modbus无线数传模块
整
体
设
计
方
案
哈尔滨工业大学(威海)计算机科学技术学院
嵌入式系统研究中心
2015.5.28
根据《modbus无线数传模块功能与规格说明》，下面给出modbus 无线数传模块整体设计方案，暂不涉及软硬件具体实现方案，一些理解可能也有不当之处，需进一步探讨。

另外，《modbus无线数传模块功能与规格说明》中提到的RoHS和IP65防护，针对的主要是产品外部壳体，暂不在本方案考虑之列。

一、modbus无线数传模块的硬件构成
modbus无线数传模块可设定为主模块和从模块，从模块具有路由功能，硬件系统主要包括处理器、存储器、电源、基本输入输出、串行通信和无线通信等模块。

其中存储器模块包括ROM和RAM；电源模块为不间断供电电源，可市电供电或电池供电，有充电功能，电池要保证电源续航能力1天；基本输入输出模块包括开关量输入(如modbus地址设定等)和开关量输出(如电源和故障等指示灯)；串行通信模块包括RS232和RS485接口各一个，RS232用于连接上位机，可进行modbus模块参数设定，或控制modbus主模块依据modbus协议发出modbus消息，RS485用于连接下位设备，将从下位设备采集的数据存入对应的寄存
器；无线通信模块提供433/868/915MHz 3个频率的可切换的通信能力，单跳传输距离0-500m，通信延时500ms，通过多个无线通信模块可形成mesh网络。

所有器件均为工业级(根据-20-80℃的温度要求)，并要考虑低功耗要求。

二、modbus无线数传模块的软件设计
modbus无线数传模块的软件包括在上位机上运行的管理程序，以及无线数传模块的数据管理，modbus协议，数据加密、mesh网络，下位设备的数据采集，以及硬件驱动等功能模块。

上位机管理程序通过RS232端口完成对modbus无线数传模块的管理，包括显示模块地址，模块状态(掉电、故障等)，模块是主还是从，mesh网络情况，还可以设定无线通信频率、串口波特率，模块主从，加密方式等。

数据管理要管理模块使用的各类数据，完成数据存储区的分配、数据的读取和写入等，数据包括设备ID号，modbus地址，modbus 寄存器，设备状态数据，报警及故障数据，加密密钥等，需要时，还
要开辟和管理数据缓冲区。

modbus协议模块实现modbus通信协议，通信采用RTU模式，包括组装和解析modbus数据帧，进行CRC校验，当模块为master 时，能够转发上位机传送过来的modbus请求消息通过无线方式给slave，并将slave的应答消息再传给上位机，当模块为slave时，解析master发送过来的消息，并组装应答消息给master。

消息类型暂定为3种(见《modbus无线数传模块功能与规格说明》)。

数据加密，包括加密和解密模块，无线数据发送接收时使用，选择加解密算法时要注意处理器的能力，不宜太复杂，以提高速度，保证加解密的实时性。

Mesh网络支持模块，这个部分拟使用成熟的mesh产品，不自己开发，因为从头开发的话，周期很长，而且费用也很高，购买一个成熟的商品化的mesh产品全套技术应该在百万以上。

数据采集模块完成从下位设备采集数据并存储至对应的modbus 寄存器，这个部分要根据连接的下位设备进行设计，应支持多种不同常用下位设备，开发时要提供对应下位设备及其技术手册，要为每种下位设备开发不同的采集程序，使用户可以根据实际情况设定所使用的下位设备。

硬件驱动模块对硬件设备提供操作底层，如串口设备驱动，提供对RS232和RS485通信的基本支持，其它设备也是如此。

三、modbus无线数传模块应用系统示例程序
为方便利用modbus无线数传模块构建应用系统，要针对常用领
域一些设计示例程序(数量待定)，modbus无线数传模块应用系统有如下的拓扑结构：
应用系统程序运行在图中所示的上位机中，一般包括数据采集、可视化显示(曲线及现场模拟等)、数据库管理、历史数据查询，统计分析等模块，需要根据具体要求来定。

四、价格估算
硬件系统设计制作：10万元
软件系统设计10万元，包括上位机管理程序1万元，1个应用示例程序(一般难度)1万元，模块内软件8万元(含5种下位设备支持)，mesh网支持不在开发范围之内。

项目总开发费用：20万元。