导语：介绍一种桥接不同现场总线网络的解决方案，该方案采用高性能AVR ATmega128为其控制核心。

摘要：介绍一种桥接不同现场总线网络的解决方案，该方案采用高性能AVR ATmega128为其控制核心。AVR ATmega128采用ModBus/RTU协议与计算机通信，通过多处理器通信模式与其他分控设备通信。本方案经过在实际中运行，证明其设计是可行的。

关键词：AVR ATmega128、Modbus/RTU、AVR多处理器通信模式、CRC16

1 引言

随着电子技术的迅猛发展，单片机已广泛应用于各种领域，其产品功能、精度和质量得到了显著提升，同时电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。在某些应用方面，对网络灵活性和多样性需求不断增加，因此对网络之间互联性的需求也越来越重要。工业网关作为一种有效的手段，可以提供一个桥梁，将不同类型的现场总线网络连接起来，使它们能够正常交换数据。

2 网络拓扑结构

图1展示了网络连接的一种拓扑结构，其中RS-232C串口由于传输速度慢等缺点，在现代网络通信中已经不再被广泛使用，而RS-485则因其远程传输能力强，被广泛应用于远程通信和多机总线系统中。将 AVR ATmega128 的标准 UART0 转换成半双工 485 串口，与 PC 机中的 RS-232C 串口进行 Modbus/RTU 协议进行通信，并且 AVR ATmega128 作为从设备与计算机相连，而与它下属的 AVR 分控设备通过485 总线并排布置，以实现更好的资源共享和数据交换效率。

3 AVR 单片机

ATMega128 是一款基于 AVR RISC 结构的大容量 CMOS 微控制器，它拥有先进指令集以及单周期指令执行时间，为系统提供了高效率、高吞吐量的地带。此外，它内置有大量通用工作寄存器，以及丰富功能如实时时钟（RTC）、定时器/记数器（T/C）、面向字节级别两线接口（TWI）等，使得该单片机成为工业自动化领域不可或缺的一部分。

4 Modbus 通信协议

Modbus 是一种用于电子上的一种通用语言，它定义了一种能认识使用者的消息结构，无论这些消息是在何种方式通过何种网络进行交流。它描述了请求访问设备过程，以及如何回应来自设备请求，并怎样检测错误并记录。这使得不同的厂商生产出的控制设备可以相互连接，从而形成一个统一的大型工业监控系统。Modbus 支持两种传输模式，即 ASCII 和 RTU，每个用户都需要根据自己的需求选择合适的一个模式，并确保所有参与者都遵循相同的一致规则，以保证信息正确无误地被发送和接收。

5 系统编码及 CRC 检测

在实现 Modbus 协议时，我们需要对每个字节域进行二进制到十六进制转换，然后按照特定的格式组织好后，再利用软件完成 CRC16 检验。这通常涉及到三种算法，即按位计算CRC、字节计算CRC 或 半字节查表求CRC，这取决于具体要求下的性能优先级。在我们的应用场景下，我们选择半字节查表求CRC，因为这种方法既不会占用太多内存，又能保持一定程度上的速度稳定性。

6 多处理器通信模式

为了提高数据交换效率，我们还引入了多处理器通信模式。在这个模型中，当USART 接收到任何地址信息都会被忽略，只有当地址匹配当前微控制单元时才会接受数据帧，从而减少 CPU 处理额外无关数据帧所需花费的心智力力建立起一个更加经济、高效的人际间人士间沟通平台，是我们项目最终目标之一。在此基础之上，我们计划进一步扩展我们的研究范围，以包括更多复杂但实际情况中的问题，如如何提高整个系统鲁棒性或安全性的措施等，也许我们可以探索加密或者身份验证技术来增强这一点。但对于目前来说，本文内容已经足够详尽地描述了我们关于基于 AVr Atmga128 工业网关实施策略及其可能带来的积极影响。一旦成功实施这样的解决方案，不仅将大幅度提升现有的自动化水平，还将促进相关行业之间更紧密合作，最终推动整个社会向前发展。