Modbus协议研究及其实验系统的设计

摘要

目前,现场总线已成为工业控制领域技术发展的热点之一。Modbus总线具有协议简单、实施容易、性价比高等优点,在工业自动化和智能仪器仪表等领域内应用较广。然而目前国内市场上低端应用产品较多,针对Modbus核心技术的研究较少。本文在研究Modbus协议的基础上,结合Modbus应用层和串行数据链路层规范,对ModbusRTU协议进行了性能分析,利用现场总线性能评价指标对Modbus协议的协议效率、吞吐量、网络效率等性能指标进行了定量的分析,并从现场总线的各个层面论述了Modbus协议在实时性与可靠性方面所表现出来的优劣。进而根据Modbus协议内容,设计了Modbus实验系统,并提供能够反映Modbus关键技术和核心内容的代表性实验。实验系统的设计体现了模块化思想,按照从系统到节点、再到单元电路,从具体实验项目流程到各个节点的主程序流程、再到最小功能子程序模块的次序,给出了Modbus实验系统的设计思路和方法。系统解决了总线上相邻字符的间隔时间界定和干扰CRC校验码等关键问题。在硬件上划分为单元电路,对硬件结构框图和各主要部分的原理图进行了论述,软件上给出了几个典型实验的主程序流程图以及一些通用的功能子程序流程图。最后给出的实验结果,是对Modbus实验和协议的一个直观反映。本文对Modbus协议做了较为深入的分析研究,设计的Modbus实验系统及项目具有代表性,有助于加深理解和掌握Modbus关键技术,为深入开发Modbus及其他总线产品提供了参考。同时,实验系统节点是严格遵循Modbus协议的通信节点,能够按照Modbus协议实现对远程离散量的采集和控制,也可以通过扩展A/D或D/A模块方便地实现对模拟量的采集和控制,具有较强的实用价值。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 Modbus 协议

2.1 Modbus 应用层协议

2.2 Modbus 协议在串行链路层上的实现

2.3 本章小结

第3章 Modbus 协议性能分析

3.1 现场总线性能评价指标

3.2 Modbus 性能分析

3.3 Modbus 实时性分析

3.4 Modbus 可靠性分析

3.5 本章小结

第4章 实验系统项目规划及硬件设计

4.1 实验系统功能设计

4.2 实验项目

4.3 系统硬件设计

4.4 本章小结

第5章 实验系统软件实现

5.1 软件实现

5.2 典型实验的数据及结果

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢