??? 摘 要：根據電力企業現場總線的特點以及企業對設備運行數據進行遠程采集管理的需求，實現了一種在嵌入式軟硬件平臺下開發的系統——數據采集協議轉發管理系統。
??? 關鍵詞：總線協議；數據轉發；服務器
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??? 嵌入式系統技術是目前電子設計領域最為熱門的技術之一,目前已經廣泛地應用于軍事國防、消費電子、網絡通信、工業控制等各個領域。根據對電力工業現場總線控制信息數據交互系統的研究，其現場總線非常多，如RS485、CAN和工業以太網等，總線上的數據協議也很多，最常見的有RS232、Modbus、CAN、TCP/IP等等，但這些協議數據之間不能進行直接的交互，而且隨著工業控制服務器以及企業管理信息系統的發展，需要將這些數據進行遠程傳輸，并能進行遠程控制，這就需要能夠完成這種任務需求的設備。本設計就是針對上述情況，滿足企業的數據控制需求而進行設計開發的嵌入式網關設備。該嵌入式網關能夠接收RS232、RS485總線協議的數據并能實現對TCP/IP協議的數據包的轉發，實現數據的雙向傳輸。
1 系統方案
??? 根據數據采集協議轉發管理系統所要實現的不同總線協議之間進行數據轉換的任務，需要實現如下的幾個功能：
??? (1) 串行通信接口RS232的通信功能；
??? (2) RS485接口的通信功能；
??? (3) TCP/IP協議網絡接口的通信功能；
??? (4) 串口和TCP/IP協議數據協議轉發功能。
2 實現原理
??? 嵌入式系統處理器采用ARM處理器—S3C2410，嵌入式操作系統為Linux。其硬件組成如圖1所示。
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??? 該協議轉換管理系統能夠接收RS232、RS485總線協議的數據和TCP/IP協議的數據包，實現RS232、RS485和TCP/IP的雙向數據轉換。當接收到來自于以太網的控制信息時，協議轉換器對其解包提取原始信息，并以RS232、RS485總線可以接收的格式發出；當接收到來自于RS232、RS485總線的1報文時，提取信息后加上IP幀頭，以以太網幀格式發出，其系統模型如圖2所示。
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3 軟件系統設計
3.1 串口通信編程
??? Linux中對于每一個串行端口，內核有一個設備驅動程序來負責端口的輸入輸出。該串口的驅動在Linux內核中已經完成，因此，對串口的操作是通過對串口設備文件的操作來實現的。訪問串口只需要打開相應的設備文件。在Linux下，串行口COM1和COM2對應的設備文件分別為/dev/ttyS0和/dev/ttyS1。串口編程的一般步驟如圖3所示。
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??? RS485接口通信通過RS232轉RS485通信接口硬件實現，其程序開發流程與上文所述類似，這里不再贅述。
3.2 網絡通信編程
??? 網絡通信程序設計分為服務器端和客戶端，本文利用面向連接的TCP/IP協議進行程序設計，完成數據交互。服務器/客戶機模式是網絡通信交互的最常用模式，基于TCP/IP數據流的socket網絡編程流程如圖4所示。
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3.3 系統完成功能
??? 客戶端通過以太網與數據轉發服務器連接，現場Modbus、CAN、DNP總線協議儀表通過接口與數據轉發服務器連接，用戶通過客戶端發送儀表報文，報文經過數據轉發服務器轉發給儀表，儀表接收到報文后，進行相應處理，并把數據通過數據轉發服務器轉發給客戶端，其結構如圖5所示。
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4 系統測試
??? 數據發送測試：在客戶機A上通過青云ComMax通信調試軟件，設定系統數據轉發服務器參數，連接服務器，并發送正確Modbus報文，如圖6所示。
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??? 發送的報文通過轉發服務器轉發到現場儀表中，現場儀表根據報文中的指令，返回遠程Modbus儀表數據報文，如圖7所示。
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??? 返回的Modbus報文中包含了儀表采集的現場數據，可以根據這些數據進行分析，也可以把數據保存在企業現場儀表數據庫中，滿足企業運行的分析、決策。
??? 通過以上對數據交互管理平臺Modbus協議的嚴格測試表明：數據交互管理對Modbus協議能夠及時快速地響應，能夠響應多客戶機的訪問，響應時間能夠在項目要求的范圍內，響應數據無錯誤。多臺客戶機可以同時對數據交互管理平臺進行訪問，數據交互管理平臺能夠及時響應多臺客戶機的訪問。
參考文獻
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