基于Modbus的应急电源监控系统的研究

1 引 言

　　随着环保和消防要求的提高，柴油发电机逐渐失去优势，而由于逆变技术的成熟发展，新型无公害、高可靠性、动力型的大型应急电源EPS(Emergency Power Supply)逐步成为代替柴油发电机组的“绿色电源”，目前已经在建筑领域得到大面积推广。同时，随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。将所有的功能集成于统一开放的平台上，通过人机界面可以使复杂的控制和数据处理变得更加简单。

　　2 监控系统设计

　　美国电子工业协会(EIA)制定的RS 485标准作为一种多点差分数据传输的电气规范，现已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信。平衡发送、平衡接收，具有传输距离远、通信速率高、抗干扰能力强、软硬件支持丰富与现场仪表接口简单、易于实现和扩展等特点。接口总线上可连接32个设备，加中继器后最多可达255个设备。因此，许多领域都采用RS 485作为数据传输链路，例如汽车电子、电信设备、局域网、蜂窝基站、工业控制仪器仪表等。本系统采用一台PC作为上位机，下位机由若干台P89C51单片机担任，监控系统结构图如图1所示。

　　上位机的RS 232串行口通过RS 232／RS 485转换器转换为RS 485总线，各下位机通过MAX485芯片连接到总线上。各个下位机设有自己惟一的地址，且下位机之间不能通信，一切通信受上位机控制。开始时，所有下位机都处于监听状态，等待上位机发出指令。当上位机发出指令时，所有下位机都接收并且将其中的地址帧与自己的地址比较，如果相同则继续接收后面的指令或数据，若不同则不予理睬。

　　3 通信协议Modbus

　　Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以通信。他已经成为一通用工业标准，不同厂商生产的控制设备利用其可以连成工业网络，进行集中监控。

　　Modbus协议定义了消息域格式和内容的公共格式，如表1和表2所示，使控制器能认识和使用消息结构，而无需考虑通信网络的拓扑结构。他描述了一个控制器访问其他设备的过程，当采用Modbus协议通信时，此协议规定每个控制器需要知道自己的设备地址，识别按地址发来的消息，如何响应来自其他设备的请求，如何侦测错误并记录。

　　系统通信采用主从技术，即只有主设备能发出查询，从设备响应消息。主设备可单独和从设备通信，从设备返回一个消息。如果采用广播方式(地址为零)查询，从设备不作任何回应。

　　Modbus协议有两种模式：ASCII和RTU模式。一个Modbus通信系统中只能选择一种模式，不允许两种模式混合使用。本系统采用RTU模式，消息的起始位以至少3.5个字符传输时间的停顿开始(一般采用4个)，在传输完最后一个字符后，有一个至少3.5个字符传输时间的停顿来标识结束。一个新的消息可在此停顿后开始。在接收期间，如果等待接收下一个字符的时间超过1.5个字符传输时间，则认为是下一个消息的开始。校验码采用CRC16方式，只对设备地址、功能代码和数据段进行。整个消息帧必须作为一连续的流传输，传输速率较ASCII模式高。

　　Modbus可能的从设备地址是0～247(十进制)，单个设备的地址范围是1～247。可能的功能代码范围是十进制的1～255。其中有些代码适用于所有的控制器，有些是针对某种Modicon控制器，有些是为用户保留或备用。