基于Modbus协议的串行通信的应用

2013-09-25 14:13金海琴翟林鹏

电子设计工程 2013年8期

金海琴，陈兴，翟林鹏

（扬州大学江苏扬州 225127）

该数据采集系统由上位机、GPRS模块和三相多功能电量采集模块3部分组成。

文中以扬州市电网为例，实现对各个现场仪表数据的远程无线采集，及仪表的集中管理与控制，详细介绍基于C#开发平台实现Modbus通讯协议的方法，该程序可用于上位机经过GPRS模块与下位机（即三相多功能电量采集模块）的串口通讯。测试时，将下位机三相多功能电量采集模块通过RS485接口连接GPRS模块，则可以把采集的数据通过GPRS网络传给上位机，上位PC机通过虚拟串口接收发送过来的数据，并对接收到的参数进行实时数据显示、查询和管理。

1 Modbus协议

1.1 Modbus协议简介

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（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。控制器通信使用主—从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。本文中的Modbus协议应用于点对多点的通信，物理层采用RS485串行通信标准。

1.2 RTU模式格式

Modbus通信协议具有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。使用ASCII模式，消息以“：”字符开始，以回车换行符结束。而使用RTU模式，消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始，因此在网络波特率下多样的字符时间，这是很容易实现的（如图1的T1—T2—T3—T4所示）。传输的第一个域是设备地址。可以使用的传输字符是十六进制的0…9，A…F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后，一个至少3.5个字符时间的停顿后才能发生一个新的消息。整个信息必须连续发送。如果在发送帧信息期间，出现大于1.5个字符的静止时间时，则接收设备刷新不完整的信息，并假设下一个地址数据。同样一个信息后，立即发送的一个新信息（若无3.5个字符的静止时间）这将会产生一个错误。是因为合并信息的CRC校验码无效而产生的错误。一个典型的消息帧如图1所示。

图1 RTU消息帧Fig.1 RTU message frame

2 CRC校验

2.1 CRC校验介绍

RTU方式时，采用CRC（即循环冗余码校验）方法计算错误校验码，CRC校验传送的全部数据。它忽略信息中单个字符数据的奇偶校验方法。

CRC码为2个字节，16位的二进制值。由发送设备计算CRC值，并把它附到信息中去。接收设备在接收信息过程中再次计算CRC值并与CRC的实际值进行比较，若二者不一致，亦产生一个错误，校验开始时，把16位寄存器的各位都置为“1”，然后把信息中的相邻2个8位字节数据放到当前寄存器中处理，只有每个字符的8位数据用于CRC处理。起始位，停止位和校验位不参与CRC计算。

2.2 C#实现CRC校验代码

3 串行通信的实现

串口通信技术应用广泛，在数据通信、计算机网络以及分布式控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。文中采用Visual Studio 2010提供的SerialPort控件实现串口通信。SerialPort控件和C#的其他控件一样，都是通过对其一系列的方法、属性、事件与用户之间进行交互。只要对SerialPort控件的属性、方法、事件进行设计，就可以发送和接收数据。