Локальний web-сервер телеметричної системи з сенсорами взаємодії за протоколом Modbus

Abstract

Із розвитком мікропроцесорних компонентів і відповідно значним розширенням сфер використання комп’ютерної техніки стрімко розвивається дистанційне вимірювання стану об’єктів – телеметрія та дистанційне керування технічними системами чи їх компонентами в промисловості, наукових дослідженнях, у побутових пристроях та в інших сферах. У роботі запропоновано варіант побудови локального web-сервера на базі мікроконтролера із ядром ARM Cortex-M4, який може взаємодіяти через http-браузер із доступом до інтернету. Розроблено структурну схему локального web-сервера на базі мікроконтролера STM32F407 з ядром ARM Cortex-M4. Здійснено апаратне моделювання локального web-сервера, особливістю якого є двопроцесорна архітектура, в яку входять головний контролер та процесор Modbus з інтерфейсом RS-485, який забезпечує обмін інформацією за протоколом Modbus RTU. Головний контролер обладнаний системою індикації на базі функціонально програмованих одиночних світлодіодних індикаторів, LCD індикатором типу ВС1602А, локальною клавіатурою, портами USB та SWD для налагодження та програмування програмної пам’яті мікроконтролера і зовнішнім модулем фізичного рівня Ethernet типу DP83848, який забезпечує зв’язок з комп’ютерною системою через інтерфейс Ethernet та вихід в інтернет. Для перевірки функціонування режимів отримання телеметричної інформації із сенсорів та видавання команд керування через опції http-браузера використано сенсор температури XY-MD01 SHT20 та модуль реле Modbus RTU Relay, які взаємодіють із головним контролером локального web-сервера через процесор Modbus з інтерфейсом RS-485 за протоколом Modbus RTU. Розроблено відповідне програмне забезпечення локального web-сервера для взаємодії із http-браузером. Отримані результати можуть бути використані в наукових дослідженнях та під час проєктування реальних телеметричних систем різного функціонального призначення.

With the development of microprocessor components and, accordingly, a significant expansion of the use of computer technologies, remote measurement techniques are being developed. These include telemetry and remote control of technical systems or their components in industry, research, home appliances and other fields. In this paper, the author suggests how to build a local web-server based on a microcontroller with an ARM Cortex-M4 core, which can be interacted with via an http-browser with Internet access. The block diagram of the local web-server on the basis of the STM32F407 microcontroller with the ARM Cortex-M4 core is suggested. Hardware modeling of the local web-server with a two-processor architecture including the main controller and the Modbus processor with the RS485 interface, which provides information exchange via the Modbus RTU protocol, is done. The main controller is equipped with an indicator system based on functionally programmable LED indicators, an LCD indicator of type BC1602A, a local keyboard, USB and SWD ports for debugging and programming of the microcontroller, an external Ethernet module providing a temperature sensor and the Modbus RTU relay module, which interacts with the main controller of the local web-server via the Modbus processor with the RS-485 interface using the Modbus RTU protocol. A software for interaction of the local web-server and a http-browser has been developed. The local web-server was tested with different types of http browsers, proved to be reliable and showed the response time which depends on the number of sensors and is less than 1 second in case of 9 sensors.