基于MODBUS協議單片機智能控制系統設計方案

現場總線作為生產過程自動化發展的重點，對推動自動化技術起到巨大的推動作用，是現代化工業的標志。MODBUS作為現場總線的一種通信協議，它實現了PLC控制器、工控儀表與設備間的通訊和信息交換。具有MODBUS功能的工控儀表雖然應用比較廣泛，但是工控儀表和PLC控制器價格較高并且沒有形成自主知識產權的產品，阻礙了它的進一步發展。本文從這個問題著手，設計基于MODBUS協議的單片機控制系統，設計合理，價格低廉，自主性強，在工業控制領域具有廣泛的應用前景。

1 系統總體設計

系統中計算機PC作為主機，AVR單片機作為從機，采用RS-485工業現場總線通信。由于計算機的串口采用RS232總線標準，因此在主機的串行通信端口必須增加RS485-RS232電平轉換器，在計算機串行端口由該電平轉換器實現RS-232電平與RS-485電平轉換，主機與從機通過MOD-BUS通信協議在RS-485總線上進行數據通信和交換，在整個RS-485總線上最多可以接255臺從機。系統的總體結構如圖1所示。

2 系統硬件設計

整個硬件電路包括：PC機、RS485-RS232電平轉換器、電源、復位電路、晶振電路、AVR單片機控制系統。本系統上位機由PC機和串口組成，下位機由兩個單片機控制系統組成。兩個從機設備地址為01和02，每個單片機系統由Atmega32單片機，TSl2864A-3型LCD液晶顯示器，傳感器，PWM脈寬調制控制電路組成。下位機基于Atmega32單片機，通過傳感器對采集數據再經過A/D轉換后在LCD液晶屏顯示，Atmega32單片機帶有MAX485串口，通過RS-485總線與上位機通訊，系統的總體硬件原理圖如圖2所示。

3.系統軟件設計

3.1 MODBUS通信協議

軟件Modbua協議包括ASCII、RTU、TCP等，標準的Modbus采集器使用RS232C實現串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協議規定了消息、命令和應答的方式，數據通訊采用Maser/Slave方式，Master端發出數據請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發送數據到Master端以響應請求;Master端也可以直接發消息修改Slave端的數據，實現雙向讀寫。Modbus協議需要對數據進行校驗，串行協議中除有奇偶校驗外，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗。

在上位機監控界面上建立ADOData控件，ID為IDC_ADODCl，在通用屬性的連接中輸入服務器名稱COMPUTER，選擇數據庫MASTER，點擊測試連接，如果顯示測試成功，表示連接SQLsever2000數據庫成功。再在數據庫中新建一個TABLEI表，表中包括時間，實際數據，設定數據字段，記錄源的命令文本中SQL命令為select*from TABLEl;其次在監控界面上建立DataGrid控件，在datasource屬性中選擇IDC_ADODCl，與ADOData控件建立起聯系，通過以上的步驟就實現了VC++6.O監控界面對數據庫的訪問。在VC++6.0環境完成程序編寫，運行得到控制系統的數據顯示界面如圖4。

當上位機MODBUS串口程序把下位機的實際數據采集上來并顯示界面中后，就可以對實際數據繪制動態曲線圖。動態曲線橫坐標是時間，縱坐標是實際數據值，兩個坐標確定一個動態點。動態曲線的顯示過程是把動態的數據值放到一個數組中，每采集一個新的數據值存放在數組的最低位，數組中的所有數據位向前移一位，最高的數據位移出;在MSCOMM控件OnOnCommMscomm函數中得到當前具體的時、分、秒，再將具體時間顯示在橫坐標相應位置，然后把數組中的所有數字以及每個數字所對應的時間的坐標點用線連接起來就構成了動態曲線圖，動態曲線圖如圖5所示。

4 結束語

本系統由AVR單片機，數據采集模塊，控制電路三部分組成。下位機采用C語言編程，上位機采用VC++6.O編程，以SQLever2000作為后臺數據庫，上位機與下位機之間采用RS-485總線通訊，研究并編寫基于MODBUS協議的工控軟件。實驗測試表明，本系統實現了上下位機基于MODBUS協議的RS-485總線通訊，在下位機LCD和上位機VC界面顯示數據值，在數據庫中保存實際數據值，并且繪制實際數據曲線，實時顯示數據誤差不超過l℃。本控制系統符合工業控制系統設計的要求，有較好的擴展性和多功能的特點，可以擴展到255個設備多點的溫度、濕度、壓力、流量等數據監測控制，在橡膠、石油、冶金、食品加工、環境監測等工業自動化控制系統中可以取代工控儀表和PLC的檢測和控制作用，開發具有自主知識產權產品并降低成本具有重要的現實意義，本文提出的方法對于采用MODBUS協議的智能控制系統的研究與開發也具有一定的理論研究和實用價值。

參考文獻:

[1]. RS-485 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS-485_584821.html.

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[5]. Atmega32 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/Atmega32_144707.html.

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