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基于MODBUS协议的工业智能通信模块设计方案


  来源: 中国工控网 时间:2018-03-20 编辑:离人
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MAX3221采用单电源供电,电源接人方式简单,内部由1个线性驱动,1个接收器,带±15kVESD保护的双速电荷泵电路组成。可以实现RS-232电平到TTL电平的转换。MAX3221的另一优点是自动掉电功能。当无输入信号时,可通过单片机的控制驱动器和接收器都将关闭,进人很低功耗的待机状态(1μA),达到节能目的。
       3、RS-485接口电路
       由于基于差分信号传输的RS-485总线本身具有抗干扰能力强等特点,系统采用RS-485的通讯方式与主控机进行远距离的通讯。要求无论是模拟信号还是RS-232信号通过单片机采集处理后,均可以用RS-485通讯方式进行远传。电路中采用了DC-DC隔离电源供电,并在单片机与RS-485通讯电路之间采用了高速光电耦合进行隔离,从而进一步提高了整个通讯模块系统的抗干扰能力。MSP430F149串口2的TTL电平到RS-485接口电平的转换采用的是芯片75176。通过RS-485总线的方式进行多机通讯时,如果某时刻某个75176的DE端电位为“1”,那么它的RS-485总线输出将会处于发送状态,占用了通讯总线,这时其他的分机就无法与主机进行通讯。如果某个分机出现异常情况下(如死机),就会一直占用总线,导致整个系统通讯崩溃。因此在电路设计时,要保证系统上电复位时75176的DE端电位为“0”,采用如图2的接法。由于MSP430在复位期间,I/0口电位为“1”,发光管不发光,光电三极管不导通,75176的DE端电位为“0”,释放总线,从而有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。增强了系统通讯的可靠性和稳定性,同时有效地解决了工,作现场与控制室之间的分离,保证了工作人员人身安全。
       三、单片机控制的M.DBUS通讯原理
       目前,工业上的MODBUS通讯协议已经成为电子控制器上的一种通用语言协议。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通讯。它已经成为一通用工业标准。用它来实现不同厂商生产的控制设备连成工业网络,进行集中监控。
       基于此,可以根据实际工业网络数据采集的一主多从的实际数据选择模型,该模块采用了此协议,因为协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通讯的。因此不管上位机是什么样类型的测控设备,就按固定的MODBUS通讯协议要求的协议格式来回应来自主设备的请求,并进行侦测错误记录。按照协议中要求的消息域格局和内容的公共格式回应。
       在MODBUS通讯网络上,此协议要求通讯时必须知道每个通讯模块的设备地址,每个通讯模块识别按地址发来的消息,根据功能码来决定要产生何种动作。如果需要回应,控制器将生成相应的反馈信息并用MODBUS协议发出。
       通讯模块在用MSP430F149单片机控制通讯时采用了MODBUS协议支持的两种数据传输模式:ASCII模式及RTU模式。ASCII模式中字符串每个8位字节分2个ASCII码发送。RTU模式字符格式中每8位字符分2个4位16进制格式数据传送。
       同种情况下,RTU模式传输速度要优于ASCII模式。从两种模式上可以看出,功能码占用8位,可以应用的功能有255个,在系统用MODBUS组网的过程中,主要应用了前4个功能码:01-读取线圈状态;02-读取输人状态;03-读取保持寄存器;04-读取输入寄存器。
       根据上述要求和通讯模块通用性的实际情况,该模块上添加了2个按键、1个8位拨码开关和多个指示灯进行例如数据_传输模式、波特率、地址、数据位等参数的设置。内部的软件编_程按照:按“设置”键,相应功能的指示灯亮,然后用拨码开关对其进行设置,按“确认”键读入单片机。如此可依次对数据传输模式、串口属性等进行设置。
       四、软件实现
       系统软件以MODBUS通讯协议为核心基础,附以自定义的通讯协议,以标准的MODBUS通讯协议为对外接口,以自己定_义的通讯协议为对下位机的通讯接口,以此来实现通讯的连接转换。软件分4部分
(1)模数转换部分,实现模拟信号的数据采集。
(2)下位机的串口软件。由实际仪表的通讯协议定义的下位机通讯软件,重点是要看实际仪表的通讯方式。
(3) MODBUS通讯软件。重点是要分清每个通讯的数据帧的帧头和帧尾,特别是在RTU模式下,必须分清帧头在什么位置。做法是在串口中断中打开定时中断,在通讯间隔超过通讯3.5个字符时认为通讯一帧结束,再来串口中断就是下一帧的开始。
(4)数据处理软件。MODBUS通讯协议建立在CRC校验基础之上,因此通讯可靠性比较好,在软件中采用查表的方式来进行MODBUS校验,极大地提高了程序运行的效率。
       该通讯模块是针对工业上来自不同厂商生产的检测仪表进行组网数据采集的。

关键词:智能通信 模块 仪表    浏览量:1875

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