基于Modbus_RTU的远程输入输出接口设备的设计

【摘要】介绍了Modbus通信协议的特点，简述了远程输入输出接口设备在分布式控制系统中的作用，提出了一种具有Modbus_RTU接口的远程输入输出接口设备的设计，并对软硬件设计进行了详细阐述，该设计利用了Modbus_RTU 协议的开放性和易用性，在单片机运行、端口隔离等方面进行了抗干扰设计，对完善分布式控制系统功能具有促进作用。

【关键词】远程;Modbus;输入输出;单片机;抗干扰

引言

Modbus通信协议是Modicon公司开发的一种通信协议，它采用主从问答方式工作，是一种真正开放、标准的、免收许可费的网络通信协议[1]。Modbus通信协议广泛应用于过程控制系统，是实现控制主站（例如可编程控制器）与分站（例如远程输入输出接口）、传感器通信的一种常用协议。在分布式控制系统中，控制主站实现逻辑控制功能，但系统中存在远程的数据采集点和远程控制输出点，需要通过现场总线的方式实现数据互联，由于Modbus协议简单开放的特点，在这种情况下经常应用。远程输入输出接口是分布式控制系统的一个重要组成部分，兼容Modbus接口能够很好地提高设备的易用性和性价比。Modbus通信模式分为ASCII和RTU两种，RTU是最常用的模式，本文提出了一种具有Modbus_RTU通信接口的远程输入输出接口的设计方法，能够满足分布式控制系统的应用需求。

1.Modbus协议简介

Modbus通信协议具有开放性好、易实现、扩展性好、可靠性高等优点，因而具有广阔的应用前景，被越来越多的设备厂商所支持。不同厂商生产的控制设备可以连成Modbus工业网络，由Modbus通信的主站对现场设备和仪表进行远程监控，实现非常好的监控效果和系统性能[2]。

Modbus没有规定物理层，它只规定了可以被通信节点识别的数据结构[3]。Modbus规定了数据的结构、命令和应答的形式，数据通信采用主从方式，主站可以向特定的从站发起读写命令，也可以向所有从站发起广播命令。在同一个通信网络中，所有通信节点（包括主站和从站）都必须设置相同的通信参数，包括波特率、数据位、停止位和校验位，而字符超时、回复超时等保护参数每个通信节点可以不尽相同。

Modbus通信模式分为ASCII和RTU两种，两者的不同主要在于数据格式，两者的数据格式分别如表1和表2所示。

表1