Modbus TO BACnet IP协议转换网关
总体设计方案
[V1.0]
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广东××楼宇科技有限公司
2009-8-2
目录
一、项目背景 (3)
二、设计原则 (4)
三、拓扑结构 (4)
四、总体设计方案 (5)
4.1产品整体设计 (5)
4.2协议转换器功能 (5)
五、硬件设计方案 (6)
5.1MTB协议转换器硬件结构 (6)
5.2MTB协议转换器功能说明 (7)
六、软件设计方案 (8)
6.1软件架构设计 (8)
6.2MTB协议转换器系统子模块设计 (10)
6.2.1 BACnet接口模块 (11)
6.2.2 Modbus接口模块 (14)
6.2.3 CGI 模块 (15)
6.2.4 Web模块 (15)
6.2.5 安全性设计 (19)
七、技术参数 (20)
7.1MTB协议转换器主模块技术参数 (20)
八、开发工具...................................... 错误!未定义书签。
九、进度安排、项目组成员、及预算 .................. 错误!未定义书签。
一、项目背景
本产品用于将MODBUS RTU通讯的设备接入BACnet IP网络。本产品在MODBUS 网络中为主站，可接8个从站。本产品在BACnet IP网络中为一个网络设备，用户可将从MODBUS RTU网络中的数据点一一对应到BACnet IP网络中的数据点。
Modbus RTU 转BACnetIP, 通过BACnet对象可以读/写任何标准的Modbus寄存器。
1、实现从MODBUS RTU主（Master）到BACnet IP转换。
2、向下提供1个RS485/MODBUS RTU接口，可连接8台MODBUS从（Slave）设备，
速率支持2400～38400bps，通讯距离可达1000米。
3、向上提供1个BACnet IP接口，速率支持10/100M。
4、Modbus 与BACnet数据映射配置采用web进行配置，
5、支持Modbus的coils、holding register、input register、discrete
input这四类标准的寄存器；Modbus寄存器的映射关系和Modbus RTU的
波特率等参数通过WEB进行配置
6、Modbus轮循的时间间隔可以进行配置
二、设计原则
总体设计原则是产品必须以市场为导向，满足用户的使用需求，要把握住产品的主流方向，保证产品在生命周期内不会被淘汰。产品开发坚持宏观把控，从各方面考虑风险因素，争取把风险降低到最低。
三、拓扑结构
图3.1 MTB协议转换器3000的系统拓扑图
该系统采用二级网络的架构，MTB协议转换器与通用BACnet浏览器软件或客户端通过BACnet IP进行数据交互，并能与第三方标准的BA系统进行无缝集成；系统内嵌WEB服务器，Modbus与 BACnet系统配置通过Http协议直接访问、配置，操作直观、简洁。
四、总体设计方案
4.1 产品整体设计
该协议转换器核心的功能是实现Modbus RTU与BACnet IP协议数据转换。该系列协议转换器内嵌了功能强大的Web控制软件，用户无需上位机软件，通过Web页面访问系统界面可实现对协议转换器的管理和控制，并可进行参数配置，Modbus从机设备管理等功能，充分发挥Web强大的管理和控制功能。
现场人员可以直接通过浏览器对MTB协议转换器系统进行访问、配置，配置完成后可以快速与支持BACnetIP协议的BAS系统进行集成。MTB协议转换器与Modbus从机设备模块之间通过RS485进行通信，带有1条RS485总线，每条总线可扩展8个Modbus从机设备.
4.2 协议转换器功能
1.Web功能
a)可通过登陆IE浏览器访问、配置协议转换器相关参数。
b)数据对象配置，包括对模拟量、二进制量、多态、输入、输出、值对
象进行配置。
c)Modbus配置，配置菜单包括，Modbus RTU数据、Modbus RTU设置、
2.网络通信
a)与Modbus从机设备通信，采用Modbus RTU协议实现数据通信。
b)集成BACnetIP协议，在以太网上采用BACnet IP协议向BAS系统接口。
c)实现Modbus协议到BACnet IP协议的数据映射，把Modbus从机设备
数据转换为标准的BACnet IP对象。
3.安全机制
a)密码登陆，经过授权的用户才允许登陆访问MTB协议转换器控制器。
4.辅助功能
a)带有电源、运行和通信指示灯。
b)带有蜂鸣器提示功能。
五、硬件设计方案
5.1 MTB协议转换器硬件结构
MTB协议转换器采用模块化设计，主要功能电路有CPU，程序存储电路，数据存储电路，485通信电路，Ethernet通信电路，USB电路，实时时钟电路，复位电路，指示灯电路，硬件结构如图5.1所示：
图：5.1硬件结构图
5.2 MTB协议转换器功能说明
1.电源电路：给MTB协议转换器各个电路提供供电，采用DC-DC电源芯片，输
入DC24V，输出5V，再由LDO芯片把5V变换成3.3V和1.8V，供整个MTB 协议转换器使用。主要技术参数：
a)供电电压：DC24V ，
b)输出电压：DC5.0V，3.3V，1.8V。
2.CPU电路：该模块主要是一个芯片外加一个晶振电路。，这是整个MTB协议转
换器控制器的核心部分，实现各种复杂的逻辑运算和通信数据处理，以及对其他外围电路的监测和控制。微处理器芯片内部嵌入32bit的CPU，小容量内部RAM、ROM，具有外部存储扩展接口EBI、I2C、SPI、UART、USB、Ethernet 等各种通信外设接口， JTAG和debug调试口等，可以满足复杂的控制和各种通信协议的处理。主要技术指标如下：
1)32bit芯片，主频200MHz，
2)带有MMU功能，支持Linux操作系统，
3)具有EBI接口，可外扩FLASH和SDRAM，
4)1个以上的10 M /100M自适应Ethernet通信接口，
5)2个USB接口，其中一个USB Host，一个USB Device，
6)1—2个I2C接口，
7)1—2个SPI接口。
可选的核心芯片：
三星：S3C2410，主频200MHz， 3个串口，2个以太网接口，带有MMU功能，可扩展Nand Flash，SDRAM。
本设计中选用三星的S3C2410控制芯片。芯片简介： S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0.18um制造工艺的32位微控制器，该处理器最高可运行在203MHz。
功能特点：
➢内部1.8V，存储器3.3V，外部I/O3.3V，16KB数据Cache，16KB指令Cache，MMU，
➢内置外部存储器控制器（SDRAM控制和芯片选择逻辑），