专利名称：分布式光载无线-WiFi-Modbus网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有主-从装置的无线网络拓扑技术领域，尤其涉及一种分布式光载无线-WiF1-Modbus 网络。
背景技术：
所谓无线网络，就是采用无线电波作为信息传输的媒介，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同。物联网作为一种新兴的识别、定位、跟踪、监控和管理网络，无线化是其发展的必然趋势。目前，WiFi无线局域网正越来越普及，已经成为组建无线局域网的首选方案，WiFi接入点的信号覆盖范围通常为:室内，50米 100米；室外，100米 150米。但对于物联网领域而言，由于部署了海量的多种类型传感器，每个传感器配备一个WiFi模块的话，制造成本过高。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种网络协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信；它已经成为一通用工业标准，使不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。利用低成本无线通信模块实现Modbus主机与Modbus从机之间的无线数据交换，其有效覆盖范围可达到200米以上,Modbus主机与Modbus从机通过Modbus协议实现按址查询功能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，实现终端数据的无线采集和集中管控，以及实现网络环境的搭建灵活、安全、可靠。为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，包括:光载无线交换系统，Modbus主机和两个以上Modbus从机；
所述光载无线交换系统与Modbus主机之间、通过WiFi网络协议和辐射天线进行无线通信；
前述Modbus主机与Modbus从机间的通信方式为无线通信模块产生的射频信号进行无线通信；
所述光载无线交换系统包括:中心站、远端射频单元(RRU, Remote Radio Unit)和模拟光纤链路，连接在中心站和远端射频单元之间的模拟光纤链路用来实现WiFi无线射频信号的传输与分发，中心站用来进行信号交换、控制和处理，远端射频单元用来实现光电转换、射频功率放大和信号无线覆盖。作为改进地，所述光载无线交换系统与Modbus主机之间通过WiFi无线射频信号进行无线通信，所述Modbus主机用来实现WiFi信号与Modbus网络间的射频信号转换，并把数据按照Modbus协议处理。
作为改进地,所述Modbus从机用来采集外部信号,把数据按照Modbus协议处理，并与Modbus主机进行通信。作为改进地，所述Modbus主机包括:电源模块，微处理器，无线通信模块和WiFi模块；
所述电源模块给Modbus主机提供电源，其工作电压在5.0V 10V，工作电流不大于500mA ；
在微处理器与无线通信模块间通过实双向线连接，进行半双工通信；
在微处理器与WiFi模块间通过实双向线连接，进行半双工通信。作为改进地，所述Modbus从机包括:电源模块，微处理器，无线通信模块，RS485模块和接口 ；
所述电源模块给Modbus从机提供电源，其工作电压在0.7V 5.5V，工作电流不大于200mA ；
在微处理器与无线通信模块间通过实双向线连接，进行半双工通信；
在微处理器与RS485模块间通过实双向线连接，进行半双工通信；
所述RS485模块为微处理器的TTL电平与接口电平提供转换作用；
所述接口为与外部设备连接的RS485接口 ；
在接口与RS485模块间通过实双向线连接，进行半双工通信。进一步改进地，所述WiFi模块为串口转WiFi通信的传输转换模块，该模块是符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，实现用户串口到无线网络之间的转换。进一步改进地，所述微处理器包括:内存储器、I/O接口及软件系统。进一步改进地，所述无线通信模块使用免费ISM频段免许可证，最大传输速率500Kbps,并可软件修改波特率，开阔地最大传输距离不小于200米，具有无线唤醒功能，最大灵敏度-llOdBm，最大发射功率lOdBm。进一步改进地，所述RS485模块采用RS232模块代替。作为改进地，所述单一 Modbus网络包含Modbus从机的数量为2 255个。本发明提供的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，具有以下有益效果:
一、结合Modbus主从模式的控制、无线射频传输、WiFi无线传输、分布式光载无线系统；使Modbus主机与Modbus从机间通过Modbus协议进行数据通信，并使Modbus主机通过WiFi信号把数据进一步传输至光载无线交换系统；实现终端数据的无线采集及集中管控，网络环境搭建灵活、安全、可靠。二、由于WiFi接入点可以集中在控制室，则可以通过WiFi接入多个Modbus从机，且由于在Modbus主机与Modbus从机间采用无线通讯技术，信号有效覆盖范围达到200米以上，使得无需每个Modbus从机都用WiFi通信，降低了网络搭建成本。三、通过采用Modbus协议，实现了按地址查询并通信的功能，有效地提高了系统的可靠性、安全性和灵活性，实现了分布式数据的采集。
图1所示为本发明提供的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络原理框图(图中虚线表不从机为2 255个)；
图2所示为图1中的Modbus主机原理框 图3所示为图1中的Modbus从机原理框 图4所示为本发明提供的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络的控制软件流程图。附图标记说明:
1、光载无线交换系统，2、Modbus主机，3、Modbus从机，
101、201、211、301、辐射天线，
202、302、电源模块，
203、303、微处理器，
204、304、无线通信模块，
205、WiFi模块，
207、307、实线，
208、209、308、309、310、实双向线，
305、RS485模块，
306、接口。
具体实施例方式为进一步阐述本发明的实质，结合附图对本发明的具体实施方式
说明如下。如图1所不,一种分布式光载无线-WiF1-Modbus网络包括:光载无线交换系统1，Modbus主机2和Modbus从机3。在光载无线交换系统I上设有福射天线101,在Modbus从机3上设有辐射天线301，在Modbus主机2上设有分别与辐射天线101、辐射天线301对应的福射天线201和福射天线211。所述光载无线交换系统I,Modbus主机2和Modbus从机3间通过辐射天线进行无线通信。其中，所述光载无线交换系统I是结合光载无线技术和WiFi (WirelessFidelity,无线保真技术)无线局域网技术,利用中心站(CS, Central Station)和远端射频单元(RRU, Remote Radio Unit)之间的光纤链路实现WiFi无线射频(RF, RadioFrequency)信号的分发，而信号交换、控制和处理模块都集中在中心站(CS),远端射频单元(RRU)仅实现光电转换和射频功率放大功能。所述辐射天线101、辐射天线201工作在2.4GHz频段，收发WiFi无线射频信号。所述辐射天线301和辐射天线211工作在433MHz等免费的频段，收发无线射频信号。所述Modbus主机2用来实现WiFi信号与433MHz等免费频段射频信号的转换，并把数据按照Modbus协议处理。所述Modbus从机3用来采集外部信号，并与Modbus主机进行通信，把数据按照Modbus协议处理。如图2所示，所述Modbus主机2包括:电源模块202，微处理器203，无线通信模块204 和 WiFi 模块 205。其中，所述电源模块202给分布式主机2提供电源，其工作电压在5.0V 10V，工作电流为不大于500mA。在电源模块202与微处理器203间通过实线207电连接。
所述微处理器203包括:内存储器、I/O接口及软件系统。在微处理器203与无线模块204间通过实双向线208连接，进行半双工通信；在微处理器203与WiFi模块205间通过实双向线209连接，进行半双工通信。所述无线通信模块204使用免费ISM频段免许可证，最大传输数率达500Kbps，并可软件修改波特率，开阔地传输距离达到200米，具有无线唤醒等功能，最大灵敏度-1lOdBm,最大发射功率为lOdBm。所述WiFi模块205为串口转WiFi通信的一种传输转换模块，WiFi模块是符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，实现用户串口到无线网络之间的转换。在本发明中WiFi模块主要是通过IEEE802.11协议栈使得在光载无线交换系统与Modbus主机间通信。在这里，所述无线通信模块是指收发无线射频信号频率为433MHz的通信模块。如图3所示，所述Modbus从机3包括:电源模块302，微处理器303，无线通信模块304，RS485 模块 305 和接口 306。其中，电源模块302给Modbus从机提供电源，其工作电压在0.7V 5.5V，工作电流不大于200mA。在电源模块302与微处理器303间通过实线307电连接。所述微处理器303包括:内存储器、I/O接口及软件系统。在微处理器303与无线通信模块304间通过实双向线308连接，进行半双工通信；在微处理器303与RS485模块305间通过实双向线309连接，进行半双工通信。所述无线通信模块304使用免费ISM频段免许可证，最大传输数率500Kbps，并可软件修改波特率，开阔地传输距离达到200米，具有无线唤醒等功能，最大灵敏度-1lOdBm,最大发射功率为lOdBm。所述RS485模块305为微处理器的TTL电平与外部接口 RS485电平提供转换作用。所述接口 306为与外部设备连接的RS485的接口。在接口 306与RS485模块305间通过实双向线310连接，进行半双工通信。在这里，所述RS485模块305还可以采用RS232模块代替。所述无线通信模块是指收发无线射频信号的通信模块。如图4所示，实际工作时，Modbus主机配置好各个寄存器、WiFi模块、无线通信模块的参数，Modbus从机配置好各个寄存器、无线模块的参数。为保证通信正常进行，设定光载无线交换系统的远端WiFi网络和Modbus主机的WiFi模块具有相同的SSID (网络名)、认证密码、工作频道、工作模式等；Modbus主机和Modbus从机的无线模块的频率和信道等
参数一致。Modbus主机监控是否有数据发给Modbus主机，如果接收到数据则先把数据放入缓存，没有则继续监控Modbus主机是否有接收到数据。Modbus主机接收到数据以后判断数据是经过WiFi从光载无线交换系统发送来的还是其它方式发送给Modbus主机的，如果是光载无线交换系统发来的那么Modbus主机按照Modbus协议解析数据并重新按照ModBus协议发送给Modbus从机。如果Modbus主机接收到数据不是从光载无线交换系统接收的数据那么就判断数据是否是从Modbus从机接收的数据，如果是，那么按照Modbus协议解析数据并把数据按照Modbus协议通过WiFi发送给光载无线交换系统,然后继续监控Modbus主机是否接收到数据；如果不是，则继续监控Modbus主机是否接收到数据。如果Modbus从机接收到Modbus主机数据，那么Modbus从机按照Modbus协议解析数据并按照Modbus协议处理数据，可以是读取外部RS232/RS485的数据等，然后再把数据通过无线通信模块发送给Modbus主机。以上具体实施方式
对本发明的实质进行了详细说明，但并不能以此来对本发明的保护范围进行限制。显而易见地，在本发明实质的启示下，本技术领域普通技术人员还可进行许多改进和修饰，需要注意的是，这些改进、修饰或等效变换都落在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.分布式光载无线-WiF1-Modbus网络,其特征在于,包括:光载无线交换系统，Modbus主机和两个以上Modbus从机； 所述光载无线交换系统与Modbus主机之间通过WiFi网络协议和辐射天线进行无线通信； 所述Modbus主机与Modbus从机间的通信方式为无线通信模块产生的射频信号进行无线通信； 所述光载无线交换系统包括:中心站、远端射频单元(RRU, Remote Radio Unit)和模拟光纤链路，连接在中心站和远端射频单元之间的模拟光纤链路用来实现WiFi无线射频信号的传输与分发，中心站用来进行信号交换、控制和处理，远端射频单元用来实现光电转换、射频功率放大和信号无线覆盖。
2.根据权利要求1所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述光载无线交换系统与Modbus主机之间通过WiFi无线射频信号进行无线通信,所述Modbus主机用来实现WiFi信号与Modbus网络间的射频信号转换，并把数据按照Modbus协议处理。
3.根据权利要求1所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述Modbus从机用来采集外部信号,把数据按照Modbus协议处理,并与Modbus主机进行通信。
4.根据权利要求1所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述Modbus主机包括:电源模块，微处理器，无线通信模块和WiFi模块； 所述电源模块给Modbus主机提供电源，其工作电压在5.0V 10V，工作电流不大于500mA ； 在微处理器与无线通信模块间通过实双向线连接，进行半双工通信； 在微处理器与WiFi模块间通过实双向线连接，进行半双工通信。
5.根据权利要求1所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述Modbus从机包括:电源模块，微处理器，无线通信模块，RS485模块和接口 ； 所述电源模块给Modbus从机提供电源，其工作电压在0.7V 5.5V，工作电流不大于200mA ； 在微处理器与无线通信模块间通过实双向线连接，进行半双工通信； 在微处理器与RS485模块间通过实双向线连接，进行半双工通信； 所述RS485模块为微处理器的TTL电平与接口电平提供转换作用； 所述接口为与外部设备连接的RS485接口 ； 在接口与RS485模块间通过实双向线连接，进行半双工通信。
6.根据权利要求4所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络,其特征在于,所述WiFi模块为串口转WiFi通信的传输转换模块，该模块是符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，实现用户串口到无线网络之间的转换。
7.根据权利要求4或5所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述微处理器包括:内存储器、I/O接口及软件系统。
8.根据权利要求4或5所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述无线通信模块使用免费ISM频段免许可证，最大传输速率500Kbps，并可软件修改波特率，开阔地最大传输距离不小于200米,具有无线唤醒功能,最大灵敏度-1lOdBm,最大发射功率 lOdBm。
9.根据权利要求5所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述RS485模块采用RS232模块替代。
10.根据权利要求1所述的分布式光载无线-WiF1-Modbus网络，其特征在于，所述单一Modbus网络包含Modbus从机的数量为2 255个。
全文摘要
本发明涉及具有主-从装置的无线网络拓扑技术领域，公开一种分布式光载无线-WiFi-Modbus网络，包括光载无线交换系统，Modbus主机和至少两个Modbus从机；所述光载无线交换系统与Modbus主机之间、所述Modbus主机与Modbus从机间通过辐射天线进行无线通信；前述Modbus主机与Modbus从机间的通信方式为通过无线通信模块的射频信号进行无线通信；所述光载无线交换系统包括中心站和光线链路，连接在中心站和远端射频单元之间的光纤链路用来实现WiFi无线射频信号的分发，中心站用来进行信号交换、控制和处理，远端射频单元用来实现光电转换和射频功率放大。本发明提出的分布式光载无线-WiFi-Modbus网络，实现了终端数据的无线采集和集中管控，且网络环境搭建灵活、安全、可靠。
文档编号H04B10/2575GK103200702SQ201310091838
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者庞文凤, 孟学军, 梅仲豪, 彭均飞, 何振钢 申请人:广州飞瑞敖电子科技有限公司