[发明专利]低成本现场总线远程输入输出系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体地说是一种低成本现场总线远程输入输出系统。

背景技术

随着32位单片机应用的日益普及，信息共享的程度不断提高。对于以单片机应用系统为中心的小型嵌入式设备，成为当今电子产品开发的重点。

其中，利用单片机实现嵌入式方案的技术难点在于：1、如何利用单片机自身有限的资源对信息进行MODBUS协议处理，使之变成可以在RS485上传输的数据包。2、在单片机中运行实时内核。从解决这一技术问题出发，目前有如下几种方案：

1.Gateway+专用网：采用专用网络(如RS-232，RS-485，CAN Bus等)把一小批单片机连接在一起，然后再将该专用网络连接到一个PC上，该PC作为网关将专用网络上的信息转换为协议数据包，然后发到网上实现信息共享。该方案可以连接多种单片机。缺点：a.需要依赖PC机作网关进行协议转换，在多个单片机系统分散的情况下，专用网络布线极为不便；b.需要在PC机上安装专门的协议转换软件，该软件通常由专门的第三方软件商提供，费用较高。

2.32位MCU+RTOS：采用32位的高档单片机，在RTOS(实时多任务操作系统)的平台上进行软件开发，在嵌入式系统中实现TCP/IP的协议处理。由于采用高档单片机，该方案可以完成很多复杂的功能。但这种方案存在如下缺点：需要购买或选用免费的RTOS开发软件，对开发人员的开发能力要求较高。

发明内容

为了克服PC机的高费用、8位或16位机外围资源少，运行实时内核上的困难，本发明的目的是提供一种不依赖PC机、费用低、易推广、使用灵活、易于维护、外围资源丰富，采用占先式实时操作系统的低成本现场总线远程输入输出系统。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：一种低成本现场总线远程输入输出系统，包括控制模块和I/O模块；所述控制模块中存储有控制程序；所述控制模块通过内部总线管理I/O模块；所述I/O模块完成现场信号的采集、转换，所述控制模块通过I/O模块控制现场设备。

所述控制模块内存有MODBUS通讯协议，该控制模块运行MODBUS-RTU协议栈；所述MODBUS通讯协议包括MODBUS从站协议和MODBUS主站协议；所述MODBUS主站协议通过MODBUS从站协议实现现场设备的数据采集和远程监控。

所述控制模块包括：

-单片机；

-动态数据存储器，用于存储单片机运行的控制程序，还存储所述I/O模块采集的现场数据；

-非易失性数据存储器，用于储存为控制模块设定的信息参数，供单片机读取；

-程序存储器，用于储存操作系统内核程序、MODBUS-RTU协议、控制逻辑程序，供单片机运行控制；

-时钟，为控制模块提供时间信息；

-物理层，用于与单片机连接，完成MODBUS-RTU协议中的第一层协议；

-内部总线，用于控制模块与I/O模块进行数据通讯连接。

所述I/O模块主要包括：模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块；所述模拟量输入模块主要由模/数转换器、光电隔离器、保护电路组成；所述内部总线通过光电隔离器选择输入现场信号，信号经模/数转换器转换后，再通过光电隔离器传递至控制模块。所述模拟量输出模块主要由数/模转换器、光电隔离器、保护电路组成；所述内部总线通过光电隔离器选择输出单片机信号，该信号经过光电隔离隔离输出至数/模转换器，再通过数/模转换器输出信号送至现场设备。所述开关量输入模块主要由光电隔离器、保护电路组成；所述开关信号通过采集保护电路、光电隔离器输入至内部总线，所述内部总线将信号输入至单片机。

开关量输出模块主要由达林顿驱动器、光电隔离器组成；控制模块通过内部总线选择需要输出的通道，再通过光电隔离器输出至达林顿驱动器；所述达林顿驱动器输出共阳极信号至现场设备。