基于Modbus協(xié)議的工業(yè)智能模塊設(shè)計(jì)

基于Modbus協(xié)議的工業(yè)智能模塊設(shè)計(jì)

索引課題背景及研究意義1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及系統(tǒng)框圖2硬件設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)及程序流程圖4致謝65系統(tǒng)調(diào)試

在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)采集是一件常見(jiàn)的工作，但是大部分的采集工作主要是以模擬控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)儀表測(cè)量為主的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行。各參數(shù)的監(jiān)測(cè)達(dá)到實(shí)時(shí)控制較困難，而且容易受干擾，設(shè)備昂貴且檢測(cè)維護(hù)工作量大且沒(méi)有可靠的歷史記錄。與此同時(shí)，在應(yīng)用系統(tǒng)大規(guī)模的衍生的同時(shí)，越來(lái)越多的被測(cè)參數(shù)和監(jiān)控參數(shù)越來(lái)越復(fù)雜，要求的精度越來(lái)越高，各應(yīng)用系統(tǒng)的組網(wǎng)采用各自的通訊協(xié)議，通用性和移植性都比較差。課題背景及研究意義設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)是以MODBUS協(xié)議為通訊協(xié)議，以STC15W4K48S4為主控制器，包括了液晶顯示、MAX6675溫度采集、模擬量采集輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換輸出、撥碼開(kāi)關(guān)、485通訊模塊組成了下位機(jī)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和處理，并且通過(guò)RS-485接口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由組態(tài)王6.55軟件編制的上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的參數(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)、顯示、控制等操作，從而實(shí)現(xiàn)一整套完整的數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制系統(tǒng)。上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電路原理圖3.硬件設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)增強(qiáng)型的8051CPU，1T單時(shí)鐘/機(jī)器周期，速度比普通51快8~12倍。一流的外設(shè)。8通道的10位高速ADC，6通道的高精度PWM，2通道的CCP,5個(gè)16位可重載定時(shí)器最高工作頻率為28MHZ,相當(dāng)于普通單片機(jī)的336MHZ。低功耗設(shè)計(jì)。低速模式，空閑模式，掉電模式，停機(jī)模式。最大集成了復(fù)位電路、低電壓檢測(cè)、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等

單片機(jī)最小系統(tǒng)MAX6675溫度采集電路如圖所示，主要采用K型熱電偶和MAX6675組成的溫度采集電路。RS-485通訊電路本設(shè)計(jì)采用RS-485的通訊接口與主控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通訊。電路如圖所示：PWM實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換如圖所示，為PWM的經(jīng)典波形。可以用分段函數(shù)表示為：展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù)：直流分量與n成線(xiàn)性關(guān)系，并隨著n從0到N，直流分量從VL到VL+VH之間變化，這正是電壓輸出的DAC所需要的。因此，如果能把除直流分量的諧波過(guò)濾掉，則可以得到從PWM波到電壓輸出的DAC的轉(zhuǎn)換，即PWM波可以通過(guò)一個(gè)低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。4-20MA電流輸出電路本設(shè)計(jì)利用PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)4-20mA電流輸出電路如圖：1-5V電壓輸出電路本設(shè)計(jì)采用的1-5V電壓輸出電路是在電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。電路如圖：液晶顯示電路撥碼開(kāi)關(guān)電路撥碼開(kāi)關(guān)的工作原理是一個(gè)多位BCD編碼撥動(dòng)開(kāi)關(guān)。電路如圖：4.軟件設(shè)計(jì)及程序流程圖系統(tǒng)總流程主函數(shù)流程圖A/D轉(zhuǎn)換主程序液晶顯示流程圖MODBUS通訊協(xié)議在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，上位機(jī)和下位機(jī)的數(shù)據(jù)是通過(guò)485接口走M(jìn)odbus協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)交互傳輸。PWM的軟件實(shí)現(xiàn)PWM軟件實(shí)現(xiàn)的重要硬件支撐是該單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器。溫度采集程序流程圖組態(tài)王軟件

組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是一款由工業(yè)上標(biāo)準(zhǔn)的軟件和硬件計(jì)算機(jī)平臺(tái)組建成的集成系統(tǒng)，是一種實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以完全替代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。使用組態(tài)王設(shè)計(jì)上位機(jī)人機(jī)交互界面主要有4個(gè)步驟：圖形界面的設(shè)計(jì)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)建立動(dòng)畫(huà)連接運(yùn)行和調(diào)試組態(tài)王人機(jī)初始界面5.系統(tǒng)調(diào)試在測(cè)試之前，首先將K型熱電偶接入MAX6675溫度采集電路，熱電偶正極接電路插座1口，負(fù)極接2口。然后將485接口連接上位機(jī)（PC機(jī)）打開(kāi)組態(tài)王事先編制好的軟件，下位機(jī)接入電源。設(shè)置電壓、電流采集值，觀(guān)察上位機(jī)界面上輸入電壓和電流對(duì)象框的數(shù)值變化并記錄。用萬(wàn)用表分別測(cè)量模擬量輸入端的電壓和電流、下位機(jī)的電壓和電流輸出端，觀(guān)察并記錄數(shù)據(jù)。6.致謝感謝所有教書(shū)育人的老師，在這兩年的時(shí)光中，不僅讓我學(xué)會(huì)了專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)還掌握了一技之長(zhǎng)，為我步入社會(huì)做好了準(zhǔn)備，是你們讓我接受了全新的思想觀(guān)念，在這里尤其要感謝我的指導(dǎo)老師蔡小偉老師，從論文