CN103945017A - 一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法及转换装置 - Google Patents
一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法及转换装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置及其一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,是将Modbus技术和ZigBee技术结合,采用Modbus协议转换器将ZigBee无线网络和Modbus工业总线相连接,同时用Modbus地址自动映射ZigBee节点地址的方式,快速、方便地实现对ZigBee节点数据的存取,对于特殊环境、特殊要求的应用,例如无布线快速应用、电池供电传感器环境监测等,是一种很有优势的可选方案。
Description
技术领域
本发明属于电子技术应用领域,具体涉及一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法及转换装置。
背景技术
现在Modbus已经是工业领域全球最流行的串行链路协议。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,智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。采用它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。
ZigBee 是在IEEE802.15.4规范的基础上发展来的一种无线连接技术的商业化命名,该无线连接技术主要适用于低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网,其在监控应用中一般要接入上层网络,而在上层的应用中,ZigBee并没有一种成熟的统一标准。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法及转换装置,本发明是将Modbus技术和ZigBee技术结合,对于特殊环境、特殊要求的应用,例如无布线快速应用、电池供电传感器环境监测等,是一种很有优势的可选方案。
本发明涉及的一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,是将Modbus技术和ZigBee技术结合,采用通用的双串口单片机(MPU),并根据需要监控的传感器数量选择不同内存容量的型号。
其中一个串口和ZigBee的协调器相连,根据具体装置结构的不同,物理连接可以是TTL电平、也可以是转换后的RS232电平。
另一个串口和Modbus总线相连,根据需求可转换为RS232电平、RS485电平、USB转串或TCP/IP进行连接。
本发明协议转换装置即协议转换器,将Modbus协议工业总线和ZigBee协议无线网络相连接,通过Modbus地址对应ZigBee节点地址的方式存取ZigBee节点的数据。
ZigBee***由一个协调器、数个路由器节点、数个终端节点组成,终端或路由器可连接数个不同的传感器,终端节点采用周期性休眠方式工作,以达到低功耗长期电池供电的目的。
Modbus后台监控,可采用容易获得的Modbus模组,可以是电脑软件,也可以是监控模块,其功能由此模组决定。由于,各ZigBee节点的传感器数据已映射成了Modbus节点数据,因此可以方便快速地用Modbus模组建立监控环境。
本发明的涉及的一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,是Modbus协议装置通过Modbus协议转换电路与ZigBee协议无线网络相连接,通过Modbus地址对应ZigBee节点地址的方式存取ZigBee节点的数据,ZigBee***由一个协调器、数个路由器、数个终端设备组成,终端或路由器连接应用对象。Modbus转换电路,通过串口与ZigBee***连接,自动映射技术方法包括以下步骤:
1)ZigBee***各节点与协调器通信,通过协调器的串口发送或接收。
2)Modbus转换电路采用自定义协议与ZigBee通信,经过电路中的CPU协议转换后,通过转换电路中的另一串口送出符合Modbus协议的数据。
3)地址映射在转换器中自动进行,在协议转换器中分配一片连续的Modbus地址区,协议转换器根据ZigBee节点加入网络的先后循序分配Modbus地址,每个Modbus地址映射一个ZigBee节点地址。
4)ZigBee节点地址以及对应的Modbus映射地址,都保存在转换器中,可用协议转换器自己的Modbus地址读出。从而可确定哪个Modbus映射地址对应哪个ZigBee节点。
5)上位机对数据的监控,若协议转换器接收的是ZigBee节点映射的Modbus地址命令包,根据对应的数据指针修改或读取数据,并返回Modbus应答包。若是修改数据,则将对应的ZigBee地址和要修改的数据封装成ZigBee指令,通过串口1发送给Zigbee的网络协调器,在协调器中再转换成ZigBee协议发送到相应节点。
所述步骤1中通信方式为:ZigBee***各节点上行的采集数据或下行的控制数据采用点对点方式,与协调器通信,通信的数据中包含有节点的地址信息,将这些信息打包成自定义协议。
所述步骤3所述的ZigBee节点地址可以是短地址,也可以是IEEE 64位地址,或者是可以区分每个节点的IEEE 64位地址的一部分,每个Modbus地址对应一个ZigBee节点。
所述步骤3中,地址分配完成后固化映射表,地址固化后,新加入的节点可继续映射未分配的Modbus地址。
本发明的有益效果是充分保留ZigBee无线网络低成本、低功耗、低复杂度、安全可靠、无布线等优势,同时又发挥Modbus协议有众多的应用模式的优势,从而建立一种简易、快捷、方便的Zigbee现场应用模式。
附图说明
图1 环境数据采集应用示意图;
图2 ZigBee-Modbus地址自动映射流程图;
图3 ZigBee-Modbus映射地址数据使用流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明,但不是对本发明的限制。
实施例:采用Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法所设计的环境数据采集应用,由图1所示,ZigBee***由一个协调器、数个路由器、数个终端设备组成,终端或路由器节点连接环境数据采集传感器,终端节点采用定时采集数据,其余时间睡眠的方式工作,从而使采用电池供电,能提供2-3年的工作时间。
协议转换器,通过串口1与ZigBee***连接,通过串口2转换成RS485电平与Modbus总线连接,使上位机能够利用采集的数据进行监控。
采用Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法所设计的环境数据采集应用,由图1所示,ZigBee***由一个协调器、数个路由器、数个终端设备组成,终端或路由器节点连接环境数据采集传感器,终端节点采用定时采集数据,其余时间睡眠的方式工作,从而使采用电池供电,能提供2~3年的工作时间。Modbus转换电路也即协议转换器,通过串口1与ZigBee***连接,通过串口2转换成RS485电平与Modbus总线连接,使上位机能够利用采集的数据进行监控。
自动映射技术方法包括以下步骤:
1)ZigBee***各节点上行的采集数据或下行的控制数据通过点对点方式,与协调器通信,通信的数据中包含有节点的地址信息及采集的数据,将这些信息打包成自定义协议,通过协调器的串口发送或接收。
2)Modbus转换电路采用自定义协议与ZigBee通信,经过电路中的CPU协议转换后,通过转换电路中的串口2送出符合Modbus协议的数据。
3)在转换器中分配一片连续的Modbus地址区,每个Modbus地址映射一个ZigBee节点地址。
4)地址映射在转换器中自动进行,如图2所示,协议转换器根据ZigBee节点加入网络的先后循序分配Modbus地址:当接收到一个数据包,如数据包中的ZigBeed地址没有记录在映射表中,即是一个新地址,则保存这个地址,同时按顺序对应映射一个没有使用的Modbus地址,并将数据保存在对应的数据区;如数据包中的ZigBee地址已在映射表中,即是一个旧地址,则更新对应数据区中的数据。地址分配完成后可固化映射表,即可防止上位机应用程序中的数据读取混乱。地址固化后,新加入的节点可继续映射未分配的Modbus地址。
5)ZigBee节点地址以及对应的Modbus映射地址,都保存在转换器中,可用转换器自己的Modbus地址读出。从而可确定哪个Modbus映射地址对应哪个ZigBee节点。
6)上位机对数据的监控如图3所示,若协议转换器接收的是ZigBee节点映射的Modbus地址命令包,根据对应的数据指针修改或读取数据,并返回Modbus应答包。若是修改数据(例如节点采样间隔时间),则将对应的ZigBee地址和要修改的数据封装成ZigBee指令,通过串口1发送给Zigbee的网络协调器,在协调器中再转换成ZigBee协议发送到相应节点。
7)将Modbus地址和ZigBee的网络地址一一对应映射,将ZigBee的应用对象数据挂在相应的Modbus地址对应的数据中,即可将两种技术取长补短,有机地结合在一起,两百多个从节点,每节点两百多个应用对象,足够应付一般的小型无线网络应用。
本例的协议转换器采用的CPU为STC15F系列的8051单片机,其RAM容量只有2048字节,可以采集64个节点共138个传感器的数据。如采用大容量的CPU如STM32系列的ARM芯片,就可以达到最大的传感器数量要求。
Claims (10)
1.一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,其特征是采用通用的双串口单片机,通过串口同时与ZigBee无线网络和Modbus总线相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,其特征是所述ZigBee***由一个协调器、数个路由器、数个终端设备组成,终端或路由器节点连接数个传感器应用对象。
3.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,其特征是所述Modbus后台监控,可采用容易获得的Modbus模组,可以是电脑软件,也可以是监控模块,其功能由此模组决定。
4.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,其特征是其中一个串口和ZigBee的协调器相连,根据具体装置结构的不同,物理连接可以是TTL电平、也可以是转换后的RS232电平。
5.根据权利要求1所述的一种基于Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术的转换装置,其特征是另一个串口和Modbus总线相连,根据需求可转换为RS232电平、RS485电平、USB转串或TCP/IP进行连接。
6.一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,其特征是Modbus协议装置通过Modbus协议转换电路与ZigBee协议无线网络相连接,通过Modbus地址对应ZigBee节点地址的方式存取ZigBee节点的数据,ZigBee***由一个协调器、数个路由器、数个终端设备组成,终端或路由器连接应用对象;
Modbus转换电路,通过串口与ZigBee***连接,自动映射技术方法包括以下步骤:
1)ZigBee***各节点与协调器通信,通过协调器的串口发送或接收;
2)Modbus转换电路采用自定义协议与ZigBee通信,经过电路中的CPU协议转换后,通过转换电路中的另一串口送出符合Modbus协议的数据;
3)地址映射在转换器中自动进行,在协议转换器中分配一片连续的Modbus地址区,协议转换器根据ZigBee节点加入网络的先后循序分配Modbus地址,每个Modbus地址映射一个ZigBee节点地址;
4)ZigBee节点地址以及对应的Modbus映射地址,都保存在转换器中,可用协议转换器自己的Modbus地址读出,从而可确定哪个Modbus映射地址对应哪个ZigBee节点;
5)上位机对数据的监控,若协议转换器接收的是ZigBee节点映射的Modbus地址命令包,根据对应的数据指针修改或读取数据,并返回Modbus应答包,若是修改数据,则将对应的ZigBee地址和要修改的数据封装成ZigBee指令,通过串口1发送给Zigbee的网络协调器,在协调器中再转换成ZigBee协议发送到相应节点。
7.根据权利要求1所述的一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,其特征是所述步骤1中通信方式为:ZigBee***各节点上行的采集数据或下行的控制数据采用点对点方式,与协调器通信,通信的数据中包含有节点的地址信息,将这些信息打包成自定义协议。
8.根据权利要求1所述的一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,其特征是步骤3所述的ZigBee节点地址可以是短地址,也可以是IEEE 64位地址,或者是可以区分每个节点的IEEE 64位地址的一部分,每个Modbus地址对应一个ZigBee节点。
9. 根据权利要求1所述的一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,其特征是所述步骤3所述的地址映射在转换器中自动进行,协议转换器根据ZigBee节点加入网络的先后循序分配Modbus地址。
10.根据权利要求1所述的一种Modbus-ZigBee协议衔接地址自动映射技术方法,其特征是所述步骤3中,地址分配完成后固化映射表,地址固化后,新加入的节点可继续映射未分配的Modbus地址。
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