具有本安接口的多协议转换器的研究

摘要

随着工业控制系统的分散化、网络化、智能化发展，以控制技术、计算机技术、通信技术为基础的现场总线技术，由于其具有减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等优点，自20世纪70年代诞生至今，受到全世界的普遍关注，得到了广泛的推广，成为全球工业自动化技术的热点。
　　 为了使煤矿井下基于Modbus总线、CAN总线和以太网三种不同协议的设备和监控系统能够互通互联，形成综合的自动化系统，本文探讨了一种具有本安接口的嵌入式多协议转换器的设计和实现，可以同时实现Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议三种协议之间的相互转换功能。硬件使用了32位ARM微控制器LPC2292，并外扩了16K位串行CMOS E2PROM和液晶显示模块，在软件设计上，采用了μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统。
　　 首先，论文介绍了课题产生的背景，现场总线技术和以太网技术发展的现状、现场总线在煤矿井下的应用以及课题研究的意义。
　　 其次，论文介绍了一些和课题有关的理论知识，重点介绍了嵌入式系统和μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统、Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议簇，以及这三种协议在课题中简化实现。
　　 然后，论文详细介绍了这个具有本安接口的多协议转换器的硬件电路设计和软件设计，并给出了部分电路原理图，在软件设计上，先重点介绍了Modbus总线协议、CAN总线协议和TCP/IP协议在系统中嵌入与实现，之后介绍了系统的多协议转换功能的软件实现，包括在μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统中的任务划分和多任务调度机制的实现，以及系统的功能调试过程。
　　 最后，论文对课题进行了总结，指出系统的相关问题和后续工作中应该努力改善和提高的地方。