基于ModBus通讯协议智能模块实现及应用.pdf

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1、2009年第22卷第2期图像 编码与软件收稿日期:2008205226作者简介:叶露林(1975-),男,讲师,硕士。研究方向:工业自动化控制开发研究与应用。基于ModBus通讯协议智能模块实现及应用叶露林,洪雪峰(江苏信息职业技术学院 机电研究所,江苏 无锡 214153)摘 要 介绍了基于ModBus通讯协议的智能模块的硬件和软件设计。由于实现了通用的ModBus通讯接口及有效的保护措施,模块具有安全可靠、功能完善、操作简便、性能价格比高等优点,并成功应用于智能通风系统,实现了通风系统的智能化和集中管理,取得了较好的经济效益。关键词 单片机;ModBus通讯协议;触摸屏;冗余中图分类号 T

2、P273 文献标识码 A 文章编号 1007-7820(2009)02-011-03Development and Application of the IntelligentM odule Based onM odBus Commun ication ProtocolYe Lulin,Hong Xuefeng(Mechanical2electrical Institute,Jiangsu College of Information Technology,Wuxi 214153,China)AbstractThe intelligentmodule based onModBusCommuni

3、cation Protocol is introduced.The hardware con2figuration and software design are discussed in detail.Because of the realization of the commonModBus communica2tion interface and effective protection,thismodule has the advantagesof high reliability,perfect function,easy op2eration and cost effectiven

4、ess.It is successfully applied to the intelligent ventilation system,realizing intelligentiza2tion and centralized management of the system and remarkable economic benefit is therefore achieved.Keywordssingle chip computer;ModBus communication protocol;touch screen;redundancyModBus通讯协议1 是由美国的ModBus公

5、司推出的开放式现场总线通信协议,其功能完善、使用简单、协议开放,得到众多仪器厂商的支持,正在成为仪表2 及智能终端的工业标准。目前大多数智能仪表己利用该协议向用户提供通信接口。它已经成为一种通用工业标准。不同厂商生产的控制设备可以通过它连成工业网络,集中监控。文中介绍了基于ModBus通讯协议的智能模块的组成,实现了智能模块硬件及软件设计,并成功将其应用于智能通风系统。1 智能模块硬件设计智能模块采用PI C18F4583单片机控制,由电源 电 路、复 位 电 路、LCD/LED显 示 电 路、RS-485接口电路、运行参数保存电路(EEPROM:Electrically Erasable P

6、rogrammable Read-OnlyMem2ory,EEPROM)等组成,由于PIC18F458单片机内部包含有11位的A/D转换,所以大大简化了电路的设计。智能模块的通讯接口电路,如图1所示。模块通讯利用PI C18F458内部异步收发器模块,并经过高速光电耦合器隔离(6N137)及RS-485驱动电路(65176)后连接到RS-485网络。必须注意,光耦部分电路所采用的两个电源VCC和5V-2必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意义。RS-485通讯电路采用了两级防护。G301、G302、G303为陶瓷放电管;R311、R312为自恢复保险丝。TVS1、TVS2为TVS管,选择根据芯

7、片的工作电压与耐压决定,一般略高于芯片最高工作电压,可以61810 V之间选择。11图像 编码与软件基于ModBus通讯协议智能模块实现及应用 Electronic Sci1&Tech1/Feb115,2009 当雷击发生时,感应过电压由两端引入,G302与G303进行共模防护,G301进行差模防护,此时过电压被削弱到约500 V左右,再经过R311、R312限流,TVS1、TVS2二次限压后,到收发器的电压被箝制在618 V左右,从而实现对RS-485驱动电路的保护。图1 智能模块通讯接口电路2 智能模块软件设计智能模块软件采用C18编程4,模块主程序主要包括初始化程序、ModBus通讯协议

8、实现程序,独立测控模式程序和联机测控模式程序4大部分,如图2所示。图2 智能模块主程序初始化程序主要完成各端口的初始化、ModB2us通讯协议初始化。其中ModBus通讯协议初始化包括波特率、通讯位数、奇偶校验等参数设置。ModBus通讯协议程序主要实现ModBus通讯协议的相关功能5,本设计中实现了以下功能,如表1所示。表1系统相关功能序号 命令(HEX)功能数据类型101读开关量输出0X3 3 3 3202读开关量输入1X3 3 3 3303读保持寄存器数据4X3 3 3 3505强制开关量输出0X3 3 3 3606重置单路寄存器数据4X3 3 3 31610写入多路寄存器4X3 3 3

9、 3独立测控模式主要实现前端测控模块独立运行。当测控模块工作于此模式时,根据EEPROM中保存的系统运行参数进行测控。联机测控模式除了完成独立测控模式各项功能以外,还能与上位监控计算机进行实时通信,完成各参数的远程设定、各执行装置的手动远程控制、将采集的数据上传等工作。3 应用该智能模块已成功应用于多机房智能通风系统6。系统合理利用机房室内外的温差形成冷热空气交换,通过主动进风被动排风技术,依靠室21基于ModBus通讯协议智能模块实现及应用图像 编码与软件 电子科技/2009年2月15日内正压环境来保持室内清洁度。在保持机房内良好工作环境,确保内部设备正常运行前提下,采用最优化的通风控制和空

10、调控制流程,有效减少空调的工作时间和启动次数,从而达到节约用电和保护空调的目的。系统组成,如图3所示。图3 智能通风系统框图触摸屏选用Hitech公司的PWS6600S触摸屏7。PWS6600S触摸屏本身支持Modbus通信协议,PWS6600S触摸屏支持RS-232和RS-485两种通信接口。在工业控制领域,由于RS-485具有可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强等优点,所以在本系统中触摸屏与前端测控模块通信采用RS-485连接,通信参数可以根据要求进行配置。智能模块既可作为系统的一个组成部分,与主机(触摸屏)实时通信,实现运行参数的设置,手动远程控制,将采集的数据上传等工作。它也可以独立工作

11、,即在触摸屏因故停止工作的情况下,前端测控模块仍可以正常运行,从而在不增加设备投入的情况下实现了系统的冗余,提高了系统的可靠性。系统中的主机(触摸屏)主要完成人机对话和系统管理功能。可实现系统运行参数的设置和修改,如图4所示;以及实际温度(室内/室外)实时显示,如图5所示;并可对执行机构进行手动远程控制。图4 参数设置画面图5 工作画面4 结束语将检测技术和ModBus通讯技术应用于智能模块设计,提高了模块的可靠性和通用性,可以满足一般测控系统的要求,而且它的成本低、体积小。本智能模块成功开发以来,已先后在多个机房通风系统中应用,系统稳定可靠,经济效益十分明显。同时,因其操作简单、控制准确、精

12、确高等特点,受到用户的好评。参考文献1Modbus2I DA.ModBusApplication Protocol SpecificationV111EB/OL.http:/www.Modbus-I DA.org,(2004-12-13)2008-04-07.2 双维.传感器技术M.北京:中国计量出版社,2005.3Microchip.PI C18FXX8 Data Sheet Z.USA:Micro2chip Data Sheet,2003.4Microchip.MPLABC18 C Compiler Libraries Z.USA:Microchip Data Sheet,2003.5Schneider Electric.MODBUSOver SerialLine Specifi2cation&I mplementation Guide V110 EB/OL.http:/www.Modbus.org,(2002-02-26)2008-03-12.6 陈一飞.基于自然通风原理的通风窗智能控制系统构造J.建筑电气,2007(11):27-30.7 泉毅电子股份有限公司.ADP 610使用手冊 Z/OL.http:/,(2004-10-02)2008-04-11.31