基于單片機(jī)和Modbus協(xié)議的停車(chē)器控制系統(tǒng)

摘要：針對(duì)列車(chē)停車(chē)器的控制情況，文章設(shè)計(jì)出了一種基于單片機(jī)和Modbus協(xié)議的停車(chē)器控制系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)有的轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)Modbus協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)主機(jī)對(duì)多臺(tái)從機(jī)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)督，并且可以方便地并入主系統(tǒng)。可以有效地提高系統(tǒng)安全性、操作的方便性和控制效率。
關(guān)鍵詞：停車(chē)器；控制系統(tǒng)；單片機(jī)；Modbus

道岔是一種常見(jiàn)的鐵路配件，在鐵路的正常運(yùn)行中，起著至關(guān)重要的作用。作為道岔控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)轍機(jī)(switch machine)是組成鐵路道岔系統(tǒng)的重要零件。在編組站中，為了減少中間環(huán)節(jié)，列車(chē)停車(chē)器借用轉(zhuǎn)轍機(jī)控制系統(tǒng)。編組站上的列車(chē)停車(chē)器控制系統(tǒng)的可靠性、安全性和操作的方便性對(duì)于提高鐵路系統(tǒng)的安全性和效率、降低人力成本具有重要意義。為了配合控制和監(jiān)督集中化的趨勢(shì)，應(yīng)該采用集控式控制，并且通過(guò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的單主機(jī)多從機(jī)系統(tǒng)，最終并入主系統(tǒng)。Modbus是一種開(kāi)放的、免費(fèi)的通訊協(xié)議，具有數(shù)據(jù)的安全性、物理媒介的廣泛適用性和網(wǎng)絡(luò)互連的多樣性等優(yōu)勢(shì)。因此，我們自行設(shè)計(jì)了一種居于單片機(jī)和Modbus協(xié)議的雙機(jī)通信控制系統(tǒng)。采用主從模式，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制多臺(tái)從機(jī)。
本文重點(diǎn)介紹了C8051通過(guò)Modbus協(xié)議與PC機(jī)進(jìn)行串口通信以及單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的硬件電路和軟件編程，且應(yīng)用了基于Modbus協(xié)議的報(bào)文結(jié)構(gòu)，可以更有效地通信。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)由兩層組成：上層為數(shù)據(jù)監(jiān)控層，稱為主機(jī)，由顯示終端PC機(jī)組成，用于控制和顯示現(xiàn)場(chǎng)控制情況；下層為數(shù)據(jù)采集層，稱為從機(jī)，由實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議的單片機(jī)(Modbus協(xié)議模塊)、實(shí)現(xiàn)控制的單片機(jī)(現(xiàn)場(chǎng)主控制模塊)、輸入輸出模塊、LCD、傳感器、電源模塊、復(fù)位模塊和接口電路組成；Modbus協(xié)議不需要特別的接口，典型的物理接口是RS-485，而RS-485為半雙工結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)中比全雙工往往更接近于實(shí)用，在此采用只有2條信號(hào)線的簡(jiǎn)易型連接。因此兩層之間通過(guò)RS232-485相連，在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議下進(jìn)行通信，如圖1所示。

上下層的通信方式為主從方式。首先，主機(jī)廣播請(qǐng)求幀，而每個(gè)從機(jī)都有自己獨(dú)立的地址，并且請(qǐng)求幀的首部是從地址，所有從機(jī)將請(qǐng)求幀的首部和白己的地址對(duì)比。如果相同，則自己是目的從機(jī)，并且向主機(jī)發(fā)送以自己地址開(kāi)頭的應(yīng)答幀；否則不是。
由于裝置需要實(shí)現(xiàn)多任務(wù)。為了優(yōu)化系統(tǒng)功能，采用了雙單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。其中一個(gè)單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)信息和控制現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)；另一個(gè)單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理并做相應(yīng)的封裝，通過(guò)Modbus協(xié)議和PC機(jī)通信，如圖2所示。