[发明专利]一种MQTT物联网到Profibus-DP现场总线的转换装置和方法

说明书

本申请公开了一种MQTT物联网到Profibus‑DP现场总线的转换装置和方法，所述装置包括主控芯片、物联网物理层收发器、Profibus‑DP物理层收发器、Profibus‑DP网络、物联网和电源；主控芯片通过UART口与Profibus‑DP物理层收发器连接,主控芯片通过MII接口与物联网物理层收发器连接，主控芯片嵌入Profibus协议栈、MQTT协议栈和嵌入式操作系统FreeRTOS，由FreeRTOS对Profibus和MQTT协议栈两个任务进行消息队列管理，实现物联网和Profibus‑DP网络之间的数据交换。本申请硬件结构简单，成本低；协议转换的效率高，满足现场总线、物联网的高实时性要求。

技术领域

本发明属于物联网技术技术领域，涉及一种MQTT物联网到Profibus-DP现场总线的转换技术，尤其涉及一种基于ARM平台与纯软件Profibus-DP协议栈的MQTT物联网到Profibus-DP现场总线转换装置和方法。

背景技术

测控系统主要用于完成远程现场点的数据采集、处理、实时监控等功能。应用现场总线技术、物联网技术等，可实现测控系统的网络化，提高系统的性能和开放性，因此在控制系统的具体应用中，经常会产生现场总线到物联网协议转换的需求。

在现有的各种现场总线标准中，Profibus现场总线是一种比较流行的现场总线标准。Profibus根据应用特点分为Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS三个兼容版本，其中，用于设备级控制和分散式I/O通信的Profibus-DP是市场占有率绝对领先的技术。

MQTT是一种基于publish/subscribe模式的轻量级通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，端和代理之间通过交换预先定义的控制报文来完成通信。MQTT是IBM开发的一个即时通信协议，提供一对多的消息发布，可以解除应用程序耦合，信息冗余小。该协议支持所有平台，可以将所有物联网设备和外部连接起来，被用作传感器和致动器的通信协议。将其作为消息推送协议的基本原理是：使用消息代理服务器(Message Broker)，客户端连接上消息代理服务器，跟服务器协商可以接受哪些类型的消息，同时也可以发布自己的消息，这些消息根据协议内容可以被其它客户端收到。

MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT与Profibus-DP分别作为物联网领域与现场总线领域非常有前景的两种标准，它们之间的协议转换装置无疑是控制系统中极为需要的。

现有的MQTT与Profibus-DP的转换装置采用MQTT从站与Profibus-DP主站结合的方式，虽然可以将Profibus-DP设备接入MQTT网络中，但是其Profibus主站协议部分都是使用专门的Profibus-DP主站协议芯片或者专门的Profibus-DP通信模块实现的，尚未见到使用纯软件Profibus-DP协议栈的解决方案。使用专门的芯片或者模块，虽然开发周期短，但是成本较高，且硬件也相对复杂。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种MQTT物联网到Profibus-DP现场总线的转换装置和方法，硬件结构简单且协议转换效率高。

为了实现上述目标，本申请的第一件发明采用如下技术方案：

一种MQTT物联网到Profibus-DP现场总线的转换装置，所述物联网为MQTT物联网，所述现场总线为Profibus-DP现场总线，所述装置包括主控芯片、物联网物理层收发器、Profibus-DP物理层收发器、Profibus-DP网络、物联网和电源；