基于ARM Cortex-M3的MODBUS协议实现及其应用

文章摘要：摘要 针对变频器通信应用，介绍了MODBUS协议的特点及其组成；设计了RS485电路接口；并以ARMCortex-M3微控制器为核心，设计了MODBUS协议的实现方案。针对变频器F2000-G开发了嵌入式系统．实现变频调速功能，应用于无损检测试验仪。关键词 MODBUS；RS485；ARM Cortex-M3；变频调速；嵌入式系统 漏磁探伤作为非接触式的无损探伤技术，其具有检测速度快、灵敏度高、无需耦合剂、易于实现自动化等特点，是钢轨探伤技术的重点研究方向。为解决漏磁探伤研究中的实验仿真问题，研制了基于嵌入式系统的无损探伤试验仪，通过实现MODBUS协议与变频器通信，以此驱动交流电机与机

基于ARM Cortex-M3的MODBUS协议实现及其应用,标签：电路设计,http://www.88dzw.com

摘要 针对变频器通信应用，介绍了MODBUS协议的特点及其组成；设计了RS485电路接口；并以ARMCortex-M3微控制器为核心，设计了MODBUS协议的实现方案。针对变频器F2000-G开发了嵌入式系统．实现变频调速功能，应用于无损检测试验仪。
关键词 MODBUS；RS485；ARM Cortex-M3；变频调速；嵌入式系统

    漏磁探伤作为非接触式的无损探伤技术，其具有检测速度快、灵敏度高、无需耦合剂、易于实现自动化等特点，是钢轨探伤技术的重点研究方向。为解决漏磁探伤研究中的实验仿真问题，研制了基于嵌入式系统的无损探伤试验仪，通过实现MODBUS协议与变频器通信，以此驱动交流电机与机械试验装置，完成运动控制并进行无损探伤试验。
    针对无损探伤试验仪中变频器通信问题，依据MODBUS协议规定，利用RealView MDK开发了基于ARM Cortex-M3微控制器的嵌入式软件，实现了与变频器的MODBUS通信，完成变频调速的运动控制功能。

1 MODBUS协议
1．1 MODBOS协议简介
    MODBUS是Gould Ine注册的通讯协议商标，该协议具有纠错能力强、数据传输量大、实时性好等特点，是工业自动控制领域使用较广泛的通讯语言，目前已成为我国工业自动化领域的一种国家标准。
    MODBUS协议定义了一个控制器能识别的消息结构，它描述了控制器请求访问和应答回应其他设备的过程，以及错误检测和记录的规范，制定了报文字段和内容的公共格式。MODBUS属于应用层报文传输协议，其通信结构为一对多的主从查询模式，即主从Master-Slave模式。  MODBUS网络上可以有多个从节点，但有且只能有一个主节点，主节点按照通信协议对从节点发出请求操作，从设备收到主节点的请求后，做出相应的响应再向主节点回复应答消息。
1．2 MODBOS协议组成
    MODBUS协议具有两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。ASCII模式中数据以ASCH字符码表示，通过冒号、回车字符判定数据帧的起始和结束，采用IRC数据检验；RTU模式中数据以非压缩BCD码表示，通过时间标记实现数据帧起始判定，采用CRC数据校验，具有数据吞吐量高、传输稳定、通信效率高的优点。
    由于变频调速系统的安全性能要求较高，所以选择通信效率高、时间管理严格的RTU传输模式。在协议帧组成上，MODBUS定义了一个基本的，与通信层无关数据协议单元PDU(Protocol Data Unit)，并通过在PDU上添加地址、校验等附加域定义了应用数据单元ADU(Application Data Unit)，形成完整的数据帧，MODBUS RTU数据帧组成如表1所示。

    在数据帧起始判定上，MODBUS RTU采用了如图1所示的时间标记方法，即相邻的两帧之间必须间隔至少为总线发送3．5个字符的时间，该时间称为T3.5。