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基于DeviceNet-Modbus的协议转换模块研究

作　者: 王清
导　师: 陈在平
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: DeviceNet Modbus 现场总线 面向对象 接口电路 协议转换
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


DeviceNet是基于CAN总线的一种开放式现场总线技术。此协议采用面向对象的分析方法，在工业领域得到了越来越广泛的应用，并已经成为一种国家标准。Modbus通讯规约最早是应用在电子控制器上的一种通讯语言，通过Modbus通讯协议，可以实现控制器之间，以及控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间的通信。目前，国内工业现场的许多设备都具有RS - 232、RS - 485或者是RS- 422串行通信硬件接口，采用自定义的简单通信协议或者Modbus协议来实现通信功能，但其中多数并不具备作为DeviceNet从站进行通信的功能。所以研究设计一种把Modbus协议转换成DeviceNet协议的装置具有重要的研究意义和应用价值。因此，本课题研究设计基于DeviceNet-Modbus的协议转换装置，实现了带有Modbus接口的工业设备在DeviceNet总线上进行通信的功能。主要内容包括：1、首先介绍了现场总线的国内外发展现状、本课题的研究内容与意义。然后利用DeviceNet采用面向对象的分析方法，全面简析了DeviceNet总线协议的报文类型，对象模型的建立以及通讯模式的选择。最后，研究了Modbus通讯协议技术，包括协议的接口技术以及报文格式。2、深入研究实现利用一块微控制器实现DeviceNet与Modbus两个协议栈之间通信技术的关键问题，并设计出了总体方案。在此基础上给出了软硬件上的有效解决方法。在硬件设计上实现了以单片机和CAN控制器芯片为核心的DeviceNet总线接口模块电路及以单片机、RS485收发器为核心的Modbus接口模块电路。在软件上采用C51语言实现了Modbus通信协议程序、预定义主/从连接从站协议程序，软件功能模块包括报文收发模块、标识对象等基本对象模块、显式报文处理模块、轮询I/O报文处理模块等。通过软硬件实现方法，完成了不同网络间数据的可靠通信。3、根据DeviceNet和Modbus从站测试等方面的技术与功能要求，对测试方案进行了深入的分析与论证，搭建DeviceNet从站实验测试平台，连接带有Modbus接口设备进行实验测试。详细分析了实验结果，证实了论文所提出的设计方案的正确性，实现了Modbus设备与DeviceNet现场总线的通信功能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 现场总线概述  11-14
    1.1.1 现场总线发展现状  11-12
    1.1.2 现场总线的特点  12
    1.1.3 典型的现场总线介绍  12-14
  1.2 协议转换技术国内外研究现状  14-15
  1.3 课题研究目的及意义  15
  1.4 课题主要研究内容  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章 DeviceNet-Modbus协议转换总体方案设计  17-19
  2.1 DeviceNet-Modbus协议转换原理  17-18
  2.2 DeviceNet-Modbus总体方案设计  18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 Modbus通信协议和DeviceNet协议规范  19-32
  3.1 Modbus通信协议  19-21
    3.1.1 Modbus协议简述  19
    3.1.2 Modbus数据单元  19-20
    3.1.3 Modbus通信原理  20
    3.1.4 Modbus标准功能码  20-21
  3.2 Modbus串行链路层协议  21-25
    3.2.1 串行链路层协议简述  21
    3.2.2 Modbus数据链路层  21-25
  3.3 DeviceNet总线技术概述  25-26
  3.4 DeviceNet通信模型  26-31
    3.4.1 网络参考模型  26-29
    3.4.2 DeviceNet对象模型  29-30
    3.4.3 预定义主从连接组  30
    3.4.4 DeviceNet设备描述  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章 协议转换硬件设计与实现  32-37
  4.1 硬件结构的搭建  32-33
  4.2 硬件各组成部分的设计  33-36
    4.2.1 DeviceNet接口电路  33-34
    4.2.2 Modbus接口电路  34-35
    4.2.3 参数设置电路  35
    4.2.4 电源电路  35-36
  4.3 本章小结  36-37
第五章 协议转换的软件设计与实现  37-51
  5.1 程序主体框架设计  37-38
  5.2 Modbus通信接口的程序设计  38-39
  5.3 DeviceNet通信接口的程序设计  39-47
    5.3.1 系统的初始化  39-40
    5.3.2 重复MAC ID检测  40-41
    5.3.3 需要支持的报文  41-43
    5.3.4 连接的建立  43-44
    5.3.5 DeviceNet报文的收发  44-46
    5.3.6 DeviceNet报文的处理  46-47
  5.4 DeviceNet-Modbus协议转换程序设计  47-49
    5.4.1 协议转换器对象模型的建立  47-48
    5.4.2 协议转换的设计和通信速率的匹配  48-49
  5.5 本章小结  49-51
第六章 协议转换的测试与结果分析  51-64
  6.1 测试方案的论证  51-52
    6.1.1 通信协议一致性测试原理  51-52
    6.1.2 协议转换模块测试方案论证  52
  6.2 测试平台的搭建  52-53
  6.3 实验结果与分析  53-62
    6.3.1 协议转换模块的扫描与映射  53-59
    6.3.2 主控制器编程  59
    6.3.3 轮询数据触发方式下的数据通信  59-62
    6.3.4 实验结论  62
  6.4 协议转换模块的配置与使用说明  62-63
  6.5 本章小结  63-64
第七章 结论与展望  64-66
  7.1 结论  64-65
  7.2 展望  65-66
参考文献  66-68
发表论文和科研情况说明  68-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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