基于Modbus协议的ZigBee工业以太网网关设计

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1、基于Modbus协议的ZigBee/工业以太网网关设计摘要：针对工业无线通倍和工业以太网发展情况•提出一种ZigBee/工业以太网网关.网关应用层采用Modbus/RTU主从式协议■以太网传输层采用UDP协议。文屮介绍了网关硕件、软总体设计，虫点介绍了Zigbee/Modbus地址映射和收发缓冲区设计。网关硬件设汁基于RABBTT3000MCC和SZ05ZBEEZigBoe模块，软件设计基丁・DynamicC和uC/OS-II实时操作系统°广告插播信息维彼新热卖芯片:S71LVCOMRXC9536-15VQHIDS1206SAHE8801DEE

2、V3&12MAX2371HEFB71HCT01DAM⑵"REL1883ISZHIC2287BD51引言丄业无线通信技术是继现场总线.丄业以太网之后，丄业自动化领域又一个研究热点。实际上，无论是场总线还是丄业以太网，都已经形成了多标准并存的局面.在协议转换.界构网络接入过稈中，网关起看陋要作用。工业无线通信技术要应用于工控领域，也面临谥如开放性.耳操作等技术。ZigBee因其低成本、低功耗、组网灵活等众多优势•成为工业无线通信技术屮备受关注的技术之%ZigBee是利低速网络•传输速度为10KB/S〜250KB/S,其在丄业自动化应用中.一股耍接入上

3、层网络。本文介紹一种ZIGBEE/工业以太网网关设计・实现ZIGBEE与丄业以太财的一种接入.设计中ZigBee和丄业以太网应用层都采用自动化仪表广泛支持的Modbus/RTL-协议.2网关规件体系结构网关硬件体系结构如图1所示。系统以RABBIT3000MPU为核心.扩展了以太网接口、ZigBee无线通信接口和基本的flash.RAM及电源电路•图中SST39LF010为512Kilash.AS7C4096为512KSRAH.与RABBIT3000的地Ji卜线(A0-A18).数据线(D0-D7).片选线(CS0-CS2).读写线(0E0.0E

4、KSST39LF040WEO.WEI)上［接无译码相连.AX88796L沟以太网接II控制芯片.10M/100M按容.3.3V供电.AX88796L的TPOP.TPON.TPIP、TPIN接RJ43连接器LF1S022.kSZ05-/ZBEEAS7C4096A-12TC7RABBIT3000LM1U7TLM2575-5.0》AX88796LLF1S022任务名称任务优先TCP/IP驱动111UDP接收212串II发送313串11接收414UDP发送§15嵌入式WebSeiver616SZ05-ZBEE是上海順舟公司的无线通信模块,模块将Frees

5、cale的MC13213及外围电路布置在2.75X4.8cm的PCB板1.・提供标准2・54双排插针接口.包含电游接口.数据接口.控制接口和系统指示灯接口和天线接口等.采用IEEE802.15.4/ZIGBEE标准地址寻址.支持星型.树型.谨型.网状网等拓扑结构.SZ05-ZBEE通过RX1.TX1（串行通信接口）宜接与RABBIT3000的PC6.PC7（串行通信口A）连接.3网关轶件设计网关的主耍功能是实现Zighee与以太网之间的数撫传SZ05-ZBEE无线通信模块集成了符合ZigBee协议标准的射频收狀器和微处理湍，初J始化设置后，模块即

6、可以实现透明申口传叙为适应短帧实时和确定性通信发展旳势，以太网通信采用UDP/IP协议，应用层采用Modbus/RTfV.从式协议。类似于Modbus/TCP协议.也可以称以太网侧协议为.Modbus/UDP协议［3h网关软件基于DynamicC和wC/OS-II实时操作系统设计.3.1网关转发报文的总体设计Modbus标准屮规定了完楼的消息■数据结构.命令和应答方式，但只是OSI模型笫7层丄的应用层报文传转!协议，定义的是神以数据帧形式衣示的能使设备相互识别和使用的消息结构。因此，可以不对数据包作任何修改，Modhus/RTli报文作为应用层数

7、据在不同网络之间传翔）•网关中即是将Modhus/RTU报文作为UDP和ZigBee应用层数据传输.主站报文通过UDP瑞口接收，去掉帧头帧尾,附加Zighee短地址,通过串口发给SZ05-ZBEE.转化为ZigBee报文发送:从站的ZigBee报文由SZ05-ZBEE转为申口数据接收.去掉ZigBee短地址,附加UDP帧头帧尾，然后由以太网口转发。具体程序包站5个任务：UDP接收、申口发送、串口接收.UDP发送以及嵌入式Webserver.嵌入式Webserver用于设备管理。系统程序结构如图2所ID级图2系统程序结构3.2地址映射［4］对^Zi

8、gBee设备•有其IEEE地址和16位短地址。设计屮将ZigBeel6位短地址与Modbus从站地址绑定，从而实现Modbus主.从各节