gprs远程控制器

ZHC2931是一款基于物联网技术的多功能集成控制器升级版，通过该控制器实现的物联控制系统用户可以实现终端设备的远程监控。提供1路串口（RS485/RS232）、2路DI、1路DO和1路AI接口，支持本地逻辑处理运算、自动采集主动上报、Modbus RTU/TCP自适应、自动校准阈值上报、组态软件对接、干湿节点IO检测等特色功能，支持一对一、多对一组网。适用范围：物联网控制、工业自动化监控、高校实验室数据监控；野外工业现场数据监控；野外农业监测点（大棚等）数据监控；楼宇智能控制；路灯远程开关控制柜。

产品功能：

◆ 支持 1 路继电器输出

◆ 支持 2 路 DI（干/湿节点）输入

◆ 支持 1 路模拟量（电流）输入

◆ 支持 8 个条件控制指令，控制更加便捷

◆ 提供 1 路串口（RS485/RS232）

◆ 支持串口心跳包

◆ 支持多种功能码：01、02、03、04、05、06、0F、10

◆ 支持设置数据主动上报方向

◆ 支持 TCP_Client、HTTP_Client

◆ 支持两种工作模式：主机模式、从机模式，主机模式支持级联多个 Modbus 设备

◆ 兼容 Modbus RTU/TCP

◆ 支持云转发、云组网

◆ 支持本地升级、远程升级

◆ 支持硬件看门狗

◆ 多个指示灯显示工作状态

◆ 支持域名地址解析

◆ 支持设置 APN

◆ 支持信号查询

◆ 支持 SIM 卡号查询

◆ 支持心跳包

◆ 支持任意格式的注册包，保证设备身份合法性和唯一性

◆ 提供一路开关量输出

◆ 继电器采用光电隔离

◆ 继电器保留长开长闭状态

◆ 支持定时翻转继电器状态

◆ 支持设置继电器启动状态

其他说明：

针对现场开关柜自动化控制所需要的节点监测和状态切换功能，以PIC单片机为控制的核心，设计基于Modbus-RTU的远程控制器。远程控制器整合了Modbus通信协议，具备设备地址管理、通信参数配置.开关量采集和控制功能，并通过RS485总线,能够与数据采集网关等主控制器的下行RS485接口互联互通。通过实践验证,远程控制器可靠地实现了空调系统现场开关的控制和监测,其实现的成本较低,工作可靠。

1引言Modbus协议是由Modicon公司推出并真正用于工业现场的总线协议[1]。通过此协议,能够由通信网络实现控制器之间、控制器和其它设备之间进行可靠的通信。Modbus是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议,它可在不同类型总线的设备之间,提供客户机/服务器通信。

在总线上进行通讯时,Modbus协议RTU模式,报文中每8位的字节被分成2个4位的16进制字符,该模式的主要优点是在相同波特率式传输的密度高于ASCII模式[3]。Modbus协议在RS458总线上,以RS-485所采用的平衡发送、差分接收和共模干扰抑制的能力,能够实现从几十米到上千米距离的远程通信[4-5]。所设计的远程控制器,以Microchip公司8位单片机为核心器件,并采用带隔离功能的RS458作为通信总线,具备有12位状态量采集和4位开关量控制的能力。2控制器硬件设计基于PIC16F73单片机的远程控制器总体设计如图1所示。

PIC16F73单片机片上资源丰富,拥有22个GPIO接口、3个定时器、11个中断和1个AUSART通用串口等多种外设;具备4K×14位的FLASH存储器、192字节的RAM存储器;使用温度宽,抗干扰能力强,十分适合工业现场使用。特别是其采用高性能RISC指令集,执行效率高,编程方便灵活,为小型控制系统提供了十分便利的解决方案[6-7]。图1远程控制器硬件总体框图远程控制器选用28pin的PIC16F73-I/SP,共设计4路状态量输出控制、12路状态量采集输入和1个半双工的RS485接口。为实现控制器端口的保护功能,对12路状态量采集的输入接口,均配备光耦进行隔离;4路开关输出均由继电器实现;同时,采用具有2.5k V电压隔离能力和±15KV ESD保护的隔离型RS-485收发器ADM2587E实现高速RS485通信接口[8]。远程控制器PCB电路整件如图2所示。图2远程控制器PCB电路(Top)图3远程控制模块状态控制输出电路图3所示是控制器的输出接口电路,其中PIC单片机的IO口直接驱动TLP781隔离光耦,以控制继电器工作线圈的通断电,从而实现状态输出的开闭操作。图4所示的是控制器其中一路状态量采集DI端口的原理设计。

图4带隔离保护的状态量采集电路采集电路使用光耦器件实现输入部分与主MCU之间的隔离,以保护核心器件的安全;同时,输入端口电源HVCC=24V,首先经过Q2/Z1/R17组成的线性稳压电路,实现各DI端口独立的稳压供电;此外,TVS瞬变抑制二极管SMBJ26A能够削减意外高压带来的冲击3控制器软件设计远程控制器软件采用了前后台系统的模式,前台程序是一个无限的轮询循环,其总体设计如图5所示。

图5远程控制器前台软件流程图前台程序主要监测12路DI的电平状态和UART的字节接收标志位。控制器的后台软件主要包括状态量采集的12路IO电平的监视流程、4个输出IO口的状态量输出控制流程,Modbus-RTU协议处理流程,以及UART串口接收、UART串口发送共计5个任务。

图6所示的是UART数据帧的收发流程,考虑到PIC单片机指令单周期200ns快速高效的性能,为增加系统的抗干扰能力,UART串口也采用轮询标志位方式进行收发数据的确认。

当串口UART接收到完整的数据帧结构时,后台程序将进入Modbus-RTU协议处理流程,以进行协议帧的解析、执行和应答。(a)UART数据帧的发送(b)UART数据帧的轮询接收图6 UART数据数据帧的收发流程4控制器Modbus协议设计Modbus协议是一个请求/应答型协议,能够提供协议帧对应功能码所规定。

关键词：dtu