[发明专利]Modbus与TCP的协议转换模块和智能断路器

说明书

技术领域

本发明属于智能断路器技术领域，具体涉及一种Modbus与TCP的协议转换模块和智能断路器。 

背景技术

传统工业控制中，单片机之间、单片机与计算机之间的通讯一直采用RS-232或RS-485串行通讯机制来实现。但是随着生产规模的扩大、工控节点的增多、数据传输量的增大以及控制复杂度要求的提高，就不再适合使用串行通讯机制进行网络通信，这是因为串行通讯机制存在着一定的缺陷。串行通讯的数据传输率较低它的节点轮询控制机制实时性较差随着控制复杂度的提高及节点数目的增多，系统可靠性下降较快。 

TCP/IP是当前应用最广泛的网络协议体系，它有成熟的标准通信协议和完善的体系结构，能将各种异构计算机系统互联，保证数据传输的可靠性。 

采用集成了TCP/IP协议的单片机作为工控节点优势显著。TCP/IP的成熟协议保证了通讯的可靠性；只需遵循标准协议进行开发，而无需另外设计通信协议；基于以太网的TCP/IP网络可以达到10/100Mbps的传输速率，提高了系统实时性；在微控制器芯片上均可实现TCP/IP协议系统；以太网星型拓扑结构保证了各节点的独立性和系统的整体稳定性。 

综TCP/IP软件栈，它服务于标准的、基于TCP/IP的应用程序，或者使用在定制的、基于TCP/IP的应用程序中。本应用系统使用的是该协议栈的4.02版本。类似于TCP/IP参考模型，TCP/IP协议栈将TCP/IP协议栈分为多层。每层的实现代码驻留在一个独立的源文件中，而服务和应用程序编程接口(API)是通过头文件或包含文件定义的。 

TCP/IP协议栈中的许多层可以直接访问在它下面的一层或多层。关于一个层是否绕过相邻模块来获得所需的服务，主要根据开销的大小，以及服务是否需要智能处理后才能传递到下一层来决定^[33]。与传统TCP/IP协议栈实现方法的不同之处是，添加了2个新模块——StackTask和ARPTask。StackTask管理协议栈及其所有模块的操作，而ARPTask管理地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)层的服务。 

TCP/IP协议栈使用了协同式多任务处理技术。在协同式多任务处理系统中同时存在多个任务，每个任务执行自己的作业然后交回控制权，这样下一个任务才能够执行作业。StackTask和ARPTask都是协同式任务。通常，协同式多任务处理(或任何其他类型的多任务处理)是由操作系统或主应用程序自身来实现的。TCP/IP协议栈被设计为独立于任何操作系统，可实现它自己的协同式多任务处理系统。因此，它可以被应用在任何系统 中，而不论该系统是否为多任务操作系统。但是，使用TCP/IP协议栈的应用程序自身必须使用协同式多任务处理方法。 

相比于TCP，Modbus总线本身存在的许多局限性，主要体现在效率低、系统的实时性差、通信的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等。 

但是在工业现场总线的应用中，Modbus协议使用的RS485在硬件成本以及开发难度上略有优势，在国内仍有广泛应用，所以在现阶段完全放弃Modbus总线是不现实的。因而在实际应用中迫切需要一种Modbus协议向TCP协议转换的过渡产品。 

发明内容

本发明的目的是提供一种使用户可以通过TCP总线对Modbus设备进行实时监测和控制的协议转换模块。 

本发明的另一个目的是提供使用户可以通过TCP总线对其进行实时监测和控制的智能断路器。 

实现本发明第一个目的的技术方案是：一种TCP与Modbus的协议转换模块，包括MCU模块，与MCU模块相连的外扩存储器、通信状态指示模块、复位及晶振电路、以太网网络变压器、485串口收发芯片、DC5V-DC3.3V直流电源转换模块，与485串口收发芯片相连的RS485端子，与以太网网络变压器连接的RJ45接口，与DC5V-DC3.3V直流电源转换模块相连的DC24V-DC5V直流电源转换模块。 

上述方案中，通信状态指示模块包括信号上行指示灯和信号下行指示灯。 

上述方案中，通信状态指示模块还包括液晶显示屏和调试按钮。