CN220067457U - 一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置包括升级管理服务器、至少1个网络转串口模块和至少1个传感器终端升级模块。升级管理服务器安装在Modbus TCP网络的控制中心；网络转串口模块和传感器终端升级模块安装在Modbus TCP网络的各个工业生产作业现场。升级管理服务器通过以太网与网络转串口模块相连；网络转串口模块与传感器终端升级模块通过网线直接连接；传感器终端节点与传感器终端升级模块连接。本实用新型以Modbus TCP网络构架为基础布设，用于解决基于Modbus TCP网络的工业控制系统中各个传感器终端节点升级困难的问题，实现远程管理传感器终端节点固件版本，降低维护成本和开发难度。

Description

一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置

技术领域

本实用新型涉及工业生产作业技术领域，具体涉及一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置。

背景技术

传感器是能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。在基于Modbus TCP网络的工业控制系统中，传感器终端节点是实现自动检测和自动控制的首要环节。在实际应用中，传感器终端节点在设计开发中受到前期需求分析、开发人员技术能力等限制，后期运行过程中常常需要进行代码升级。然而，在基于ModbusTCP网络的工业控制系统中，传感器终端节点往往安装在环境复杂的工业生产作业现场，这给传感器终端节点的升级维护带来较大困难，人力成本高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点存在升级困难的问题，提供一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，包括升级管理服务器、至少1个网络转串口模块和至少1个传感器终端升级模块；升级管理服务器安装在ModbusTCP网络的控制中心；网络转串口模块和传感器终端升级模块安装在Modbus TCP网络的各个工业生产作业现场；每个网络转串口模块由网络串口透传电路和第一差分信号接口电路组成；网络串口透传电路和第一差分信号接口电路相连；传感器终端升级模块由单片机电路、第二差分信号接口电路、升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器组成；第二差分信号接口电路与单片机电路相连；单片机电路与升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器相连；Modbus TCP网络的传感器终端节点与单片机电路相连；升级管理服务器通过以太网与网络转串口模块的网络串口透传电路相连；网络转串口模块的第一差分信号接口电路与传感器终端升级模块的第二差分信号接口电路通过网线直接连接。

上述方案中，网络转串口模块和传感器终端升级模块的数量相同。

上述方案中，每组网络转串口模块和传感器终端升级模块处于Modbus TCP网络中同一个工业生产作业现场，且该工业生产作业现场的所有传感器终端节点均与传感器终端升级模块的单片机电路连接。

上述方案中，第一差分信号接口电路和第二差分信号接口电路均为RS485差分信号接口电路。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，其以Modbus TCP网络构架为基础布设升级管理服务器、网络转串口模块和传感器终端升级模块，用于解决基于Modbus TCP网络的工业控制系统中各个传感器终端节点升级困难的问题，实现远程管理传感器终端节点固件版本，降低维护成本和开发难度。

附图说明

图1为一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

参见图1，一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，包括升级管理服务器、至少1个网络转串口模块和至少1个传感器终端升级模块。根据基于Modbus TCP网络的工业控制系统中网络构架，升级管理服务器安装在Modbus TCP网络的控制中心，网络转串口模块和传感器终端升级模块安装在Modbus TCP网络的各个工业生产作业现场。在本实用新型优选实施例中，网络转串口模块和传感器终端升级模块的数量相同，每组网络转串口模块和传感器终端升级模块处于Modbus TCP网络中同一个工业生产作业现场，且该工业生产作业现场的所有传感器终端节点均与传感器终端升级模块的单片机电路连接。

每个网络转串口模块由网络串口透传电路和第一差分信号接口电路组成。升级管理服务器通过以太网与网络转串口模块的网络串口透传电路相连。网络串口透传电路和第一差分信号接口电路相连。在本实用新型优选实施例中，网络串口透传电路由CH9121芯片及其外围电路构成，第一差分信号接口电路由SP3072EE芯片及其外围电路构成。升级管理服务器一侧的以太网口与CH9121芯片通过RD-和RXN相连、RD+和RXP相连、TD-和TXN相连、TD+和TXP相连，实现以太网信号与TTL信号的转换。CH9121芯片的RXD1与SP3072EE芯片的数据接收输出引脚RO相连，CH9121芯片的TXD1与SP3072EE芯片数据输入DI相连，实现以太网数据和RS485总线数据的转换。SP3072EE芯片实现TTL信号与RS485总线信号的转换。

传感器终端升级模块由单片机电路、第二差分信号接口电路、升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器组成。网络转串口模块的第一差分信号接口电路与传感器终端升级模块的第二差分信号接口电路通过网线直接连接。第二差分信号接口电路与单片机电路相连。单片机电路与升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器相连。Modbus TCP网络的传感器终端节点与单片机电路相连。在本实用新型优选实施例中，单片机电路由STM32系列芯片及其外围电路构成，第二差分信号接口电路由MAX485芯片及其外围电路构成，3个存储器即升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器可以是STM32单片机的片内储存，也可以使用外置FLASH存储。

网络转串口模块的SP3072EE芯片与MAX485芯片与两根AB差分信号线连接，实现RS485总线信号与TTL信号的转换。STM32单片机的串口接收引脚RX与MAX485芯片的数据接收输出引脚RO相连，STM32单片机串口发送引脚TX与MAX485芯片的数据输入DI相连，实现Modbus数据的接收和发送。3个存储模块与STM32单片机连接，其中升级程序存储器用于存储控制固件升级的Bootloader程序，当前版本应用程序存储器用于存储传感器终端节点当前使用的固件版本(即当前版本应用程序)，新版本应用程序存储器用于存储传感器终端节点待升级的固件版本(即新版本应用程序)，其中Bootloader程序沿用现有技术已有的程序，当前版本应用程序和新版本应用程序均为给定的各个存储传感器终端节点所设计的程序，本实用新型并没有对Bootloader程序、当前版本应用程序和新版本应用程序进行改进，而只是提供3个存储模块来存储这三种类型的程序空间而已。处于工业生产作业现场的传感器终端节点与STM32单片机的不同IO口进行连接，实现对传感器的处理和数据的采集。

升级管理服务器用于管理Modbus TCP网络内的所有传感器终端升级模块的传感器终端节点的升级操作，要求能够向传感器终端升级模块接收和发送升级相关数据，远程操作所有传感器终端升级模块。网络转串口模块将升级管理服务器传输的数据转化为RS485差分信号，发送至传感器终端升级模块，同时将传感器终端升级模块返回的数据转换为以太网信号传输至升级管理服务器。传感器终端升级模块采集传感器终端节点的当前版本应用程序，同时具有与升级管理服务器交互新版本应用程序，并完成传感器终端节点自身应用程序升级。

遵循Modbus协议的主从模式，将升级管理服务器设置为主设备，传感器终端升级模块作为从设备，主从设备经由网络转串口模块进行数据转换。升级管理服务器通过Modbus TCP网络将数据传输到网络转串口模块，网络转串口模块将数据转换为RS485差分总线信号，发送给传感器终端升级模块。因为RS485协议为半双工通信，所以传感器终端升级模块中，STM32单片机的IO口对RE输出高电平，对DE输出低电平，传感器终端升级模块保持为数据接收状态。传感器终端升级模块接收到来自Modbus总线上的指令数据帧，进行相应处理之后将Modbus总线切换到发送状态，向升级管理服务器发送对应Modbus响应帧，发送到网络转串口模块，传感器终端升级模块在完成响应之后，切换回总线数据接收状态。

本实用新型的工作过程如下：

升级管理服务器按照点对点的方式向各个传感器终端升级模块发送采集指令，传感器终端升级模块的单片机电路根据采集指令对旗下各个传感器终端节点当前所运行的程序即当前固件版本进行采集，并存储到传感器终端升级模块的当前版本应用程序存储器中，然后向升级管理服务器返回对应的响应。

当升级管理服务器需要对Modbus TCP网络的传感器终端节点进行升级时，升级管理服务器按照点对点的方式向待升级的传感器终端节点所属的传感器终端升级模块发送升级指令，传感器终端升级模块的单片机电路根据升级指令对升级管理服务器进行身份认证：如果身份认证失败，则返回身份错误的响应至升级管理服务器；如果身份认证成功，则返回身份正确的响应至升级管理服务器。当升级管理服务器收到身份正确的响应后，升级管理服务器开始逐帧发送新版本应用程序至传感器终端升级模块，传感器终端升级模块的单片机电路将新版本应用程序存储到新版本应用程序存储器中。

在新版本应用程序传输过程完成后，传感器终端升级模块的单片机电路调取新版本应用程序存储器中存储的新版本应用程序和升级程序存储器中存储的Bootloader程序，并利用Bootloader程序将新版本应用程序写入对应的传感器终端节点，并返回升级成功的响应至升级管理服务器。若新版本应用程序写入对应的传感器终端节点的过程中出现错误，传感器终端升级模块的单片机电路调取当前版本应用程序存储器中存储的当前版本应用程序和升级程序存储器中存储的Bootloader程序，并利用Bootloader程序将当前版本应用程序重新写入对应的传感器终端节点，并返回升级失败的响应至升级管理服务器。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，其特征是，包括升级管理服务器、至少1个网络转串口模块和至少1个传感器终端升级模块；

升级管理服务器安装在Modbus TCP网络的控制中心；网络转串口模块和传感器终端升级模块安装在Modbus TCP网络的各个工业生产作业现场；

每个网络转串口模块由网络串口透传电路和第一差分信号接口电路组成；网络串口透传电路和第一差分信号接口电路相连；

传感器终端升级模块由单片机电路、第二差分信号接口电路、升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器组成；第二差分信号接口电路与单片机电路相连；单片机电路与升级程序存储器、当前版本应用程序存储器和新版本应用程序存储器相连；Modbus TCP网络的传感器终端节点与单片机电路相连；

升级管理服务器通过以太网与网络转串口模块的网络串口透传电路相连；网络转串口模块的第一差分信号接口电路与传感器终端升级模块的第二差分信号接口电路通过网线直接连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，其特征是，网络转串口模块和传感器终端升级模块的数量相同。

3.根据权利要求2所述的一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，其特征是，每组网络转串口模块和传感器终端升级模块处于Modbus TCP网络中同一个工业生产作业现场，且该工业生产作业现场的所有传感器终端节点均与传感器终端升级模块的单片机电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种应用于Modbus TCP网络的传感器终端节点升级装置，其特征是，第一差分信号接口电路和第二差分信号接口电路均为RS485差分信号接口电路。