一种基于Cortex-M处理器的KNX-Modbus TCP协议转换网关制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Cortex-M的KNX-Modbus TCP协议转换网关，本发明专利技术从功能上划分主要包括KNX通信模块、网关配置模块、Modbus TCP通信模块和协议转换模块。所述的KNX通信模块支持KNX在TP1介质上的通信协议；所述的网关配置模块支持标准TCP/IP协议，实现与上位机配置软件的网络通信功能；所述的Modbus TCP通信模块支持Modbus TCP协议以及常用的功能码；所述的协议转换模块包括KNX系统与Modbus TCP系统的设备映射和数据映射，所有映射存储在一片共享的数据内存池中，协议转换模块通过内存管理和任务调度，实现了数据的映射和双向交互。本发明专利技术具有体积小，可靠性高，配置灵活等特点，本发明专利技术可以便捷的实现KNX系统和Modbus TCP系统之间的集成和服务共享。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于楼宇自控
，特别涉及基于KNX和ModbusTCP协议的楼宇自动化控制

技术介绍
：KNX是Konnex的缩写，1999年5月，欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会，推出了KNX协议。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。KNX是被正式批准的住宅和楼宇控制领域的开放式国际标准，同时KNX在2013年5月成为了中国国家推荐性标准GB/T20965-2013《控制网络HBES技术规范——住宅和楼宇控制系统》。Modbus是由施耐德电气公司在1979年专利技术的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，Modbus总线协议也是中国国家标准GB/T19582-2008，此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备，许多工业设备包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准，据不完全统计截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。ModbusTCP的应用层还是采用Modbus协议(Modbus是OSI模型应用层协议)，简单高效，其采用TCP协议和502端口进行通讯，用户使用方便，连接可靠；网络层使用IP，因为因特网使用此协议，因此ModbusTCP不但可以在局域网上使用，还可以在广域网和因特网上使用，而且不使用专用硬件，全部采用标准的以太网硬件，因此得到了大量的使用。在轨道交通中常使用SCADA系统，轨道交通站点的很多照明系统采用的是KNX系统，而很多设备和集成接口还是以Modbus为主，SCADA系统可以方便的集成Modbus系统和设备，但是KNX系统却无法集成，因此需要一个集成网关，可以把KNX照明系统无缝集成到整个的监控系统中，这样的网关目前在国内尚无厂家开发，本专利技术着重于满足这一市场需求。
技术实现思路
：为解决
技术介绍
所存在的问题，实现KNX系统和ModbusTCP系统的集成和服务共享，本专利技术公开了一种基于Cortex-M处理器的易于配置、方便维护、可靠性高的KNX-ModbusTCP协议转换网关。本专利技术从功能上划分，主要包括KNX通信模块，网关配置模块，ModbusTCP通信模块，协议转换模块。本专利技术的KNX通信模块采用总线供电方式，网关配置模块，ModbusTCP通信模块，协议转换模块通过外部电源供电，支持直流9-30VDC供电或者交流24VAC供电。本专利技术的KNX通信模块与网关配置模块、ModbusTCP协议模块、协议转换模块电气隔离。本专利技术的网关配置模块接收上位机的配置服务，实现与上位机配置软件的数据传输。本专利技术的KNX通信模块支持标准的KNX协议，实现对已配置的KNX设备进行监听和操作，支持的KNX数据类型包括：开关量(Switch，1比特)、驱动控制(Drivecontrol，1比特)、优先级(Priority，2比特)、ASC码字符(8比特)、调光(Dimming，4比特)、百分数(Scaling，8比特)、浮点(Float，16比特)、计数器(Counter，8/16/32比特)。本专利技术的ModbusTCP通信模块支持标ModbusTCP协议和TCP/IP协议，支持的功能码包括：读线圈(0x01)，读离散量输入(0x02)，读保持寄存器(0x03)，读输入寄存器(0x04)，写单个线圈(0x05)，写单个寄存器(0x06)，写多线圈(0x0F)，写多寄存器(0x10)，支持的数据类型是Char(1字节有符号)，Unsignedchar(1字节无符号)，Short(2字节有符号)，Unsignedshort(2字节无符号)，Int(4字节有符号)，Unsignedint(4字节无符号)，float(4字节浮点)，支持两个ModbusTCP客户端的并发连接。本专利技术的协议转换模块通过管理映射点的集合数据内存池来管理KNX系统与ModbusTCP系统的映射和双向通信功能。附图说明：图1为本专利技术的功能框架示意图。图2为本专利技术的硬件框架示意图。图3为本专利技术的ModbusTCP通信模块示意图。图4为本专利技术的协议映射模块示意图。图5为本专利技术的数据双向交互示意图。具体实施方式：参见图1本专利技术的功能框架示意图，本专利技术从功能划分，主要包括KNX通信模块，网关配置模块，ModbusTCP通信模块，协议转换模块；其中网关配置模块负责与上位机配置软件通信，定义通信规则、模块参数；KNX通信模块实现了标准的KNX协议，数据报文的接收采用DMA方式，支持最大的KNX设备数取决于本专利技术自身的内存大小；ModbusTCP通信模块在传统的TCP协议的基础之上封装了ModbusTCP协议报文；网关配置模块通过简洁的共享内存管理和任务调度实现了ModbusTCP与KNX两种协议的设备映射和数据映射；模块中的关键数据与运行信息都可以通过本专利技术扩展的RS232串口打印输出。参见图2本专利技术的硬件架构示意图，本专利技术需要同时接入两种供电方式，一种是通过KNX的直流30VDC完成对KNX通信模块供电，另外一种是通过直流9-30VDC或者交流24VAC完成对本专利技术的其它部分供电；外接的直流9-30VDC供电或者交流24VAC供电，依次通过本专利技术中的整流电路部分(1)、滤波电路部分(2)、转5V电路部分(3)、转3.3V电路部分(4)满足对本专利技术中不同器件的供电。进一步，本专利技术的核心处理器使用ARM架构的Cortex-M处理器(5)，通过RMII接口与以太网802.3的PHY芯片连接(7)；Cortex-M处理器(5)通过并行的地址与数据总线与外部扩展的SRAM芯片(8)连接；Cortex-M处理器(5)通过SPI接口与外部扩展的EEPROM芯片(9)连接；Cortex-M处理器(5)通过USART接口与RS232电平转换芯片(6)连接；KNX收发电路部分(11)通过磁耦隔离(10)实现与Cortex-M处理器(5)的通信。进一步，本专利技术的地设计分为系统地，模拟地，KNX地以及保护地：系统地包括MCU、存储芯片、以太网芯片等系统电源侧的部分；模拟地为以太网物理层芯片使用；KNX地为KNX总线的地，与系统地电气隔离；保护地包括部分连接器的外壳地、TVS管的泄放网络，保护地通过连接外壳的金属弹片与导轨相连。本专利技术的KNX通信模块集成了KNX专有收发芯片，实现了与KNX系统的双向交互，KNX通信模块通过DMA的方式接收报文，并对报文进行解析，得出每条报文的源地址，目的地址、数据类型以及数据值等内容，然后存放到本接收缓冲队列中，等待协议转换模块进行处理；KNX通信模块的发送采用事件驱动的方式，事件的发起和报文的具体内容由协议转换模块控制。参见图3为本专利技术的ModbusTCP通信模块示意图，本专利技术的ModbusTCP通信模块包括ModbusTCP协议栈和TCP/IP协议栈，TCP/IP协议栈经过移植和裁剪，仅支持ARP，ICMP，TCP和UDP协议，ModbusTCP协议栈支持的功能码包括：读线圈(0x01)，读离散量输入(0x02)，读保持寄存器(0x03)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Cortex‑M处理器的KNX‑Modbus TCP协议转换网关，其特征在于：该网关包括KNX通信模块，网关配置模块，Modbus TCP通信模块，协议转换模块；其中所述的网关配置模块负责与上位机配置软件通信，定义通信规则、模块参数；所述的KNX通信模块实现了标准的KNX协议，数据报文的接收采用DMA方式，支持最大的KNX设备数取决于本专利技术自身的内存大小；所述的Modbus TCP通信模块在传统的TCP服务的基础之上实现了Modbus TCP协议报文的封装和处理；所述的网关配置模块通过简洁的共享内存管理和任务调度实现了Modbus TCP与KNX两种协议的设备映射和数据映射；所述网关中的关键数据与运行信息通过扩展的RS232串口打印输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于Cortex-M处理器的KNX-ModbusTCP协议转换网关，其特征在于：该网关包括KNX通信模块，网关配置模块，ModbusTCP通信模块，协议转换模块；其中所述的网关配置模块负责与上位机配置软件通信，定义通信规则、模块参数；所述的KNX通信模块实现了标准的KNX协议，数据报文的接收采用DMA方式，支持最大的KNX设备数取决于本发明自身的内存大小；所述的ModbusTCP通信模块在传统的TCP服务的基础之上实现了ModbusTCP协议报文的封装和处理；所述的网关配置模块通过简洁的共享内存管理和任务调度实现了ModbusTCP与KNX两种协议的设备映射和数据映射；所述网关中的关键数据与运行信息通过扩展的RS232串口打印输出。2.根据权利要求1所述的KNX-ModbusTCP协议转换网关，其特征在于：所述的KNX通信模...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓风，赵艳领，刘敏，郑秋平，张春庭，史宝库，
申请(专利权)人：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11