基于基于Modbus协议的工业智能协议的工业智能模块设计模块设计 指导老师：指导老师：班级：班级：14级电子信息专升本（级电子信息专升本（2）班）班姓名：姓名：学号：学号：2014041813索引索引课题背景及研究意义课题背景及研究意义1设计简介及系统框图设计简介及系统框图2 硬件设计硬件设计3软件设计及程序流程图4 致谢致谢65系统调试系统调试 在现代的工业生产中，数据采集是一件常见的工作，但是大部分的采集工作主要是以模拟控制系统和传统仪表测量为主的数据采集系统来进行。各参数的监测达到实时控制较困难，而且容易受干扰，设备昂贵且检测维护工作量大且没有可靠的历史记录。与此同时，在应用系统大规模的衍生的同时，越来越多的被测参数和监控参数越来越复杂，要求的精度越来越高，各应用系统的组网采用各自的通讯协议，通用性和移植性都比较差。1.1.课题背景及研究意义课题背景及研究意义2.2.设计简介及系统框图设计简介及系统框图 本设计是以MODBUS协议为通讯协议，以STC15W4K48S4为主控制器，包括了液晶显示、MAX6675温度采集、模拟量采集输入模块、D/A转换输出、拨码开关、485通讯模块组成了下位机，主要负责数据的采集和处理，并且通过RS-485接口与上位机进行数据传输。由组态王6.55软件编制的上位机对下位机的参数进行读写、显示、控制等操作，从而实现一整套完整的数据采集、传输、控制系统。上位机与下位机之间的数据传输是通过MODBUS协议实现的。系统结构图系统结构图电路原理图3.硬件设计u主控系统1.增强型的8051CPU，1T单时钟/机器周期，速度比普通51快812倍。2.一流的外设。8通道的10位高速ADC，6通道的高精度PWM，2通道的CCP,5个16位可重载定时器3.最高工作频率为28MHZ,相当于普通单片机的336MHZ。4.低功耗设计。低速模式，空闲模式，掉电模式，停机模式。5.最大集成了复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等 单片机最小系统uMAX6675温度采集电路如图所示，主要采用K型热电偶和MAX6675组成的温度采集电路。uRS-485通讯电路本设计采用RS-485的通讯接口与主控机进行远距离的通讯。电路如图所示：uPWM实现D/A转换如图所示，为PWM的经典波形。可以用分段函数表示为：展开成傅里叶级数：直流分量与n成线性关系，并随着n从0到N，直流分量从VL到VL+VH之间变化，这正是电压输出的DAC所需要的。因此，如果能把除直流分量的谐波过滤掉，则可以得到从PWM波到电压输出的DAC的转换，即PWM波可以通过一个低通滤波器进行解调。u4-20MA电流输出电路本设计利用PWM信号实现4-20mA电流输出电路如图：u1-5V电压输出电路本设计采用的1-5V电压输出电路是在电流的基础上进行改进的。电路如图：u液晶显示电路u拨码开关电路拨码开关的工作原理是一个多位BCD编码拨动开关。电路如图：4.软件设计及程序流程图系统总流程主函数流程图A/D转换主程序液晶显示流程图uMODBUS通讯协议在本设计的系统中，上位机和下位机的数据是通过485接口走Modbus协议进行实时交互传输。uPWM的软件实现 PWM 软件实现的重要硬件支撑是 该单片机内部的定时器。温度采集程序流程图u组态王软件 组态王开发监控系统软件，是一款由工业上标准的软件和硬件计算机平台组建成的集成系统，是一种实现现代化的工业自动控制系统，可以完全替代传统的封闭式系统。使用组态王设计上位机人机交互界面主要有4个步骤：l图形界面的设计l构造数据库l建立动画连接l运行和调试组态王人机初始界面5.系统调试在测试之前，首先将K型热电偶接入MAX6675温度采集电路，热电偶正极接电路插座1口，负极接2口。然后将485接口连接上位机（PC机）打开组态王事先编制好的软件，下位机接入电源。设置电压、电流采集值，观察上位机界面上输入电压和电流对象框的数值变化并记录。用万用表分别测量模拟量输入端的电压和电流、下位机的电压和电流输出端，观察并记录数据。6.致谢感谢所有教书育人的老师，在这两年的时光中，不仅让我学会了专业的基础知识还掌握了一技之长，为我步入社会做好了准备，是你们让我接受了全新的思想观念，在这里尤其要感谢我的指导老师蔡小伟老师，从论文题目的选定到论文写作的指导,谢谢您一直悉心的点拨。同时感谢父母多年来的培育之恩，感谢同学们在我遇到困境困惑时向我伸出援助之手，以及感谢学院为我们提供了良好的学习氛围和制作毕业设计的环境。