面向超低功耗传感器的Modbus协议研究与实现
《信息技术与网络安全》2020年第8期
姜 飞1，童海明1，赵玉薇2，董刘同1，张 瀚3
1.杭州浅海科技有限责任公司，浙江 杭州310052；2.纳晶科技股份有限公司，浙江 杭州300450； 3.航天长征火箭技术有限公司，北京100076
摘要：当前众多传感器、设备终端、仪器仪表需要具备超低功耗特性，同时又需要连入Modbus工业现场总线，而传统的Modbus通信机制无法适应低功耗模式，导致超低功耗特性器件在工业应用中的局限性。为解决此问题，提出了一种可用于Modbus总线协议的超低功耗信息处理机制。通过对传统Modbus协议和常用设备的低功耗处理机制分析，重新搭建了Modbus协议信息处理机制，在通信处理过程中对寄存器进行显式和隐式抽象，将寄存器操作与仪器功能动作紧密联系起来，提高任务执行效率和仪器整体的实时性。搭建Modbus主机到低功耗传感器的测试系统，结果表明，该Modbus协议处理机制可以在传感器保持超低功耗特性运行的同时，实现与主机稳定可靠的通信。
中图分类号：TN915
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.013
引用格式： 姜飞，童海明，赵玉薇，等. 面向超低功耗传感器的Modbus协议研究与实现[J].信息技术与网络安全，2020，39(8)：67-71.
文献标识码：A
DOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2020.08.013
引用格式： 姜飞，童海明，赵玉薇，等. 面向超低功耗传感器的Modbus协议研究与实现[J].信息技术与网络安全，2020，39(8)：67-71.
Research and implementation of Modbus protocol for ultra-low power sensor
Jiang Fei1，Tong Haiming1，Zhao Yuwei2，Dong Liutong1，Zhang Han3
1.Hangzhou Shallow-Sea Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310052，China； 2.Najing Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 300450，China； 3.Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co.，Ltd.，Beijing 100076，China
Abstract：Many sensors, terminal equipment and instruments need ultra-low power characteristics and the ability to be connected to the Modbus industrial bus. However, the traditional Modbus communication mechanism is unable to adapt with the low-power mode, resulting in limitation and applicability of ultra-low-power feature devices in industrial field. To solve this problem, a new Modbus protocol processing method was proposed. Through the analysis of the traditional Modbus protocol and the low-power processing mechanism of commonly used device, the information processing mechanism of Modbus protocol was reestablished and modified. Registers were abstracted explicitly and implicitly and were to be linked tightly with the functions and actions of instrument in the communication process, which improved the execution efficiency and the real-time performance of entire device. Test system was built with Modbus host and ultra-low power sensor, and the result shows that the proposed Modbus protocol processing mechanism is able to achieve communication with the host reliably and steadily while maintaining the ultra-low power mode of the sensor.
Key words :Modbus；ultra-low power；sensor；bus communication
随着物联网技术的高速发展，众多种类的传感器、仪器设备在工业、民用领域被广泛应用。与此同时，为降低传感器使用过程中的运营、维护成本，特别是应对特殊地理条件下能源供应匮乏的现状，具有超低功耗特性的传感器应用需求强烈，超低功耗特性已成为传感器未来发展趋势。
Modbus协议由于在通信过程中具有带宽节省、安全性和可靠性等方面显著优势，成为传感器在工业控制和自动化应用中常被采用的通信协议。然而，传统的Modbus协议信息处理方式不适用于超低功耗应用环境，在一定程度上限制了Modbus协议的应用范围。最近一段时间，虽然在此方面出现了一些研究成果，不过更多的是针对硬件设计方面的考虑。本文通过对Modbus协议和超低功耗设备设计理念进行分析和改进，重新规划寄存器数据实时响应机制，建立分层式的Modbus通信模型，可以实现超低功耗特性传感器与Modbus通信协议的兼容。
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作者信息：
姜 飞1，童海明1，赵玉薇2，董刘同1，张 瀚3
(1.杭州浅海科技有限责任公司，浙江 杭州310052；2.纳晶科技股份有限公司，浙江 杭州300450；
3.航天长征火箭技术有限公司，北京100076)
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