【導讀】：将modbus通訊協(xié)議移(yí)植到(dào)金屬管浮子流量(liàng)計 ，使得(dé)檢測儀表更具(jù)智能化和網絡(luò)化，同時爲實現(xiàn)數字(zì)化組網提(tí)供(gòng)了可行(háng)接口。經過(guò)調試表明(míng)移植後的(de)modbus通訊協議可(kě)以實現(xiàn)基本(běn)功能，取得了預期的效果(guǒ)。
摘要(yào)：随(suí)着通信(xìn)技術、集(jí)成電路技術的發(fā)展，傳(chuán)統的現(xiàn)場檢測(cè)儀器的(de)智(zhì)能化(huà)和數字(zì)化(huà)程(chéng)度在逐漸提(tí)升。現場總線(xiàn)作爲開放化、數字化、多(duō)點通(tōng)訊的底層(céng)控制網絡(luò)，成爲了近(jìn)代工業控制系統的(de)熱門研究(jiū)項目。将modbus通(tōng)訊協議移(yí)植到(dào)金屬管浮(fú)子流(liú)量計(jì)，使得檢測(cè)儀表更具智能(néng)化和(hé)網絡化，同(tóng)時爲實現數字(zì)化組網提供了(le)可行接(jiē)口(kǒu)。經過調試表(biǎo)明(míng)移植(zhí)後的(de)modbus通訊(xùn)協議(yì)可以(yǐ)實現基本(běn)功能，取得了(le)預(yù)期的效果(guǒ)。
　　浮子流量(liàng)計 是一種(zhǒng)經典的(de)變面積式流量計，具有(yǒu)結構簡單(dān)、直觀、壓損小、測(cè)量範(fàn)圍大(dà)、運行可靠、可測(cè)中小(xiǎo)流量及(jí)低雷(léi)諾數流量、維護方便、壽(shòu)命長，對儀(yí)表前(qián)後直(zhí)管段長度(dù)要求不(bú)高等優(yōu)點。金屬(shǔ)管(guǎn)浮子(zǐ)流量計可以适應高溫(wēn)、高壓、強(qiáng)腐蝕(shí)、劇毒等多種苛(kē)刻(kè)環(huán)境，較(jiào)少的可動部件(jiàn)、便于(yú)維護，解決(jué)了生産中(zhōng)的許多難題(tí)。基于modbus協(xié)議的(de)金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計，通過(guò)選擇低功(gōng)耗的微處(chù)理(lǐ)器和通訊芯(xīn)片，将(jiāng)具有(yǒu)開放協議的modbus協議移(yí)植到(dào)傳統(tǒng)的金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計中(zhōng)，使得儀表具有現場(chǎng)總線(xiàn)組網功能。
1.金屬管浮子流(liú)量計整體結構(gòu)設計(jì)
　　圖1是金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計(jì)整體(tǐ)結構圖。流(liú)量測(cè)量過程可(kě)概括爲：磁阻(zǔ)傳感器将浮(fú)子位(wèi)移信号(hào)轉(zhuǎn)化爲電信(xìn)号送給信号處理電(diàn)路，經(jīng)過信号處(chù)理(lǐ)電(diàn)路進行放(fàng)大濾(lǜ)波後再經(jīng)由ad采(cǎi)樣模(mó)塊采樣，非(fēi)常後送給微處理器處理，微處(chù)理器經過(guò)一系列處(chù)理(lǐ)後得到(dào)當前流量信息(xī)，送給液晶模塊(kuài)顯示(shì)或(huò)者(zhě)通過(guò)modbus模塊(kuài)将信(xìn)号遠(yuǎn)傳給其他設備使用(yòng)。

2.modbus模塊(kuài)硬件電路(lù)設計
　　modbus通信協(xié)議有兩(liǎng)種串行傳(chuán)輸模(mó)式：ascii模式和(hé)rtu（遠程(chéng)終端單元）模式(shì)，與這(zhè)兩種模式(shì)對應的幀格式(shì)是ascii幀(zhēn)格(gé)式和rtu幀(zhēn)格(gé)式。本(běn)文采用rtu幀格(gé)式，其數據(jù)幀格(gé)式爲如表(biǎo)1所示。
　　一次發送(sòng)的數據幀必須(xū)是作爲一個連(lián)續的數據流(liú)進(jìn)行傳輸(shū)。modbus的(de)rtu模式(shì)規定不同(tóng)數據(jù)幀之(zhī)間的間隔是3．5個字節通信(xìn)時間以上(shàng)（即起(qǐ)始位(wèi)和結(jié)束符(fú)t1－t2－t3－t4）。
　　crc校驗是(shì)爲了防止傳送過程中(zhōng)傳輸錯誤，将自(zì)己計(jì)算的校驗(yàn)碼與接收的校(xiào)驗碼進(jìn)行對比(bǐ)，相同則确認接(jiē)收正(zhèng)确繼(jì)續解(jiě)析報(bào)文，否則(zé)接(jiē)收到(dào)的是(shì)誤碼并停(tíng)止(zhǐ)解析報文。
　　modbus通訊模(mó)塊硬(yìng)件電路比較簡(jiǎn)單，采用maxim（美(měi)信）公司的(de)max3072芯片将數(shù)字信号(hào)轉(zhuǎn)換爲(wèi)差壓信号傳輸(shū)，圖2爲modbus通訊(xùn)模塊(kuài)硬件(jiàn)設計圖，通(tōng)過usart與cpu進(jìn)行(háng)數據(jù)交互。

　　modbus模(mó)塊通過(guò)兩根(gēn)串口線rx＿485和tx＿485與cpu相(xiàng)連，經過max3072後(hòu)轉化爲(wèi)差壓信号在485總線(xiàn)上傳(chuán)輸，差壓(yā)信号幅值在(zài)200mv左(zuǒ)右。
3.modbus模塊(kuài)軟(ruǎn)件設計(jì)
　　modbus通訊模塊功能(néng)是實(shí)現流量儀(yí)表與主機(jī)或(huò)其他設(shè)備的(de)數據交互(hù)，儀表modbus模塊的信(xìn)号是(shì)通過(guò)rs485總線進行傳輸，其狀(zhuàng)态轉換圖如圖(tú)3所示(shì)。程序(xù)初始(shǐ)化結束後(hòu)，首先(xiān)進入(rù)初(chū)始(shǐ)狀态(tài)。由于modbus協(xié)議(yì)規定兩次(cì)幀數據傳輸的時(shí)間(jiān)間隔不能(néng)小于30μs，因此(cǐ)在進入初始狀(zhuàng)态後(hòu)會開啓定時器，30μs以(yǐ)後(hòu)進入就緒(xù)狀(zhuàng)态。有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，進入(rù)接收(shōu)狀(zhuàng)态，幀數據接收完成後進入幀解析封(fēng)裝狀(zhuàng)态，若接收數(shù)據(jù)出錯(cuò)則進(jìn)入錯誤狀(zhuàng)态，封(fēng)裝後再進入發(fā)送狀(zhuàng)态，若數據(jù)正确則直接完(wán)成封裝進入發送狀态，數(shù)據發(fā)送完成後則再(zài)次進入初始狀(zhuàng)态。modbus模塊軟件設(shè)計流程圖(tú)如圖(tú)4所示(shì)。
4.系統調試
　　modbus通訊(xùn)模塊驗證(zhèng)實驗的(de)目(mù)的是(shì)驗證(zhèng)流量儀表(biǎo)能(néng)否通過(guò)485總線(xiàn)實現流量信息與控制台的信(xìn)息交互。本文應(yīng)用modbus調(diào)試助(zhù)手軟件(jiàn)模拟(nǐ)控制台(tái)與modbus模塊(kuài)進行通(tōng)信，驗(yàn)證儀(yí)表modbus模(mó)塊能否(fǒu)實(shí)現正常通訊(xùn)。圖(tú)5是modbus模(mó)塊(kuài)與(yǔ)控制台通(tōng)信的(de)電路(lù)連接(jiē)圖。
　　爲驗(yàn)證(zhèng)modbus模塊(kuài)通訊(xùn)的正确性(xìng)，本文(wén)通(tōng)過(guò)modbus調試助(zhù)手(shǒu)往modbus模塊下(xià)發數據，若能(néng)返(fǎn)回正确數據，則(zé)證明通訊成功。圖6爲(wèi)通(tōng)過modbus調試(shì)助手與modbus模(mó)塊通(tōng)訊圖(tú)。以03（0x03）命令爲(wèi)例進行調(diào)試的(de)測試結果(guǒ)圖，03命令的功(gōng)能是讀(dú)取特定寄存器(qì)的值。串口(kǒu)調試(shì)助手下(xià)發(fā)的數(shù)據爲“010300000001840a”，其中01爲設(shè)備地(dì)址，03爲命令(lìng)碼(mǎ)，0000爲(wèi)起始地址(zhǐ)，0001爲寄(jì)存器數(shù)量，840a爲crc校驗碼。modbus回發數據(jù)爲(wèi)“0103020810be48”，其中01爲(wèi)設備地(dì)址(zhǐ)，03爲命(mìng)令碼(mǎ)，02爲(wèi)字節數(shù)，0810爲寄存的值(zhí)，be48爲crc校驗碼。測試結(jié)果表明(míng)，modbus模(mó)塊能(néng)正常(cháng)工作。
5結束語
　　選擇低(dī)功耗(hào)的微(wēi)處理器和(hé)通訊芯(xīn)片(piàn)，将具有開放協(xié)議的(de)modbus協議(yì)移植到傳(chuán)統的金屬(shǔ)管浮(fú)子流量計中(zhōng)，實(shí)現了(le)硬件(jiàn)平台設計和軟件平台設計，調試結(jié)果表明，移植後(hòu)的modbus協(xié)議能夠與(yǔ)控制台(tái)實(shí)現實時通(tōng)信，使得儀表具(jù)有現場總線組網功能。

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