Ai-Link程序，可以采用安卓手机的工具Ai-Link程序。配置完毕后，将WiFi模块5设置为串口数据透传模式，通过服务器向模块发送报文上传频率和Modbus的首末地址，装置在接入WiFi网络后，可以实现远程对采集周期设定和现场设备Modbus数据寄存器列表的自由设定。由此可见，在进行WiFi联网时，只需要利用手机App工具Ai-Link程序6进行SSID和Password设置，保证WiFi模块5能正常接入能连接互联网的无线路由器，使得参数设置更加便捷，进一步便于通过服务器端程序远程对采集参数的设置与控制。

作为本实用新型的一个可选实施方式，本实用新型提供的装置，还包括：模式切换单元7，模式切换单元7与CPU2电连接，用于控制CPU2进行设置模式和运行模式的切换。由此可以实现CPU2的模式切换，方便使用。

以下，对本实用新型实施例提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置的工作原理进行简要说明：

通过手机App工具Ai-Link程序6对接入模块进行SSID和Password设置，使WiFi模块5能正常连接互联网的无线路由器，这时远端服务器将接收到本实用新型提供的装置所发送的心跳IP报文，通过建立的TCP连接，利用服务器端程序设置需要采集的现场设备的采样周期等参数和寄存器列表中的起始和终止地址，从0x0000到0xNNNN的地址列表中任意设定范围，获取的寄存器数据0xNNNN为原始二进制编码，装置将利用接口UART1物理链路完成对现场设备从站的Modbus数据请求，并将响应数据帧构建IP报文内容实时发送至远程服务器，在服务器端再对原始的0xNNNN二进制数据进行多字节的组合和解码得到对应物理量。同时通讯协议转换CPU2将实时检测WiFi模块接入互联网的状态并在断网时自动重连或自动重启等措施保证IP报文的成功发送。其中，工业现场仪表的Modbus RTU寄存器列表可以见下表：

		0x0000	0xNNNN
0x0001	0xNNNN
		0x0002	0xNNNN
...	...
		0xNNNN	0xNNNN

由此可见，本实用新型提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置具有如下优点：

1、与现场设备的接口方便：Modbus协议作为通用协议标准，绝大部分现场设备支持UART接口，方便获取现场设备的运行数据和工作状态。

2、低成本和可靠的互联网接入：利用现有的WiFi网络提供了数据远程传输的信道，通信链路不易受干扰、可靠稳定。

3、参数设置便捷：只需要利用手机App即可完成互联网的接入，同时通过服务器端程序可以远程对采集参数的设置与控制。

利用本实用新型提供的基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，结合现场设备已经具有的故障信息收集和运行日志，将现场设备的运行记录和工作状态组建成标准Modbus协议寄存器进行存储，并利用普及的WiFi网络将获取到现场设备的Modbus响应帧构建成IP报文，可用TCP可靠连接将IP报文实时发送至远程服务器，形成现场设备连续的工作状态和工作日志。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于WiFi和TCP的Modbus协议数据透传装置，其特征在于，包括：

第一串行异步通信接口(1)，用于对外部设备提供链路；

CPU(2)，所述CPU(2)与第一串行异步通信接口(1)电连接，用于进行Modbus与IP报文协议转换；

连接状态指示单元(3)，所述连接状态指示单元(3)与所述CPU(2)电连接，用于指示Modbus、WiFi和TCP连接状态；

第二串行异步通信接口(4)，所述第二串行异步通信接口(4)与所述CPU(2)电连接，用于提供所述CPU(2)与WiFi模块(5)的通路；

所述WiFi模块(5)，所述WiFi模块(5)与所述CPU(2)电连接，并与所述第二串行异步通信接口(4)电连接，用于为远端服务器提供数据传输通路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

APP设置单元(6)，所述APP设置单元(6)与所述WiFi模块(5)电连接，用于设置所述WiFi模块(5)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：

模式切换单元(7)，所述模式切换单元(7)与所述CPU(2)电连接，用于控制所述CPU(2)进行设置模式和运行模式的切换。