Modbus串口通信功能设计

I摘要在机械、化工、纺织等行业，随着生产规模的不断扩大，以及对生产过程集中监控的迫切要求，现场总线技术应运而生，并成为了当今测控领域研究的热点之一。Modbus协议作为现场总线的一种，以其开发成本低，简单易用等诸多优点己被工业领域广泛接受。信号测量作为工业中重要的测量参数之一，本课题选择了信号测量作为测量的对象，并设计了基于Modbus协议的信号测量测控节点。本设计采用TC1047A传感器采集现场信号测量，由DSP320IF2407单片机进行AD转换和Modbus协议通讯。通讯的物理层采用RS485接口，并增加了光电隔离、抗雷击和短路保护等功能。最后实现了单个节点和PC机的Modbus协议通讯，并通过控制蜂鸣器和继电器来模拟工业现场控制。本文分别从硬件和软件上阐述了该信号测量测控节点的实现方法。关键词信号测量测控Modbus协议RS485DSP320IF2407IIABSTRACTWiththecontinuousexpansionofproductionscale,andtheurgentrequirementsincentralizedmonitoringoftheproductionprocessinmechanical,chemical,textileandotherindustries.Fieldbustechnologycameintobeing,andbecomeoneofhotresearchfieldofmeasurementandcontroltoday.Asoneoffieldbus,Modbusprotocolhavebeenwidelyacceptedbecauseoflowdevelopmentcost,easytouseandmanyotheradvantagesinindustry.Thetemperatureisoneoftheimportantparametersmeasuredinindustry,soithasbeenchosenameasurementoftheobject,temperaturemeasurementandcontrolnodeshasbeendesignedbasedonModbusprotocol.ThisdesignusesTC1047Asensortocollecton-sitetemperature,ADconversionandModbusprotocolcommunicationscanbedonebyDSP320IF2407microcontroller.ThephysicallayerofcommunicationadoptsRS485interface,andhaveopticalisolation,anti-lightningandshortcircuitprotectioninaddition.Finally,achievedtheModbusprotocolcommunicationbetweenasinglenodeandthePC,andsimulateindustrialcontrolbycontrollingthebuzzer,andrelay.Thispaperdescribestheimplementationoftemperaturecontrolnodefromhardwareandsoftware.KEYWORDSTemperatureMonitoringModbusprotocolRS485STC12C5A60目录中文摘要......................................................................Ⅰ英文摘要......................................................................Ⅱ1绪论........................................................................12设计方案...................................................................32.1方案概述..............................................................32.2方案论证..............................................................32.2.1通讯可靠性..........................................................42.2.2信号测量检测电路选择..............................................42.2.3系统电源稳定性......................................................53硬件电路设计..............................................................63.1最小系统电路.........................................................63.2信号测量检测电路....................................................63.3电源电路..............................................................73.4报警控制电路.........................................................93.5通讯电路.............................................................103.6显示电路.............................................................133.7硬件抗干扰的设计...................................................144MODBUS协议概述与应用.................................................164.1MODBUS协议概述.....................................................164.1.1总体描述...........................................................164.1.2MODBUS数据单元...................................................174.1.3MODBUS通信原理...................................................174.2M两种传输方式......................................................194.2.1ASCll模式.........................................................204.2.2RTU模式...........................................................204.3MODBUS消息帧.......................................................214.3.1ASCll帧...........................................................214.3.2RTU帧..............................................................214.3.3字符的连续传输....................................................224.5错误检测方法........................................................234.5.1LRC检测...........................................................244.5.2CRC检测...........................................................245软件设计..................................................................255.1AD采集程序设计.....................................................265.2串口中断处理程序设计..............................................275.3MODBUS协议程序设计................................................295.4CRC计算及校验程序设计............................................296总结.......................................................................33致谢...........................................................................34参考文献......................................................................34附录1.......................................................................36附录2.......................................................................3711绪论随着计算机技术和网络技术的发展，工业参数的数字采集促进了现场总线技术的发展，目前现场总线已经从当初的4-20mA电流信号升级为数字信号，发展成为全数字通讯，解决了现场信号远距离高速传送的问题，而且提高了抗干扰性能，增加了系统配置的灵活性，节省了硬件投资，是未来生产自动化和过程控制的发展方向。目前，较有影响的总线有：Modbus，CAN，LonWorks，Profibus等。采用RS485标准总线技术对现场数据进行采集、管理，相对于CAN，LonWorks，Profibus等现场总线系统而言，具有结构简易、成本低廉、硬软件支持丰富、安装方便，且与传统的DCS兼容，与现场仪表接口简单，系统实施容易等特点，因而RS485总线系统在一定时间内仍是中小控制系统的主要形式。信号测量测控模块作为一种重要的设备，在诸多工业生产过程中得到了广泛应用。自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是微电子技术和计算机技术的迅猛发展，国外信号测量测控发展迅速，并在智能化、自适应等方面取得显著成果。在这方面，以口本、美国、德国、瑞典等国的技术领先，生产出了很多商品化的、性能优异的信号测量测控器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外信号测量测控系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。基于单片机的Modbus协议产品一般由单片机芯片为核心和外围辅助逻辑元器件组成，它