吴官禄 2024118504208 基于modbus总线的监测系统的开发.docx

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1、实训成果批阅老师日期良川理/大洋城市学院CITYCO1.1.EGE,KUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNO1.OGY实训报告课程名称基于modbus总线的监测系统的开发专业班级电信1012学号2024118504208学生姓名吴官禄指导老师范玉刚实训地点润泽楼3022024年6月30日书目摘要11、下位机数据采样系统21.1电路组成21.2modbus总线实现21.2.1modbus总线实现原理21.2.2modbus总线实现帧的结构与实现41.3功能实现81. 3.1程序框图81.3. 2程序91. 3.3PROTEUS原理图242、上位机监测系统252. 1

2、串口实现252. 2modbus总线实现252. 3人机监测界面273、结论（系统综述）32现场总线中的modbus技术是当今自动化技术探讨的热点之一，它应用于工业现场可以在微机集控设备之间实现双向串行多节点数字通讯。它把单个分散的被控设备作为网络节点，以现场总线为纽带，把全部被控设备连接成可以相互沟通信息、共同完成自动限制任务的网络系统，具有分散限制、系统结构简洁、节约硬件设备、易于安装维护等优点。为了更大程度全面地提高工业化数据实时监测、迎合将来无人化工作面发展趋势，温度数据实时采集的大型设备远程监测监控功能的实现至关重要。目前对于温度数据的实时采集已有相当程度的发展，但缺乏远程监测监控功

3、能。本文以基于modbus总线的监测系统的开发为探讨对象,依据以DS18B20传感器作为监测监控系统的网络特点，采纳modbus总线技术编制了通讯软件，实现了实时温度数据的采集，达到了对大型设备远程监测监控的目的。关键字：现场总线、modbus、温度数据、实时采集、监测、监控1、下位机数据采样系统1.1电路组成电路组成框图：电路组成文字叙述：通过四个DS18B20温度传感器对空间四个温度点进行温度采集，通过PiCO-Pr3口将采集的数据传送给单片机AT89C51,单片机AT89C51进行相应的数据处理，分别传送至1.CD1602轮询显示采集的数据和通过中断发送至串口，最终传送给上位机（PC机）

4、。1.2modbus总线实现1.2.1modbus总线实现原理Modbus协议定义了限制器能识别和运用的信息结构。当在Modbus网络上进行通讯时，协议能使每一台限制器知道它本身的设备地址，并识别对它寻址的数据，确定应起作用的类型，取出包含在信息中的数据和资料等，限制器也可组织回答信息，并运用MOdbUS协议将此信息传送出去。在其他网络上运用时，数据包和数据帧中也包含着ModbUS协议。如，ModbUs+或MAP网络限制器中有相应的应用程序库和驱动程序，实现嵌入式Modbus协议信息与此网络中用子节点设备间通讯的特别信息帧的数据转换。该转换也可扩展，处理节点地址，路由，和每一个特别网络的错误检

5、查方法。如包含在MOdbUS协议中的设备地址，在信息发送前就转换成节点地址，错误检查区也用于数据包，与每个网络的协议一样，最终一点是需用MOdbUS协议，写入嵌入的信息，定义应处理的动作。Modbus总线上的传输原理：Modicon限制器上的标准Modbus端口是运用一个RS-232兼容的串行接口，定义了连接器，接线电缆，信号等级，传输波特率，和奇偶校验，限制器可干脆或通过调制解调器（以后简称ModelnS）接入总线（网络）。限制器通讯运用主从技术，即主机能起动数据传输，称查询。而其它设备（从机）应返回对查询作出的响应，或处理查询所要求的动作。主机可对各从机寻址，发出广播信息，从机返回信息作为

6、对查询的响应。从机对于主机的广播查询，响应返回MOdbUS协议设备地址，恳求功能代码，发送数据，错误校验码，建立了主机查询格式，从机的响应信息也用ModbUS协议组织，它包括确认动作的代码，返回数据和错误校验码。若在接收信息时出现一个错误或从机不能执行要求的动作时，从机会组织一个错误信息。并向主机发送作为响应。查询响应周期：查询:查询中的功能代码为被寻址的从机设备应执行的动作类型。数据字节中包含从机须执行功能的各附加信息，如功能代码03将查询从机，并读保持寄存器。并用寄存器的内容作响应。该数据区必需含有告之从机读取寄存器的起始地址及数量，错误校验区的一些信息，为从机供应一种校验方法，以保证信息

7、内容的完整性。响应：从机正常响应时，响应功能码是查询功能码的应答，数据字节包含从机采集的数据，如寄存器值或状态。如出现错误，则修改功能码，指明为错误响应。并在数据字节中含有一个代码，来说明错误，错误检查区允许主机确认有效的信息内容。两种串行传输模式：限制器可运用ASCH或RTlJ通讯模式，在标准MOdbUS上通讯。在配置每台限制器时，用户须选择通讯模式以及串行口的通讯参数（如波特率，奇偶校验等），在Modbus总线上的全部设备应具有相同的通讯模式和串行通讯参数。选择ASCII或RTU模式用于标准的Modbus总线。它定义了总线上串行传输信息区的“位”的含义，确定信息打包及解码方法。如在MAP和

8、ModbUs+总线上时，Modbus信息以帧的方式出现，并与串行传输无关，如恳求读保持寄存器，可以在MOdbUs+上的两个限制器之间处理，而与运用的限制器的Modbus端口无关。ASCII模式当限制器以ASCII模式在Modbus总线上进行通讯时，一个信息中的每8位字节作为2个ASCII字符传输的，这种模式的主要优点是允许字符之间的时间间隔长达IS,也不会出现错误。ASCIl码每一个字节的格式：编码系统：16进制，ASCn字符0-9,A-F,1个16进制。数据位：1起始位，7位数据，低位先送，奇/偶校验时1位；无奇偶校验时O位，（1.RC）1位带校验，1停止位；无校验2停止位。错误校验区：纵向

9、冗余校验。RTU模式限制器以RTU模式在Modbus总线上进行通讯时，信息中的每8位字节分成2个4位16进制的字符，该模式的主要优点是在相同波特率下其传输的字符的密度高于ASCII模式，每个信息必需连续传输。RTU模式中每个字节的格式：编码系统：8位二进制，十六进制0-9,A-F数据位：1起始位，8位数据，低位先送，奇/偶校验时1位；无奇偶校验时0位，停止位1位（带校验），停止位2位（无校验）。错误校验区：循环冗余校验（CRC）1.2.2InodbUS总线帧的结构与实现无论是ASCII模式还是RTU模式，Modbus信息以帧的方式传输，每帧有确定的起始点和结束点，使接收设备在信息的起点起先读地

10、址，并确定要寻址的设备（广播时对全部设备），以及信息传输的结束时间。可检测部分信息，错误可作为一种结果设定。对MAP或ModbUs+协议可对信息帧的起始和结束点标记进行处理，也可管理发送至目的地的信息，此时，信息传输中ModbUS数据帧内的目的地址已无关紧要，因为MOdbUs+地址已由发送者或它的网络适配器把它转换成网络节点地址和路由。ASCII帧在ASCn模式中，以（:）号（ASCII3AH）表示信息起先，以回撤一换行键（CR1.F）（ASCIIOD和OAH）表示信息结束。对其它的区，允许发送的字符为16进制字符0-9,A-F0网络中设备连续检测并接收一个冒号（：）时，每台设备对地址区解码，

11、找出要寻址的设备。字符之间的最大间隔为1S,若大于1S,则接收设备认为出现了一个错误。典型的信息帧见下表起先地址功能数据纵向冗余检查结束1字符2字符2字符n字符2字符2字符图3ASCII信息帧例外：对于584和984A/B/X限制器，一个ASCH信息可在1.RC区后正常终止，而不需发送CR1.F字符，此时出现IS的时间间隔，限制器也将认为是正常中断。RTU帧RTU模式中，信息起先至少须要有3.5个字符的静止时间，依据运用的波特率，很简洁计算这个静止的时间，接着第一个区的数据为设备地址。各个区允许发送的字符均为16进制的0-9,A-Fo网络上的设备连续监测网络上的信息，包括静止时间。当接收第一个

12、地址数据时，每台设备马上对它解码，以确定是否是自己的地址。发送完最终一个字符号后，也有一个3.5个字符的静止时间，然后才能发送一个新的信息。整个信息必需连续发送。假如在发送帧信息期间，出现大于3.5个字符的静止时间时，则接收设备刷新不完整的信息，并假设下一个地址数据。同样一个信息后，马上发送的一个新信息，（若无3.5个字符的静止时间）这将会产生一个错误。是因为合并信息的CRC校验码无效而产生的错误。起先地址功能数据校验终止T1-T2-T3-T48B位S8B位SN8B位S16B位ST1-T2-T3T-4图4RTU信息帧Modbus信息帧地址设置信息地址包括2个字符（ASCH）或8位（RTU）,有

13、效的从机设备地址范围0-247（十进制），各从机设备的寻址范围为l-247o主机把从机地址放入信息帧的地址区，并向从机寻址。从机响应时，把自己的地址放入响应信息的地址区，让主机识别已作出响应的从机地址。地址O为广播地址，全部从机均能识别。当ModbUS协议用于高级网络时，则不允许广播或其它方式替代。如MOdbUs+运用令牌循环，自动更新共享的数据库。功能码设置信息帧功能代码包括字符（ASCn）或8位（RTU）。有效码范围1-225（十进制）,其中有些代码适用全部型号的Modicon限制器，而有些代码仅适用于某些型号的限制器。还有一些代码留作将来运用。当主机向从机发送信息时，功能代码向从机说明应

14、执行的动作。如读一组离散式线圈或输入信号的ON/OFF状态，读一组寄存器的数据，读从机的诊断状态,写线圈（或寄存器），允许下截、记录、确认从机内的程序等。当从机响应主机时，功能代码可说明从机正常响应或出现错误（即不正常响应），正常响应时，从机简洁返回原始功能代码；不正常响应时，从机返回与原始代码相等效的一个码,并把最高有效位设定为“1”。如，主机要求从机读一组保持寄存器时，则发送信息的功能码为：OOOOOOll（十六进制03）若从机正确接收恳求的动作信息后，则返回相同的代码值作为正常响应。发觉错时，则返回一个不正常响信息：1000OoII（十六进制83）o从机对功能代码作为了修改，此外，还把一

15、个特别码放入响应信息的数据区中，告知主机出现的错误类型和不正常响应的缘由。主机设备的应用程序负责处理不正常响应，典型处理过程是主机把对信息的测试和诊断送给从机，并通知操作者。数据区的内容数据区有2个16进制的数据位，数据范围为OO-FF（16进制），依据网络串行传输的方式，数据区可由一对ASCll字符组成或由一个RTU字符组成。主机向从机设备发送的信息数据中包含了从机执行主机功能代码中规定的恳求动作，如离散量寄存器地址，处理对象的数目，以及实际的数据字节数等。举例说明，若主机恳求从机读一组寄存器（功能代码03）,该数据规定了寄存器的起始地址，以及寄存器的数量。又如，主机要在一从机中写一组寄存器，（则功能代码为10H）o该数据区规定了要写入寄存区的起始地址，寄存器的数量，数据的字节数，以及要写入到寄存器的数据。若无错误出现，从机向主机的响应信息中包含了恳求数据，若有错误出现，则数据中有一个不正常代码，使主机能推断并作出下一步的动作。数据区的长度可为“零”以表示某类信息，如，主机要求从机响应它的通讯事务记录（功能代码OBH）。此时，从机不须要其他附加的信息，功能代码只规定了该动作。信息帧：错误校验标准ModbUS总线，有两类错误检查方法，ASCIl方式和RTU方式。