面向超低功耗傳感器的Modbus協議研究與實現
《信息技術與網絡安全》2020年第8期
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.航天長征火箭技術有限公司，北京100076
摘要： 當前眾多傳感器、設備終端、儀器儀表需要具備超低功耗特性，同時又需要連入Modbus工業現場總線，而傳統的Modbus通信機制無法適應低功耗模式，導致超低功耗特性器件在工業應用中的局限性。為解決此問題，提出了一種可用于Modbus總線協議的超低功耗信息處理機制。通過對傳統Modbus協議和常用設備的低功耗處理機制分析，重新搭建了Modbus協議信息處理機制，在通信處理過程中對寄存器進行顯式和隱式抽象，將寄存器操作與儀器功能動作緊密聯系起來，提高任務執行效率和儀器整體的實時性。搭建Modbus主機到低功耗傳感器的測試系統，結果表明，該Modbus協議處理機制可以在傳感器保持超低功耗特性運行的同時，實現與主機穩定可靠的通信。
中圖分類號： TN915
文獻標識碼： 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協議研究與實現[J].信息技術與網絡安全，2020，39(8)：67-71.
文獻標識碼： 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協議研究與實現[J].信息技術與網絡安全，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
隨著物聯網技術的高速發展，眾多種類的傳感器、儀器設備在工業、民用領域被廣泛應用。與此同時，為降低傳感器使用過程中的運營、維護成本，特別是應對特殊地理條件下能源供應匱乏的現狀，具有超低功耗特性的傳感器應用需求強烈，超低功耗特性已成為傳感器未來發展趨勢。
Modbus協議由于在通信過程中具有帶寬節省、安全性和可靠性等方面顯著優勢，成為傳感器在工業控制和自動化應用中常被采用的通信協議。然而，傳統的Modbus協議信息處理方式不適用于超低功耗應用環境，在一定程度上限制了Modbus協議的應用范圍。最近一段時間，雖然在此方面出現了一些研究成果，不過更多的是針對硬件設計方面的考慮。本文通過對Modbus協議和超低功耗設備設計理念進行分析和改進，重新規劃寄存器數據實時響應機制，建立分層式的Modbus通信模型，可以實現超低功耗特性傳感器與Modbus通信協議的兼容。
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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.航天長征火箭技術有限公司，北京100076)
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