基于Modbus协议的ZigBee/工业以太网网关设计

3.2 地址映射

对于ZigBee 设备，有其IEEE 地址和16 位短地址。设计中将ZigBee16 位短地址与Modbus 从站地址绑定，从而实现Modbus 主、从各节点之间地址定向。具体是将一系列Modbus 从 站地址和ZigBee 短地址以配置文件config.txt 下装到FLASH，网关在初始化时，读取配置文件 内容，存储在数组中。数组形式为：

char ModbusZigbee_Addr[ ][3]=

[{ModbusAddr0,shortAdd0H, shortAdd0L},……{ ModbusAddrn,shortAddnH,shortAddnL}]

接收UDP 报文后，读取报文中的Modbus 从站地址，检索数组得到与之匹配的 ModbusAddrx（ModbusAddr0 到ModbusAddrn 中查找）,从而读取该从站ZigBee 短地址 shortAddxH、 shortAddxL。该短地址将附加在所接收的UDP 报文之前，一同作为串行通信 口的转发报文。

config.txt 文件中，Modbus 从站地址和ZigBee 短地址在存储时以空格间隔，文件以#结 束。数组的第一维长度在读取文件后确定，定义为Device_Number。检索ZigBee 短地址函 数如下：

int ZigBee_Search(char Modbusaddr)

{int i=0;

For(i=0;i

{If(Addr[i][0]== ModbusAddr)

return i ;

}

return Device_Number }

Addr[i][1]、Addr[i][2]为对应的ZigBee 短地址。返回值为Device_Number 表示未检索到。

3.3 缓冲区设计及数据接收转发

为了解决以太网口和串行通信口速度配合上，以及解除串口与以太网口耦合，设计了两 个环形队列作为UDP 接收缓冲区和串口接收缓冲区(用宏Buffer_Size 定义)。缓冲区仿双口 RAM 思想、按照先进先出（FIFO）原则设计。 UDP 接收缓冲区同时是串口发送数据区。 缓冲区结构为：

char UDP_ReceiveBuffer[Buffer_Size]=

[SendNumber1，shortAddxH，shortAddxL，ModbusAddrx，Funcodex，……

……SendNumbern，shortAddxH，shortAddxL，ModbusAddrx，Funcodex]

ModbusAddrx 开始为所接收的UDP 报文，即完整的Modbus/RTU 数据。shortAddxH 和shortAddxL 为ZigBee 短地址，SendNumberx 为UDP 报文长度加2，即串口要转发的数据长 度。每次接收的UDP 报文都附加ZigBee 短地址和SendNumberx 这3 个字节存放在缓冲区 中。UDP 接收缓冲区设置了当前存储数据指针(int UDP_Location)，始终指向当前存储数据 尾部。类似，针对串口转发，设置了当前发送数据指针（int Serial_Location）始终指向已经 发送数据尾部。系统默认Modbus/RTU 数据帧长度不大于256。指针大于Buffer_Size 以后 均回零，此后，原来的报文陆续被覆盖。“串口发送”任务判断两指针是否重合，决定是否 启动串口转发。UDP 口接收报文部分程序如下。

串口接收缓冲区设计类似。由于数据通过固定的端口和IP 地址转发，存储数据中不再 包含类似于Zigbee 地址的数据项。

3 结束语

本文设计适当调整可以用于更多场合。如，动态管理地址绑定数组，可以适应动态组网；数组中增加IP 地址、端口号等可适应其他类型报文；调整缓冲区大小可以适应不同尺寸报 文收发等。 经过多年的重点扶持，我国工业以太网研究已经取得大量成果并广泛应用。目前，工业 无线通信技术也列为我国“十一五”863 重点研究项目，ZigBee 等技术也将逐步广泛应用于 工业自动化领域。本系统开发基于市场现有的通用技术，对中小型控制系统开发和改造有借 鉴意义。

文章创新点：提出了一种简洁方便的 Zigbee/以太网接入方案，应用地址映射、环形缓 冲队列等解决了Zigbee 通信与以太网通信速度协调技术。