一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法及轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置及其一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法，是將Modbus技術(shù)和ZigBee技術(shù)結(jié)合，采用Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換器將ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和Modbus工業(yè)總線相連接，同時用Modbus地址自動映射ZigBee節(jié)點(diǎn)地址的方式，快速、方便地實(shí)現(xiàn)對ZigBee節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的存取，對于特殊環(huán)境、特殊要求的應(yīng)用，例如無布線快速應(yīng)用、電池供電傳感器環(huán)境監(jiān)測等，是一種很有優(yōu)勢的可選方案。
【專利說明】—種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法及轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域,具體涉及一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法及轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在Modbus已經(jīng)是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的串行鏈路協(xié)議。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備，許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS,智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。采用它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。
[0003]ZigBee是在IEEE802.15.4規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展來的一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名，該無線連接技術(shù)主要適用于低成本、低功耗、低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，其在監(jiān)控應(yīng)用中一般要接入上層網(wǎng)絡(luò)，而在上層的應(yīng)用中，ZigBee并沒有一種成熟的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法及轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明是將Modbus技術(shù)和ZigBee技術(shù)結(jié)合,對于特殊環(huán)境、特殊要求的應(yīng)用，例如無布線快速應(yīng)用、電池供電傳感器環(huán)境監(jiān)測等，是一種很有優(yōu)勢的可選方案。
[0005]本發(fā)明涉及的一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，是將Modbus技術(shù)和ZigBee技術(shù)結(jié)合，采用通用的雙串口單片機(jī)(MPU)，并根據(jù)需要監(jiān)控的傳感器數(shù)量選擇不同內(nèi)存容量的型號。
[0006]其中一個串口和ZigBee的協(xié)調(diào)器相連，根據(jù)具體裝置結(jié)構(gòu)的不同，物理連接可以是TTL電平、也可以是轉(zhuǎn)換后的RS232電平。
[0007]另一個串口和Modbus總線相連，根據(jù)需求可轉(zhuǎn)換為RS232電平、RS485電平、USB轉(zhuǎn)串或TCP/IP進(jìn)行連接。
[0008]本發(fā)明協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置即協(xié)議轉(zhuǎn)換器，將Modbus協(xié)議工業(yè)總線和ZigBee協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)相連接，通過Modbus地址對應(yīng)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址的方式存取ZigBee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器節(jié)點(diǎn)、數(shù)個終端節(jié)點(diǎn)組成，終端或路由器可連接數(shù)個不同的傳感器，終端節(jié)點(diǎn)采用周期性休眠方式工作，以達(dá)到低功耗長期電池供電的目的。
[0009]Modbus后臺監(jiān)控，可采用容易獲得的Modbus模組，可以是電腦軟件，也可以是監(jiān)控模塊，其功能由此模組決定。由于，各ZigBee節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)已映射成了 Modbus節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此可以方便快速地用Modbus模組建立監(jiān)控環(huán)境。
[0010]本發(fā)明的涉及的一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法,是Modbus協(xié)議裝置通過Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換電路與ZigBee協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)相連接，通過Modbus地址對應(yīng)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址的方式存取ZigBee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器、數(shù)個終端設(shè)備組成，終端或路由器連接應(yīng)用對象。Modbus轉(zhuǎn)換電路，通過串口與ZigBee系統(tǒng)連接，自動映射技術(shù)方法包括以下步驟:
DZigBee系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器通信，通過協(xié)調(diào)器的串口發(fā)送或接收。
[0011]2) Modbus轉(zhuǎn)換電路采用自定義協(xié)議與ZigBee通信，經(jīng)過電路中的CPU協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過轉(zhuǎn)換電路中的另一串口送出符合Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)。
[0012]3)地址映射在轉(zhuǎn)換器中自動進(jìn)行，在協(xié)議轉(zhuǎn)換器中分配一片連續(xù)的Modbus地址區(qū)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的先后循序分配Modbus地址,每個Modbus地址映射一個ZigBee節(jié)點(diǎn)地址。
[0013]4)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址以及對應(yīng)的Modbus映射地址，都保存在轉(zhuǎn)換器中，可用協(xié)議轉(zhuǎn)換器自己的Modbus地址讀出。從而可確定哪個Modbus映射地址對應(yīng)哪個ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0014]5)上位機(jī)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控，若協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收的是ZigBee節(jié)點(diǎn)映射的Modbus地址命令包，根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)指針修改或讀取數(shù)據(jù)，并返回Modbus應(yīng)答包。若是修改數(shù)據(jù)，則將對應(yīng)的ZigBee地址和要修改的數(shù)據(jù)封裝成ZigBee指令，通過串口 I發(fā)送給Zigbee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器中再轉(zhuǎn)換成ZigBee協(xié)議發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
[0015]所述步驟I中通信方式為=ZigBee系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)上行的采集數(shù)據(jù)或下行的控制數(shù)據(jù)采用點(diǎn)對點(diǎn)方式，與協(xié)調(diào)器通信，通信的數(shù)據(jù)中包含有節(jié)點(diǎn)的地址信息，將這些信息打包成自定義協(xié)議。
[0016]所述步驟3所述的ZigBee節(jié)點(diǎn)地址可以是短地址，也可以是IEEE 64位地址，或者是可以區(qū)分每個節(jié)點(diǎn)的IEEE 64位地址的一部分，每個Modbus地址對應(yīng)一個ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0017]所述步驟3中，地址分配完成后固化映射表，地址固化后，新加入的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)映射未分配的Modbus地址。
[0018]本發(fā)明的有益效果是充分保留ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)低成本、低功耗、低復(fù)雜度、安全可靠、無布線等優(yōu)勢，同時又發(fā)揮Modbus協(xié)議有眾多的應(yīng)用模式的優(yōu)勢，從而建立一種簡易、快捷、方便的Zigbee現(xiàn)場應(yīng)用模式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1環(huán)境數(shù)據(jù)采集應(yīng)用示意圖；
圖2ZigBee_Modbus地址自動映射流程圖；
圖3ZigBee-M0dbuS映射地址數(shù)據(jù)使用流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不是對本發(fā)明的限制。
[0021]實(shí)施例:采用Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法所設(shè)計(jì)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，由圖1所示，ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器、數(shù)個終端設(shè)備組成，終端或路由器節(jié)點(diǎn)連接環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器，終端節(jié)點(diǎn)采用定時采集數(shù)據(jù)，其余時間睡眠的方式工作，從而使采用電池供電，能提供2-3年的工作時間。[0022]協(xié)議轉(zhuǎn)換器，通過串口 I與ZigBee系統(tǒng)連接，通過串口 2轉(zhuǎn)換成RS485電平與Modbus總線連接，使上位機(jī)能夠利用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
[0023]采用Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法所設(shè)計(jì)的環(huán)境數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，由圖1所示，ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器、數(shù)個終端設(shè)備組成，終端或路由器節(jié)點(diǎn)連接環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器，終端節(jié)點(diǎn)采用定時采集數(shù)據(jù)，其余時間睡眠的方式工作，從而使采用電池供電，能提供2?3年的工作時間。Modbus轉(zhuǎn)換電路也即協(xié)議轉(zhuǎn)換器，通過串口I與ZigBee系統(tǒng)連接，通過串口 2轉(zhuǎn)換成RS485電平與Modbus總線連接，使上位機(jī)能夠利用采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
[0024]自動映射技術(shù)方法包括以下步驟:
DZigBee系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)上行的采集數(shù)據(jù)或下行的控制數(shù)據(jù)通過點(diǎn)對點(diǎn)方式，與協(xié)調(diào)器通信，通信的數(shù)據(jù)中包含有節(jié)點(diǎn)的地址信息及采集的數(shù)據(jù)，將這些信息打包成自定義協(xié)議，通過協(xié)調(diào)器的串口發(fā)送或接收。
[0025]2) Modbus轉(zhuǎn)換電路采用自定義協(xié)議與ZigBee通信，經(jīng)過電路中的CPU協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過轉(zhuǎn)換電路中的串口 2送出符合Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)。
[0026]3)在轉(zhuǎn)換器中分配一片連續(xù)的Modbus地址區(qū)，每個Modbus地址映射一個ZigBee節(jié)點(diǎn)地址。
[0027]4)地址映射在轉(zhuǎn)換器中自動進(jìn)行，如圖2所示，協(xié)議轉(zhuǎn)換器根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的先后循序分配Modbus地址:當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)包，如數(shù)據(jù)包中的ZigBeed地址沒有記錄在映射表中，即是一個新地址，則保存這個地址，同時按順序?qū)?yīng)映射一個沒有使用的Modbus地址，并將數(shù)據(jù)保存在對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)；如數(shù)據(jù)包中的ZigBee地址已在映射表中，SP是一個舊地址，則更新對應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)。地址分配完成后可固化映射表，即可防止上位機(jī)應(yīng)用程序中的數(shù)據(jù)讀取混亂。地址固化后，新加入的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)映射未分配的Modbus地址。
[0028]5)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址以及對應(yīng)的Modbus映射地址，都保存在轉(zhuǎn)換器中，可用轉(zhuǎn)換器自己的Modbus地址讀出。從而可確定哪個Modbus映射地址對應(yīng)哪個ZigBee節(jié)點(diǎn)。
[0029]6)上位機(jī)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控如圖3所示，若協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收的是ZigBee節(jié)點(diǎn)映射的Modbus地址命令包，根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)指針修改或讀取數(shù)據(jù)，并返回Modbus應(yīng)答包。若是修改數(shù)據(jù)(例如節(jié)點(diǎn)采樣間隔時間)，則將對應(yīng)的ZigBee地址和要修改的數(shù)據(jù)封裝成ZigBee指令，通過串口 I發(fā)送給Zigbee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器中再轉(zhuǎn)換成ZigBee協(xié)議發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
[0030]7)將Modbus地址和ZigBee的網(wǎng)絡(luò)地址——對應(yīng)映射，將ZigBee的應(yīng)用對象數(shù)據(jù)掛在相應(yīng)的Modbus地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)中，即可將兩種技術(shù)取長補(bǔ)短，有機(jī)地結(jié)合在一起，兩百多個從節(jié)點(diǎn)，每節(jié)點(diǎn)兩百多個應(yīng)用對象，足夠應(yīng)付一般的小型無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
[0031 ] 本例的協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用的CPU為STC15F系列的8051單片機(jī)，其RAM容量只有2048字節(jié)，可以采集64個節(jié)點(diǎn)共138個傳感器的數(shù)據(jù)。如采用大容量的CPU如STM32系列的ARM芯片，就可以達(dá)到最大的傳感器數(shù)量要求。
【權(quán)利要求】
1.一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是采用通用的雙串口單片機(jī)，通過串口同時與ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和Modbus總線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是所述ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器、數(shù)個終端設(shè)備組成，終端或路由器節(jié)點(diǎn)連接數(shù)個傳感器應(yīng)用對象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是所述Modbus后臺監(jiān)控，可采用容易獲得的Modbus模組，可以是電腦軟件，也可以是監(jiān)控模塊，其功能由此模組決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是其中一個串口和ZigBee的協(xié)調(diào)器相連，根據(jù)具體裝置結(jié)構(gòu)的不同，物理連接可以是TTL電平、也可以是轉(zhuǎn)換后的RS232電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)的轉(zhuǎn)換裝置，其特征是另一個串口和Modbus總線相連，根據(jù)需求可轉(zhuǎn)換為RS232電平、RS485電平、USB轉(zhuǎn)串或TCP/IP進(jìn)行連接。
6.—種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法，其特征是Modbus協(xié)議裝置通過Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換電路與ZigBee協(xié)議無線網(wǎng)絡(luò)相連接,通過Modbus地址對應(yīng)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址的方式存取ZigBee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，ZigBee系統(tǒng)由一個協(xié)調(diào)器、數(shù)個路由器、數(shù)個終端設(shè)備組成，終端或路 由器連接應(yīng)用對象； Modbus轉(zhuǎn)換電路，通過串口與ZigBee系統(tǒng)連接，自動映射技術(shù)方法包括以下步驟: DZigBee系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器通信，通過協(xié)調(diào)器的串口發(fā)送或接收； 2)Modbus轉(zhuǎn)換電路采用自定義協(xié)議與ZigBee通信，經(jīng)過電路中的CPU協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過轉(zhuǎn)換電路中的另一串口送出符合Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)； 3)地址映射在轉(zhuǎn)換器中自動進(jìn)行，在協(xié)議轉(zhuǎn)換器中分配一片連續(xù)的Modbus地址區(qū)，協(xié)議轉(zhuǎn)換器根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的先后循序分配Modbus地址，每個Modbus地址映射一個ZigBee節(jié)點(diǎn)地址； 4)ZigBee節(jié)點(diǎn)地址以及對應(yīng)的Modbus映射地址，都保存在轉(zhuǎn)換器中，可用協(xié)議轉(zhuǎn)換器自己的Modbus地址讀出，從而可確定哪個Modbus映射地址對應(yīng)哪個ZigBee節(jié)點(diǎn)； 5)上位機(jī)對數(shù)據(jù)的監(jiān)控，若協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收的是ZigBee節(jié)點(diǎn)映射的Modbus地址命令包，根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)指針修改或讀取數(shù)據(jù)，并返回Modbus應(yīng)答包，若是修改數(shù)據(jù)，則將對應(yīng)的ZigBee地址和要修改的數(shù)據(jù)封裝成ZigBee指令，通過串口 I發(fā)送給Zigbee的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，在協(xié)調(diào)器中再轉(zhuǎn)換成ZigBee協(xié)議發(fā)送到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法,其特征是所述步驟I中通信方式為=ZigBee系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)上行的采集數(shù)據(jù)或下行的控制數(shù)據(jù)采用點(diǎn)對點(diǎn)方式，與協(xié)調(diào)器通信，通信的數(shù)據(jù)中包含有節(jié)點(diǎn)的地址信息，將這些信息打包成自定義協(xié)議。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法,其特征是步驟3所述的ZigBee節(jié)點(diǎn)地址可以是短地址，也可以是IEEE 64位地址，或者是可以區(qū)分每個節(jié)點(diǎn)的IEEE 64位地址的一部分，每個Modbus地址對應(yīng)一個ZigBee節(jié)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法，其特征是所述步驟3所述的地址映射在轉(zhuǎn)換器中自動進(jìn)行，協(xié)議轉(zhuǎn)換器根據(jù)ZigBee節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的先后循序分配Modbus地址。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Modbus-ZigBee協(xié)議銜接地址自動映射技術(shù)方法，其特征是所 述步驟3中，地址分配完成后固化映射表，地址固化后，新加入的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)映射未分配的Modbus地址。
【文檔編號】H04L29/12GK103945017SQ201410175029
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】劉光輝, 趙智良 申請人:桂林賽普電子科技有限公司