基于A(yíng)RM Cortex-M3的MODBUS協(xié)議實(shí)現及其應用

摘要 針對變頻器通信應用，介紹了MODBUS協(xié)議的特點(diǎn)及其組成；設計了RS485電路接口；并以ARMCortex-M3微控制器為核心，設計了MODBUS協(xié)議的實(shí)現方案。針對變頻器F2000-G開(kāi)發(fā)了嵌入式系統．實(shí)現變頻調速功能，應用于無(wú)損檢測試驗儀。
關(guān)鍵詞 MODBUS；RS485；ARM Cortex-M3；變頻調速；嵌入式系統

漏磁探傷作為非接觸式的無(wú)損探傷技術(shù)，其具有檢測速度快、靈敏度高、無(wú)需耦合劑、易于實(shí)現自動(dòng)化等特點(diǎn)，是鋼軌探傷技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。為解決漏磁探傷研究中的實(shí)驗仿真問(wèn)題，研制了基于嵌入式系統的無(wú)損探傷試驗儀，通過(guò)實(shí)現MODBUS協(xié)議與變頻器通信，以此驅動(dòng)交流電機與機械試驗裝置，完成運動(dòng)控制并進(jìn)行無(wú)損探傷試驗。
針對無(wú)損探傷試驗儀中變頻器通信問(wèn)題，依據MODBUS協(xié)議規定，利用RealView MDK開(kāi)發(fā)了基于ARM Cortex-M3微控制器的嵌入式軟件，實(shí)現了與變頻器的MODBUS通信，完成變頻調速的運動(dòng)控制功能。

1 MODBUS協(xié)議
1．1 MODBOS協(xié)議簡(jiǎn)介
MODBUS是Gould Ine注冊的通訊協(xié)議商標，該協(xié)議具有糾錯能力強、數據傳輸量大、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域使用較廣泛的通訊語(yǔ)言，目前已成為我國工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一種國家標準。
MODBUS協(xié)議定義了一個(gè)控制器能識別的消息結構，它描述了控制器請求訪(fǎng)問(wèn)和應答回應其他設備的過(guò)程，以及錯誤檢測和記錄的規范，制定了報文字段和內容的公共格式。MODBUS屬于應用層報文傳輸協(xié)議，其通信結構為一對多的主從查詢(xún)模式，即主從Master-Slave模式。 MODBUS網(wǎng)絡(luò )上可以有多個(gè)從節點(diǎn)，但有且只能有一個(gè)主節點(diǎn)，主節點(diǎn)按照通信協(xié)議對從節點(diǎn)發(fā)出請求操作，從設備收到主節點(diǎn)的請求后，做出相應的響應再向主節點(diǎn)回復應答消息。
1．2 MODBOS協(xié)議組成
MODBUS協(xié)議具有兩種傳輸模式：ASCII模式和RTU模式。ASCII模式中數據以ASCH字符碼表示，通過(guò)冒號、回車(chē)字符判定數據幀的起始和結束，采用IRC數據檢驗；RTU模式中數據以非壓縮BCD碼表示，通過(guò)時(shí)間標記實(shí)現數據幀起始判定，采用CRC數據校驗，具有數據吞吐量高、傳輸穩定、通信效率高的優(yōu)點(diǎn)。
由于變頻調速系統的安全性能要求較高，所以選擇通信效率高、時(shí)間管理嚴格的RTU傳輸模式。在協(xié)議幀組成上，MODBUS定義了一個(gè)基本的，與通信層無(wú)關(guān)數據協(xié)議單元PDU(Protocol Data Unit)，并通過(guò)在PDU上添加地址、校驗等附加域定義了應用數據單元ADU(Application Data Unit)，形成完整的數據幀，MODBUS RTU數據幀組成如表1所示。

在數據幀起始判定上，MODBUS RTU采用了如圖1所示的時(shí)間標記方法，即相鄰的兩幀之間必須間隔至少為總線(xiàn)發(fā)送3．5個(gè)字符的時(shí)間，該時(shí)間稱(chēng)為T(mén)3.5。