基于RTU油井远程测控系统的数据采集与传输层软件设计

(2)Modbus／RTU通信协议实现
Modbus主站需要处理发送请求帧、等待应答、处理应答、处理差错和等待转换延时等事件。其主站设计流程如图5所示。

Modbus／RTU报文帧是否完整和帧与帧之间的区分可以通过空闲间隔来实现，但这需要使用定时器完成1．5个字符和3．5个字符的定时，并在定时到后，进入接收处理函数，然后实现ADU数据到PDU数据的处理。
3．2．3 系统软件的实现
系统上电后，首先进行初始化操作，主要包括设置串口、定时器等内容，并读取EEPROM中的配置信息，对RTU进行配置，包括主从工作模式选择、IP地址设置、轮询的通信方式选择、传感器的开关状态、继电器输出状态等。若处于主站状态，还可以获取从站配置信息并配置从站，配置成功后，主站开始对各从站进行扫描，并对从站报文进行处理；每扫描完一个从站，主站就对轮询到的数据进行存储；在扫描从站的同时，如果主站传感器和外部继电器处于开状态，会同时采集模拟通道和数字通道的数据并控制外部继电器，采集到的数据存于相应寄存器中，等待上位机请求命令，按照Modbus协议将相应数据打包，并上传到上位机。若处于从站，采集模拟通道和数字通道的数据并控制外部继电器，采集到的数据存于相应寄存器中，并等待RTU主站轮询命令，当轮询到该从站时，按Modbus协议打包数据并发送到RTU主站。不管该RTU是主站还是从站，其TCP／IP的服务器程序一直等待系统配置软件的配置信息，当收到配置信息后，将数据存入EEPROM并复位系统程序，整个系统设计流程图如图6所示。

从图6中可以同时看到Modbus／RTU和Modbus／TCP的从站处理函数，在实际应用中，RTU处于Modbus／RTU主站时，其Modbus／RTU从站的
处理任务不运行，Modbus／TCP从站的处理任务运行，该状态下RTU可用于图1中井场1的RTU主站和井场2的RTU两种情况；处于Modbus／RTU从站时，该状态下RTU可用于图1中井场1的从站情况，以太网服务器任务只等待配置信息。

4 测试
本系统的测试采用了第三方的Modbus测试工具Modbus Poll V4．3．3、Modbus Slave V4．3．1和实验室自主开发的配置软件。
4．1 轮询测试
利用系统配置软件的界面如图7所示，设置一个RTU主站和两个RTU从站，在一台PC机上运行Modbus Poll程序，模拟Modbus／TCP客户机，通过以太网与RTU主站相连，RTU主从站之间通过无线ZigBee模块(或RS 485模块)相连。串行通信的波特率设置为38 400 b／s，无校验位，停止位为1位。

PC端的Modbus／TCP客户机可向RTU主站发送命令，并读取存于RTU主站输入寄存器的从站数据。当从站的数字输入端接高电平(24 V)时，从Modbus Poll的对应地址可读取到1，图8所示是Modbus／TCP客户机接收到的轮询数据，其中地址500～507为从站1中8通道数字输入端对应的状态值；地址508～515为从站2中8通道数字输入端对应的状态值。经多次测量，均正确无误。

4．2 控制测试
PC端模拟的Modbus／TCP客户机向RTU的保持寄存器写入数据，RTU会将对应寄存器的数据输出到对应的数字输出端口，例如地址100对应数字输出端口0，当对地址100置1时，对应指示灯亮，输出高电平。
4．3 数据采集测试
RTU模拟输入端0接一定频率的正弦波，数字输入端接高电平信号，利用Modbus Poll查询RTU模拟输入端与数字输入端的数据。
图9所示为Modbus／TCP客户机所接收到的采集数据。

RTU采集到数字输入端的脉冲值以及开关状态，地址0～7对应相应通道的脉冲值，地址8～15对应相应通道的开关状态值；地址19为RTU板上的温度传感器的值，当前RTU的温度是24℃；地址20～49为模拟通道0采集到的正弦波信号，之后为其他通道采集到的AD值，每个通道的采样点数和频率可调。

5 结语
在油井远程测控系统数据采集与传输层系统软件设计中，由于采用了μC／OS_II的操作系统平台，可实现Modbus／RTU和Modbus／TCP通信，还可采集各种数字、模拟传感器的数据，并能对外部继电器进行控制，保障了本系统能适用于各种工作环境。此外，还可以根据实际的工作环境，利用系统配置软件进行合理的配置，保证了系统数据采集与传输层工作方式的多样性。经过一段时间的运行，本系统工作稳定、可靠。