STC单片机实现的ModBus-RTU协议无线通信服务器
许文辉
【摘 要】摘要：介绍一个基于STC单片机构建的Modbus-RTU主站协议的无线通信服务器。着重介绍其使用的芯片，原理及电路。从低成本的角度，有效地解决了AB的PLC主站与远方多处的Modicon MicroPLC之间的无线通信问题。为实现异种类型PLC之间的无线数据交换提供了一个切实可行的方法。 【期刊名称】自动化与信息工程 【年(卷),期】2007(028)001 【总页数】3
【关键词】STC单片机；Modbus协议；ASCII码协议；SPI
1 引言
在某水厂的自动控制中，需要把水厂和多个二次加压泵站（以下简称“泵站”）组成一个无线通信的控制网，在水厂设置统一的监控中心，统一控制管理水厂及多个泵站。其中水厂控制系统已采用 AB的PLC5系列PLC（以下简称主站PLC），而泵站则是采用 Modicon TSX Micro的 PLC（以下简称从站PLC），如何在不改变水厂及泵站现有的PLC，且用最少的费用及最可靠的方法来实现异种 PLC之间的无线数据交换是需要解决的问题。
本文提出了通过自制一个通信服务器的方法。这种方法能根据泵站通信控制的特点，有效地解决异种PLC通信协议不一致、简化PLC的编程难度及增强无线通信的可靠性等难题。而选用 STC单片机制作通信服务器，则能保证通信服务器非常容易实现而且低成本。
2 通信服务器工作原理
本文所实现的通信服务器包括两个 RS232的串行通信口，具有数据掉电存储功能和无线通信的一对多式主站数据服务功能。
一个串口用于与主站 PLC相连，用自编写的ACSII协议与主站PLC通信；另一个用于与无线电台相连，在硬件上增加RTS线，用Modbus-RTU主站协议与远方从站PLC进行无线通信。
在通信服务器中利用数据掉电存储功能存储各个无线从站的通信地址码，读写数据的起始地址及个数。这样可尽可能地减少ACSII协议的数据通信量。 无线通信的一对多式主站数据服务功能实现无线通信中的数据纠错和自动对多个从站的数据巡测功能，进一步减少主站PLC与通信服务器的信息量。 通信服务器工作原理如图1。
3 STC单片机的介绍
在通信服务器中选用了两片STC89C516RD，以下重点介绍STC89C516RD的基本情况。
STC89C516RD是一款增强型的8位8051系列的MCU。它的性能特征如下： 5V工作电压；操作频率为0～40MHz；32根I/O口线；两个DPTR；双倍速模式；3个定时/计数器；1个看门狗定时器WDT；1个增强全双工串口UART；1个可编程计数器组PCA；支持8个中断源，分4级中断优先级；1个串行通信接口SPI；1k的片内静态RAM；64k+8k的Flash程序存储器。
具有在系统编程的ISP/IAP功能，可以采用IAP功能，把需要掉电保存的数据写入Flash内，也可以在完全不改动或拿出单片机芯片，利用ISP功能对单片机的程序进行修改。
DIP-40封装的 STC89C516RD可以完全兼容AT89C51或AT89C52，其管脚
如图2。
4 通信服务器电路实现方案
由于通信服务器电路采用STC89C516RD单片机为核心，所以整个电路非常简单。共用 2块STC89C516RD，2块MAX232CPE（232电平转换）及几个电阻、电容、晶振（11.0592M）、发光二极管。原理如图3。
因为本电路共有两个串口，1块STC89C516RD接1个，因此可以很好地发挥STC89C516RD的特长，就是使用ISP功能对单片机的程序进行修改。这样只要把电路的焊好后就可以完全把整个电路板完全封装在盒子里。当然为了下载程序的方便，要求两个串口最好是按电脑的COM口来设计，这样修改或调试程序时只要用一根对接的串口线把电脑的COM口和需下载的单片机相连接就能把程序下载到单片机中。
5 通信协议及功能
在本通信服务器中共涉及了三个通信协议，一为自编写的ASCII协议；二为Modbus-RTU协议。三为SPI协议。 （1）自编写的ASCII协议
9600b/s，7位数据，2位停止，无校验。
规定：主站最多可与4个从站进行主从式无线通信。每个从站最多只能有3个读缓冲和3个写缓冲。读缓冲最大为10个字，写缓冲最大为5个字，2字节/字。
帧格式：“:”+功能代码+从站地址+数据块+ LRC+回车+换行。
除’:’及结束符外，其它所有字符必须为字符’0’～’9’。LRC为功能代码、从站地址、数据块3项数据的累加和（8位二进制尾数）的十进制。数据块由
STC单片机实现的ModBus-RTU协议无线通信服务器
