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Modbus与CAN总线协议适配器的设计与实现

作　者: 杨夫星
导　师: 谈世哲
学　校: 中国海洋大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 现场总线 Modbus CAN 适配器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


现场总线技术是当今自动化领域发展的研究热点。CAN总线作为一种可靠性高、功能完善、灵活性好并且成本合理的先进远程网络控制方式在工业自动化控制领域中有着非常广泛的应用。MODBUS规约实现了OSI参考模型中应用层的定义,通常作为仪表设备层网络通信。目前市场上的情况,大多数的现场智能仪器仪表和其他的自动化控制装置通常采用了Modbus串行接口通信协议。而MODBUS规约与CAN总线协议是互不兼容的。采用MODBUS规约的设备不能接入在CAN总线网络。本文对MODBUS规约、CAN总线技术进行了研究,从软件和硬件两方面着手设计了一种简单易用、能够进行智能化协议适配器,以智能转换的方式实现Modbus总线协议与CAN总线协议之间的可靠、高速转换。实现采用MODBUS规约的设备通过总线协议适配器灵活地接入CAN总线网络。针对总线协议适配器恶劣的工作环境,从硬件设计和软件设计方面增强总线协议适配器的可靠性和抗干扰能力。本文还介绍了实验室试验的情况以及实验结果的分析。为总线协议适配器的工作性能指标提供了数据依据。本课题的实际意义在于设计的智能总线协议适配器成为Modbus总线和CAN总线网络兼容的实施方案,实现采用了Modbus串行接口通信协议的大多数的现场智能仪器仪表和其他的自动化控制装置灵活接入到CAN现场总线网络中。阐述的应用方法也可为其它的工控领域提供参考。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题研究的意义  9-10
  1.2 现场总线概述  10-11
  1.3 现场总线的网络体系结构及网络模型  11-13
    1.3.1 网络体系结构  11-12
    1.3.2 控制网络模型  12-13
  1.4 国内外研究现状及发展趋势  13-16
  1.5 课题的来源及主要内容  16-17
2 Modbus和CAN(控制器局域网)总线技术的介绍  17-32
  2.1 Modbus技术  17-23
    2.1.1 Modbus概述  17-18
    2.1.2 Modbus技术架构  18-22
    2.1.3 Modbus功能码分类  22-23
  2.2 CAN(控制器局域网)总线技术  23-32
    2.2.1 CAN总线技术概述  23-25
    2.2.2 CAN的技术架构  25-31
    2.2.3 CAN总线技术的应用  31-32
3 Modbus与CAN总线协议适配器的硬件和软件设计  32-56
  3.1 总线协议适配器的硬件方案设计  32-41
    3.1.1 硬件总体设计方案  32
    3.1.2 主要器件的简介及型号选择  32-36
    3.1.3 总线协议适配器Modbus接口电路的设计  36-37
    3.1.4 总线协议适配器CAN接口电路的设计  37-41
  3.2 总线协议适配器的软件方案设计  41-51
    3.2.1 软件设计  41-42
    3.2.2 Modbus报文帧向CAN数据帧转换的软件设计  42-47
    3.2.3 CAN数据帧向Modbus报文帧转换的软件设计  47-48
    3.2.4 CRC校验的软件实现  48-51
    3.2.5 协议适配器参数配置程序的设计  51
  3.3 适配器的可靠性及抗干扰性设计  51-56
    3.3.1 总线协议适配器的硬件抗干扰性设计  52-54
    3.3.2 总线协议适配器的软件抗干扰性设计  54-56
4 Modbus与CAN总线协议适配器的实验测试  56-64
  4.1 Modbus与CAN总线协议适配器测试方案  56-57
    4.1.1 测试总线协议适配器的Modbus协议向CAN总线转化的功能  56-57
    4.1.2 测试总线协议适配器的CAN总线向Modbus协议转化的功能  57
  4.2 实验测试设备  57-59
  4.3 实验测试数据及结果分析  59-64
    4.3.1 协议适配器由Modbus向CAN转换  59-60
    4.3.2 协议适配器由CAN向Modbus转换  60-64
5 总结与展望  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
个人简历  68-69
发表的学术论文  69

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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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