《電子技術(shù)應(yīng)用》
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面向超低功耗传感器的Modbus协议研究与实现
《信息技术与网络安全》2020年第8期
姜 飞1，童海明1，赵玉薇2，董刘同1，张 瀚3
1.杭州浅海科技有限责任公司，浙江 杭州310052；2.纳晶科技股份有限公司，浙江 杭州300450； 3.航天长征火箭技术有限公司，北京100076
摘要： 当前众多传感器、设备终端、仪器仪表需要具备超低功耗特性，同时又需要连入Modbus工业现场总线，而传统的Modbus通信机制无法适应低功耗模式，导致超低功耗特性器件在工业应用中的局限性。为解决此问题，提出了一种可用于Modbus总线协议的超低功耗信息处理机制。通过对传统Modbus协议和常用设备的低功耗处理机制分析，重新搭建了Modbus协议信息处理机制，在通信处理过程中对寄存器进行显式和隐式抽象，将寄存器操作与仪器功能动作紧密联系起来，提高任务执行效率和仪器整体的实时性。搭建Modbus主机到低功耗传感器的测试系统，结果表明，该Modbus协议处理机制可以在传感器保持超低功耗特性运行的同时，实现与主机稳定可靠的通信。
中圖分類號： TN915
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.013
引用格式： 姜飛，童海明，趙玉薇，等. 面向超低功耗傳感器的Modbus協(xié)議研究與實現(xiàn)[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2020，39(8)：67-71.
Research and implementation of Modbus protocol for ultra-low power sensor
Jiang Fei1，Tong Haiming1，Zhao Yuwei2，Dong Liutong1，Zhang Han3
1.Hangzhou Shallow-Sea Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310052，China； 2.Najing Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 300450，China； 3.Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co.，Ltd.，Beijing 100076，China
Abstract： Many sensors, terminal equipment and instruments need ultra-low power characteristics and the ability to be connected to the Modbus industrial bus. However, the traditional Modbus communication mechanism is unable to adapt with the low-power mode, resulting in limitation and applicability of ultra-low-power feature devices in industrial field. To solve this problem, a new Modbus protocol processing method was proposed. Through the analysis of the traditional Modbus protocol and the low-power processing mechanism of commonly used device, the information processing mechanism of Modbus protocol was reestablished and modified. Registers were abstracted explicitly and implicitly and were to be linked tightly with the functions and actions of instrument in the communication process, which improved the execution efficiency and the real-time performance of entire device. Test system was built with Modbus host and ultra-low power sensor, and the result shows that the proposed Modbus protocol processing mechanism is able to achieve communication with the host reliably and steadily while maintaining the ultra-low power mode of the sensor.
Key words : Modbus；ultra-low power；sensor；bus communication

        隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，眾多種類的傳感器、儀器設(shè)備在工業(yè)、民用領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。與此同時，為降低傳感器使用過程中的運營、維護(hù)成本，特別是應(yīng)對特殊地理條件下能源供應(yīng)匱乏的現(xiàn)狀，具有超低功耗特性的傳感器應(yīng)用需求強(qiáng)烈，超低功耗特性已成為傳感器未來發(fā)展趨勢。

         Modbus協(xié)議由于在通信過程中具有帶寬節(jié)省、安全性和可靠性等方面顯著優(yōu)勢，成為傳感器在工業(yè)控制和自動化應(yīng)用中常被采用的通信協(xié)議。然而，傳統(tǒng)的Modbus協(xié)議信息處理方式不適用于超低功耗應(yīng)用環(huán)境，在一定程度上限制了Modbus協(xié)議的應(yīng)用范圍。最近一段時間，雖然在此方面出現(xiàn)了一些研究成果，不過更多的是針對硬件設(shè)計方面的考慮。本文通過對Modbus協(xié)議和超低功耗設(shè)備設(shè)計理念進(jìn)行分析和改進(jìn)，重新規(guī)劃寄存器數(shù)據(jù)實時響應(yīng)機(jī)制，建立分層式的Modbus通信模型，可以實現(xiàn)超低功耗特性傳感器與Modbus通信協(xié)議的兼容。




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作者信息：

姜  飛1，童海明1，趙玉薇2，董劉同1，張  瀚3

(1.杭州淺海科技有限責(zé)任公司，浙江 杭州310052；2.納晶科技股份有限公司，浙江 杭州300450；

3.航天長征火箭技術(shù)有限公司，北京100076)

 


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