[發明專利]基于無線ZigBee、CAN總線和MODBUS/TCP的多協議轉換設備及其實現方法

無效

• 申請號: 201410019937.3
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103825883A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 關新平;袁亞洲;安輝;王建;楊秋玲
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L29/12
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

1.一種將基于IEEE802.15.4標準的無線ZigBee網絡引入到CAN總線和MODBUS/TCP工業以太網的多協議轉換設備，其特征在于：該多協議轉換設備包括：微處理器、ZigBee無線主站、CAN總線主站、MODBUS/TCP從站、以太網物理層接口芯片和RJ45網口；所述的微處理器是整個設備的控制中心，采用STM32F107系列芯片，它包括以太網MAC層控制器、CAN控制器和USART串型接口，支持以太網、CAN總線和RS485總線擴展，能夠完成不同協議之間信息的解析與分發；所述的ZigBee無線主站采用CC2530射頻芯片完成無線協議的處理，通過USART串型接口與所述的微處理器連接，并寫入了無線主站的控制程序，從而建立了一個無線主站模塊，實現將無線ZigBee網絡引入到CAN總線主站和MODBUS/TCP從站的工業以太網中；所述的以太網物理層接口芯片選用DP83848芯片作為設備的物理層芯片，通過MII接口接入所述的微處理器，并寫入了所述的MODBUS/TCP從站程序從而建立一個MODBUS/TCP的從站模塊，通過所述的RJ45網口實現與遠程計算機的MODBUS/TCP主從通信；

所述的CAN控制器和所述的CAN總線主站之間的接口芯片選用SN65VHD230芯片，通過輸入總線RX和輸出總線TX與CAN控制器連接，實現一個CAN總線主站的主站模塊；通過所述的ZigBee無線主站實現將無線ZigBee網絡引入到CAN總線和MODBUS/TCP工業以太網中；所述的CAN總線主站，通過定義應用層協議通信方式實現基于輪詢的CAN總線網絡。

2.一種將基于IEEE802.15.4標準的無線ZigBee網絡引入到CAN總線和MODBUS/TCP工業以太網的多協議轉換的實現方法，采用所述的一種將基于IEEE802.15.4標準的無線ZigBee網絡引入到CAN總線和MODBUS/TCP工業以太網的多協議轉換設備進行協議轉換，該方法包括：由ZigBee無線主站實現基于IEEE802.15.4標準的ZigBee無線通訊，由CAN總線輪詢方式實現CAN總線主從站通訊，由MODBUS/TCP從站內存區映射實現MODBUS/TCP的通訊，并通過建立地址轉換映射區，由微控制器實現三個協議之間數據的轉換；其具體內容包括如下步驟：

第一步將多協議轉換設備初始化：

（1）微處理器初始化；

（2）微處理器通過RS232接口讀入網絡配置參數；

（3）ZigBee無線主站模塊初始化；

（4）CAN總線主站模塊初始化；

（5）MODBUS從站模塊初始化；

（6）為不同協議之間的地址轉換開辟結構體數組，根據網絡配置參數，對地址轉換映射表初始化；

（7）ZigBee主站輪詢與協議轉換；

（8）CAN總線主站輪詢與協議轉換；

（9）MODBUS/TCP從站與遠程計算機的主從通信；

（10）返回步驟（7），循環進行。

第二步通過定義各協議的應用層，在系統中建立一個協議轉換模型，實現無線/有線以及有線協議之間的協議轉換；在此協議轉換系統中，為實現現場總線的無縫升級，定義基于IEEE802.15.4標準的無線ZigBee網絡和CAN總線都有各自網絡通訊的一個主站，可以同時且獨立地完成各自網絡中對子節點數據的輪詢；為了實現兩個主站訪問對方從站的數據信息，可以在微處理器的內存中開辟地址轉換映射區，預先儲存無線ZigBee網絡和CAN總線中所有子節點的與其他網絡通信時對應的地址信息；在MODBUS/TCP工業以太網網絡中，多協議轉換設備與遠程計算機組成MODBUS主從協議棧，多協議轉換設備作為透明從站通過接收上位機的控制指令實現對無線ZigBee網絡和CAN總線中子節點的數據查詢；

所述的透明從站是指多協議轉換設備本身不具備MODBUS從站地址識別信息，設備針對遠程主站攜帶的地址信息，通過地址轉換映射區進行相應解析與轉發；

第三步通過建立地址轉換映射區完成不同協議之間數據交換的方法如下：

微處理器開始初始化時，預留一部分內存作為地址轉換映射區；在ZigBee無線網絡和CAN總線網絡初始化時，在地址轉換映射區定義一個地址結構體數組，并通過網絡配置參數對地址結構體數組經行初始化，建立地址轉換映射表，定義ZigBee無線網絡和CAN總線網絡網絡節點之間地址的對應關系：通過查詢地址轉換映射表完成一次數據傳輸的過程如下：

（1）首先上位機通過MODBUS/TCP網絡將控制指令發送到微控制器，微控制器通過解析MODBUS中的地址識別信息對照地址轉換映射表，對照地址轉換映射表判斷該目的地址處于何種子網絡，判斷是否需要并將實際的通信地址重新封裝到控制指令中；

（2）如果該指令指向的目的地址指向ZigBee網絡，通過USART接口發送給ZigBee無線主站，ZigBee無線主站直接下發控制指令對相應子節點進行數據處理；

如果若該指令指向的目的地址屬于CAN總線網絡的子節點，直接通過CAN總線控制器轉發至相應節點。