基于Modbus协议的智能数据采集显示模块

BillScot2

摘要:为实现实时数据的远程采集与显示,设计了基于Modbus协议和RS- -485 总线为基础的智能数据采集模块,能够采集
PT100信号或4~20mA的工业标准信号。其硬件系统主要由单片机、A/D转换、通信、存储、电源、输入输出显示及复位看门
5 C9 m" [, H' r0 E# T1 }狗等模块组成。该系统可存储设置的参数,采集现场的模拟量,转换为数字量进行运算处理,与上位机通信功能强大,功耗
  U+ ?! Z* ?$ j) L- y小、抗干扰能力强,接入方便,适用于一般的工业现场,满足用户不同的需求。
关键词;单片机; Modbus协议;数据采集;模块
Modbus是工业控制器网络协议中的一种通用语言,通过此
协议,控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通
% }: P, d) Y2 Z信。Modbus协议作为通用工业标准,可使不同厂商生产的控制
设备连成工业网络,进行集中监控,为此设计了基于Modbus协
, X+ [, P4 \: k" U' X- y' a3 G议和RS- 485总线的智能数据采集模块。本系统可采集现场的
模拟量将其转换成数字量后交给微处理器处理,并在数码管上
显示处理结果，支持经由RS- -485网络的Modbus RTU通信,上
位机可以读取当前的现场参数还可以对系统进行一些设置。
, o- m- D* V- C- F: _2 ^1硬件设计
+ v. s2 P+ ^( ?: N整个系统主要包括A/D转换、CPU控制、通信、存储、电源、
. c* j  M! r3 b( P: _输人显示等几部分。
2 l- s3 o* `& a1.1 AD转换部分
本设计中，采用AD公司的16位2-AAD转换器AD7705。它
2 @$ {7 J; v+ l, ?能直接将传感器测量到的多路微小信号进行A/D转换,具有高
' t# [0 w* O9 t& Z2 \0 e# r分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪性能以及低电压、低
2 n8 D( }/ ^+ c4 f+ i- m2 f功耗等特点，非常适合应用在仪表测量、工业控制等领域。
AD7705在三线方式下，使用DOUT、DIN及SCLK引脚进行控
制,其中DOUT和DIN与微处理器的串行口相连,用于数据的
输出和输人,SCLK用于输人串行时钟脉冲,CS始终为低电平,
# y/ g9 S1 @, a3 X& z- h接口电路如图1所示。
AD7705与微处理器连接，没有使用单片机的串行口，
- y8 n& O# A+ V6 q而是采用普通的I/O口来模拟串行口。AD7705的DRDY与
" ?! o8 ~  v. I% ~& Q& Q( F; t单片机的P1.0相连，以备单片机来查询AD7705的状态。
, D3 Y) d3 ]: u! A9 YAD7705的RST与单片机的P1.4相连,单片机P1.4引脚可
# L: i6 Y: o2 O# X1 g, u以输出0来复位AD7705,比通过串行口写一系列的1来复
# L6 O, J- ]' \1 l
+ r) m" m0 K0 I0 C' Z位AD7705方便可靠。
4 i# [0 |3 s: d# O9 h: FAD7705的模拟通道1用来测温度。温度传感器采用三线
5 A0 }1 D6 `* ]0 D) ?  c1 k6 {制的PT100,通过测温元件的电阻值来检测温度。引线电阻的
大小、引线电阻的变化(受温度影响)直接影响其测量精度,因
, `+ c5 j) |( J) J; R' q2 [此必须采取措施来消除引线电阻及干扰所引起的误差,提高测
5 W( {4 d; d0 i( s量精度。各种接线方式中,三线制在测温系统中运用较广泛,它
可以消除引线随温度变化所带来的测量误差。利用桥式电路将
0 G' U  _, P2 m& ZPT100输出的电阻信号转换为差压信号，滤波后供给AD7705。
) f, v" K% {& J8 I0 u& J. }桥式电路中电阻的误差将影响转换的精度，因此RO、R1、R2使
' ~( L9 a: G& P. X' l2 n$ o用精密电阻,以保证转换精度。
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Monika

该系统可存储设置的参数,采集现场的模拟量,转换为数字量进行运算处理,与上位机通信功能强大,功耗小、抗干扰能力强,接入方便,适用于一般的工业现场,满足用户不同的需求