本发明涉及总线通信技术领域，具体地，涉及一种modbus总线通信数字输入输出系统及方法。
背景技术：
在汽车电子测试设备开发应用中，数字输入输出(dio)应用相当广泛，是测试产品电气性能过程中，提供产品所需要信号、通断负载的桥梁，通常应用中，我们一般购买市场上的通用dio模块，其可能存在通信协议复杂，不统一，硬件接口少，布局及扩展不易等等问题。
专利文献cn202203480u公开了一种电动执行器的modbus总线控制系统，包括主控单元以及与所述主控单元相连接的电机驱动装置、旋钮板、转矩传感器、阀位绝对编码器和显示屏，所述电机驱动装置与电源和电机相连接，所述旋钮板上设置有操作旋钮和方式旋钮，其特征在于：所述控制系统还包括modbus总线卡和fcs控制系统，所述fcs控制系统通过modbus总线卡与所述主控单元相连接，所述modbus总线卡上设置有相互连接的数据处理单元和通信接口。该专利在结构和性能上仍然有待提高的空间。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种modbus总线通信数字输入输出系统及方法。
根据本发明提供的一种modbus总线通信数字输入输出系统，包括：插箱、计算机、输入板、输出板、rs485电路；所述rs485电路设置于所述插箱的内部底板上；所述计算机采用rs48与插箱连接；所述计算机与插箱之间的通信采用modbus总线；所述插箱的内部底板垂直安装于modbus总线通信数字输入输出系统的背部；所述插箱包括：14个96针脚的卡槽；从第一个开始，每二个为一组，即最多可安装7块输入或输出板在每组的第一卡槽上，该组另一个卡槽可作为输入输出配套负载板安装，负载板可根据实际应用设计；底板包含rs485电路部分，并接于每个卡槽的固定引脚上。
优选地，还包括：输出转换部件；所述rs485电路与输出转换部件相连。rs485转rs232通过max485芯片实现，输出转换为rs232ttl电平连接mcu；
优选地，所述输出转换部件采用max485芯片；
优选地，还包括：mcu编程模块；
所述mcu编程模块与输出转换部件相连。
优选地，所述mcu编程模块采用keil芯片编程。
优选地，还包括：光电隔离部件；
所述光电隔离部件采用tlp521-4；
所述光电隔离部件与mcu编程模块相连。
优选地，还包括：状态指示灯部件；
所述状态指示灯部件采用独立pcba板；
所述状态指示灯部件与光电隔离部件相连。
优选地，还包括：数据转换模块；
所述数据转换模块与光电隔离部件相连。
优选地，还包括：外部连接端口；
所述外部连接端口采用96针脚插头；
所述外部连接端口与状态指示灯部件、数据转换模块分别相连。
根据本发明提供的一种modbus总线通信数字输入输出方法，采用modbus总线通信数字输入输出系统，执行modbus总线通信数字输入输出。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过采用插箱底板双卡槽设计，解决了输出负载需直连继电器，减少线束，增加了可靠性和灵活性。
2、本发明通过采用输入输出地址编码设计，解决了板卡可以随意插在任何卡槽内，rs485总线通过地址与板卡沟通，增加了操作方便性和通用性。
3、本发明通过采用mcu编程，采用标准modbus协议，具有协议可靠、通用，可通过其它modbus总线工具访问该模块，增加了模块的通用性与应用扩展性。
4、本发明通过在输入输出板上各通道led状态显示灯，解决了无法直接观察板卡状态的情况，增加了应用便利性，易维护性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的框架示意图。
图2为本发明的插箱底板构造框架示意图。
图3为本发明实施例中的框架示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-3所示，本发明采用rs485总线架构，modbus通信协议，采用插卡式扩展，实现计算机对外部继电器及输入的控制与读取。
本专利目的为解决实际应用中碰到的困难，采用插箱设计，灵活、易用，在测试设备开发过程中更快的布局，更容易检查设备的状态，解决设备统一性，易维护。
具体地，在一个实施例中，一种modbus总线通信数字输入输出系统，插箱最大支持7组卡槽，每块输入或输出板支持32个通道(主要受限于插箱的大小和板卡的大小)，即一个插箱最大支持224个输入或输出，可以是全部为输入，也可以全部是输出，或者混用，最大224个点数。多个插箱可以并联使用，可以按实际应用需求扩展。
当然，本发明也存在不足之处，当需求点数较少时，如仅需要较少点数时，由于插箱结构本体及插箱内底板为必须品，其每点分担成本将增加。
计算机采用rs485与插箱连接，通信采用modbus标准协议；
插箱内部底板垂直安装于背部，包含14个96针脚的卡槽，从第一个开始，每二个为一组，即最多可安装7块输入或输出板在每组的第一卡槽上，该组另一个卡槽可作为输入输出配套负载板安装，负载板可根据实际应用设计，不在本发明申请范围内；底板包含rs485电路部分，并接于每个卡槽的固定引脚上；
24位输入或输出板采用stm32f103vet6型号mcu，基于armcortex-m3内核，利用芯片io引脚实同输入输出的读取与写入，mcu通过编程实现modbus总线协议在芯片rs485总线上通信；每个输入输出板都有一个编码器，产生0-15的编码作为rs485的通信地址，以区分每块板卡。
插箱底板上，rs485总线接口1将485总线ab线并接于所有卡槽；7组14个96针脚卡槽2，在插箱内与输入输出板对接口；
如图2，32位输出板、32位输入板、16位输出16位输出板连接。
rs485转rs232通过max485芯片实现，输出转换为rs232ttl电平连接mcu；
mcu通过keil芯片编程，实现接收与发送采用modbus标准协议的指令，rs485地址定义通过外部旋转编码器设置，支持编码0～f共16个地址编码，编码被定义为该板的通信地址码；当接收到计算机端modbus指令(指令中包含地址码)，当地址码与当前模块匹配时，执行该指令操作；
状态指示灯是一块独立的pcba板，上面包括32位的状态指示灯和一个旋转编码器，型号是r7h3-16r，输出8421编码以设定当前板rs485地址位；
光电隔离采用tlp521-4，四路隔离mcu与外部模拟输入或继电器输出；
数模转换对于输出功能板为继电器及反向保护二极管，对输入功能板为上拉电阻及限流电阻；
外部连接端口采用的是96针脚插头，与底板标号2插入对接。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
1.一种modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，包括：插箱、计算机、输入板、输出板以及rs485电路；
所述rs485电路设置于所述插箱的内部底板上；
所述计算机与插箱之间的通信采用modbus总线；
所述插箱的内部底板垂直安装于modbus总线通信数字输入输出系统的背部；
所述插箱包括：14个96针脚的卡槽。
2.根据权利要求1所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：输出转换部件；
所述rs485电路与输出转换部件相连。
3.根据权利要求2所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，所述输出转换部件采用max485芯片。
4.根据权利要求2所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：mcu编程模块；
所述mcu编程模块与输出转换部件相连。
5.根据权利要求4所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，所述mcu编程模块采用keil芯片编程。
6.根据权利要求4所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：光电隔离部件；
所述光电隔离部件采用tlp521-4；
所述光电隔离部件与mcu编程模块相连。
7.根据权利要求6所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：状态指示灯部件；
所述状态指示灯部件采用独立pcba板；
所述状态指示灯部件与光电隔离部件相连。
8.根据权利要求7所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：数据转换模块；
所述数据转换模块与光电隔离部件相连。
9.根据权利要求8所述的modbus总线通信数字输入输出系统，其特征在于，还包括：外部连接端口；
所述外部连接端口采用96针脚插头；
所述外部连接端口与状态指示灯部件、数据转换模块分别相连。
10.一种modbus总线通信数字输入输出方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的modbus总线通信数字输入输出系统，执行modbus总线通信数字输入输出。
技术总结