基于單片機和Modbus協(xié)議的停車(chē)器控制系統

摘要：針對列車(chē)停車(chē)器的控制情況，文章設計出了一種基于單片機和Modbus協(xié)議的停車(chē)器控制系統。對現有的轉轍機控制系統進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)Modbus協(xié)議，實(shí)現了一臺主機對多臺從機的遠程控制和監督，并且可以方便地并入主系統?？梢杂行У靥岣呦到y安全性、操作的方便性和控制效率。
關(guān)鍵詞：停車(chē)器；控制系統；單片機；Modbus

道岔是一種常見(jiàn)的鐵路配件，在鐵路的正常運行中，起著(zhù)至關(guān)重要的作用。作為道岔控制系統的執行機構，轉轍機(switch machine)是組成鐵路道岔系統的重要零件。在編組站中，為了減少中間環(huán)節，列車(chē)停車(chē)器借用轉轍機控制系統。編組站上的列車(chē)停車(chē)器控制系統的可靠性、安全性和操作的方便性對于提高鐵路系統的安全性和效率、降低人力成本具有重要意義。為了配合控制和監督集中化的趨勢，應該采用集控式控制，并且通過(guò)協(xié)議實(shí)現和計算機的單主機多從機系統，最終并入主系統。Modbus是一種開(kāi)放的、免費的通訊協(xié)議，具有數據的安全性、物理媒介的廣泛適用性和網(wǎng)絡(luò )互連的多樣性等優(yōu)勢。因此，我們自行設計了一種居于單片機和Modbus協(xié)議的雙機通信控制系統。采用主從模式，實(shí)現一臺主機遠程監視和控制多臺從機。
本文重點(diǎn)介紹了C8051通過(guò)Modbus協(xié)議與PC機進(jìn)行串口通信以及單片機數據采集的硬件電路和軟件編程，且應用了基于Modbus協(xié)議的報文結構，可以更有效地通信。

1 系統結構及工作原理
系統的總體結構由兩層組成：上層為數據監控層，稱(chēng)為主機，由顯示終端PC機組成，用于控制和顯示現場(chǎng)控制情況；下層為數據采集層，稱(chēng)為從機，由實(shí)現Modbus協(xié)議的單片機(Modbus協(xié)議模塊)、實(shí)現控制的單片機(現場(chǎng)主控制模塊)、輸入輸出模塊、LCD、傳感器、電源模塊、復位模塊和接口電路組成；Modbus協(xié)議不需要特別的接口，典型的物理接口是RS-485，而RS-485為半雙工結構，現場(chǎng)中比全雙工往往更接近于實(shí)用，在此采用只有2條信號線(xiàn)的簡(jiǎn)易型連接。因此兩層之間通過(guò)RS232-485相連，在標準的Modbus協(xié)議下進(jìn)行通信，如圖1所示。

上下層的通信方式為主從方式。首先，主機廣播請求幀，而每個(gè)從機都有自己獨立的地址，并且請求幀的首部是從地址，所有從機將請求幀的首部和白己的地址對比。如果相同，則自己是目的從機，并且向主機發(fā)送以自己地址開(kāi)頭的應答幀；否則不是。
由于裝置需要實(shí)現多任務(wù)。為了優(yōu)化系統功能，采用了雙單片機的系統結構設計方法。其中一個(gè)單片機模塊負責實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)信息和控制現場(chǎng)系統；另一個(gè)單片機模塊負責數據處理并做相應的封裝，通過(guò)Modbus協(xié)議和PC機通信，如圖2所示。