基于Modbus协议的智能电表数据采集传输系统的实现

【120】?第36卷?第2期?

2014-02(下)

收稿日期：2013-09-18

作者简介：樊龙（1988 -），男，山西太原人，硕士研究生，研究方向为人工智能和嵌入式系统。基于Modbus 协议的智能电表数据采集传输系统的实现

Implementation of data acquisition and transmission system for smart electric

meter based on Modbus protocol

樊 龙，张文爱

FAN Long ，ZHANG Wen-ai

（太原理工大学，太原 030024）

摘 要：针对智能电表的广泛应用，设计了一款基于Modbus协议的智能电表数据采集传输系统。介绍

了Modbus通信协议，并给出了整个系统的工作原理及软硬件设计和功能的实现方法。该系统以高性能、低成本和低功耗的STM32系列微控制器作为主控芯片，利用其先进的标准通信接口，在软件的控制下通过RS485接口实现与基于Modbus协议智能仪表之间的数据通信，并且采用CC2500无线射频收发芯片完成了电能数据的无线传输，最终运用上位机软件实现对采集数据的显示和存储，克服了传统人工采集传输的不足，提高了数据采集传输的实时性和可靠性，对目前的采集传输系统有一定的借鉴和推动作用。

关键词：Modbus协议；数据采集与传输；智能电表；CC2500中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)02(下)-0120-05Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.02(下).34

0 引言

随着我国经济的快速发展，带动了各行业对电能的大量需求，因此迫切需要对电能供应进行科学的管理。与此同时越来越多的智能电表在生产生活中的广泛应用，Modbus 协议成为国际智能电表普遍采用的一种主流通信协议[1]。传统的人工采集方式已无法满足实际的电力系统调度与管理在采集数据精确性、实时性以及可靠性方面的需要。基于智能电表的电能数据采集传输系统作为电力供需管理的基本环节，发挥着重要作用[2]。本文根据Modbus 通信协议，提出了一种由STM32系列微控制器和CC2500无线射频收发芯片构成的智能电表数据采集传输系统的设计方案和实现方法。该系统可以应用于大型工厂，具有低功耗，低成本，开发周期短，易于维护升级等优势。

1 Modbus 通信协议简介

Modbus 通信协议是一种建立在主从结构之上的遵循命令应答的应用层通信协议，其采用一对多的主从工作方式，即允许一台主机可以与同一网络中至少一台从机进行数据通信，而每台从机都必须有唯一的从机地址，其地址范围为1~247。Modbus 通信总是由主机首先发出命令帧开始，处于同一网络中的所有从机都将收到主机发出的命令帧，并且查看命令帧中的地址是否与本机地址

一致。如果一致，则从机根据相应的命令，向主机返回应答帧，从而完成一次通信过程。在任何时刻，各个从机之间都不会以任何形式进行任何方式的通信[3]。

对于命令帧，设备地址表示主机要与哪一个从机进行数据通信，功能码通知从机应该执行何种操作，数据提供了为执行该种操作而需要的一些附加信息，对于正常情况下的应答帧，地址域是本机的地址，功能码与命令帧相同，数据是从机按命令帧的要求提供给主机的数据信息。一次完整的主从命令-应答周期如图1所示。

图1 Modbus 协议主从命令-应答周期

Modbus 通信协议有两种串行传输模式：RTU 模式和 ASCII 模式。相对于ASCII 模式，在RTU 模式下，报文中每个8位字节含有两个4位十六进制