ModBus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

三、系統(tǒng)設(shè)計

　　本文所設(shè)計的系統(tǒng)是一個基于modbus的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，它主要由實現(xiàn)現(xiàn)場控制功能的智能控制儀表、實現(xiàn)對智能控制儀表在線配置與監(jiān)控功能的主機兩部分組成。作為從機的現(xiàn)場智能控制儀表主要任務(wù)有：實現(xiàn)現(xiàn)場溫度采集、輸出控制、顯示、系統(tǒng)配置以及響應(yīng)主機激勵;主機的主要任務(wù)是在線配置從機、監(jiān)控從機從而得到相應(yīng)從機的狀態(tài)、歷史溫度數(shù)據(jù)分析;兩者之間的通訊是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的。

　　3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)主要由通訊電路（輸入）、數(shù)據(jù)采集、輸出控制、LCD顯示、通信及電源模塊等組成。如圖1所示，系統(tǒng)具有對外界溫度信號進(jìn)行采集的能力，采集的模擬信號經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，送入微處理器進(jìn)行處理。采集到的每一路溫度都要與系統(tǒng)此路的溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)結(jié)果調(diào)用合適的控制算法，并通過控制相應(yīng)的繼電器的占空比實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié)。

　　考慮到系統(tǒng)實際應(yīng)用，在硬件設(shè)計方面，微控制器選用了臺灣Syncmos公司生產(chǎn)的8位微控制器SM5964, 它是80C52 微控制器家族的派生產(chǎn)品，其強大的片內(nèi)資源，只需添加少量的外圍器件即可實現(xiàn)系統(tǒng)的要求。溫度測量利用Pt（100Ω）熱敏電阻，測量的模擬信號經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換后送入微處理進(jìn)行處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換器選用凌特公司（Linear Technology）推出的20位無延遲模數(shù)轉(zhuǎn)換器LTC2430，此模塊可直接對測量的毫伏級信號進(jìn)行處理，并能夠滿足精度要求。其它也選用了與通信和輸出控制相關(guān)的器件。

　　由于篇幅關(guān)系，只介紹本系統(tǒng)通信部分的電路原理。由于標(biāo)準(zhǔn)的ModBus物理層采用了RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)，在PC機上模擬MODBUS通信通過使用RS-485插卡或者RS-232/ RS-485轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)多點通信，這里選用的是RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊。電路圖如圖2所示：

　　SM5964的串行發(fā)送端口TXD和接收端口RXD經(jīng)MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，分別與PC機的數(shù)據(jù)接收端口RXD和數(shù)據(jù)發(fā)送端口TXD相連接。SM5964串行通信的發(fā)送端TXD連接到的11引腳，發(fā)出的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過MAX232芯片轉(zhuǎn)換后，由0～5V的TTL電平變?yōu)?12～+12V的RS232電平，從14引腳輸出到PC機串行口的第二引腳。按RS232通信協(xié)議規(guī)定，PC機串行口的第二引腳為數(shù)據(jù)輸入端，這樣，發(fā)出的數(shù)據(jù)就可被PC機接收到。由PC機串行口的發(fā)送端TXD（PC機串行口的第三引腳）傳輸來的數(shù)據(jù)，作為RS232電平的信號輸入到MAX232芯片的第13引腳，經(jīng)過MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后變?yōu)門TL電平，再由MAX232的12引腳輸出到SM5964串行口的接收端口RXD。從而完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

　　在設(shè)計中，使用了兩個發(fā)光二極管D7和D8監(jiān)視通信的工作狀態(tài)。