基于MODBUS数据采集系统的设计.doc-资料库

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吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书基于 Modbus 协议的数据采集系统学生学号： ###### 学生姓名： ##### 专业班级： ###### 指导教师： ###### 职称：教授起止日期：2014.3.3～2014.3.23 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology

吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书专业综合设计任务书一．设计题目：基于 MODBUS 协议的数据采集系统二．设计目的 1．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力； 2．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风； 3．学习 SST89E516RD 单片机体系结构及程序开发； 4．学习电路的焊装和硬件调试； 5. 编写完整的实验程序，进行整机调试； 6. 学习撰写设计说明书。三．设计任务及要求设计并实现基于 Modbus 协议的数据采集系统。系统具有以下基本功能： 1．利用 PCF8591 转换模块实现对外部数据的采集； 2．使用 Modbus 通讯协议实现单片机与上位机的通讯； 3. 通过组态王软件实现数据的实时显示。四．设计时间及进度安排设计时间共三周（2014.3.3～2014.3.23）,具体安排如下表：周安排设计内容第一周 1. 掌握 SST89E516RD 单片机体系结构； 2. 设计采样电路和调试，并应用 Protel 画出其电路原理图。第二周 1. 学习 Modbus 通信协议和组态王； 2. 编写实验程序。第三周 1. 整机调试； 2. 撰写综合设计报告； 3. 答辩。五．指导教师评语及学生成绩指导教师评语: 设计时间 2014.3.3～ 2014.3.9 2014.310～ 2014.3.16 2014.3.17～ 2014.3.23 成绩指导教师(签字): 年月日 - I -

基于 Modbus 协议的数据采集系统目录专业综合设计任务书摘要第 1 章概述 I III 1 第 2 章方案选取第 3 章硬件电路设计 2 2.1 通信方式选择 ···························································································· 2 2.2 PCF8591 的选择 ··························································································2 3 3.1 设计流程图 ································································································3 3.2 RS485 通信电路图 ·······················································································3 3.3 单片机最小系统 ··························································································4 5 4.1 SST89E516RD 单片机 ·················································································· 5 4.1.1 储存器·······························································································5 4.1.2 定时器·······························································································6 4.1.3 端口输入/输出····················································································· 6 7 第 4 章主要元器件的介绍第 5 章系统电源第 6 章软件设计 9 6.1 编程软件 ·································································································· 9 6.2 编程语言的介绍 ······················································································· 10 6.3 组态王软件 ······························································································11 15 结论参考文献附录 1 电路原理图附录 2 程序 16 17 19 - II -

吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书摘要此次专业综合设计采用 89E516RD 单片机、ADM2582 隔离型 RS-485 收发器，利用 SIPEX SP3223EEY 芯片 RS232 转换器构成的系统，89E516RD 单片机作为下位机，应用组态王 6.55 软件编制的上位机监控程序，应用单片机内部集成 A/D 转换器完成对实时电位器电阻模拟量的采集和处理，而组态王用于对下位机参数读写、显示、报警等，从而实现了一套完整可靠的电阻采集监控系统。上位机和下位机通过 Modbus 通讯协议来进行数据的采集。该系统具有使用方便、测量精确、稳定性高、可性强等优点，可以在很多领域应用，如温度、液位、压力等物理量的采集和监控。关键字：89E516RD，MAX232，PCF8591,组态王 6.52，Modbus 协议 - III -

吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书第 1 章概述计算机网络、通信与控制技术的发展，导致自动化系统的深刻变革。随着微处理器与计算机功能的不断增强，价格急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。而处于企业生产过程底层的测控自动化系统，由于设备之间采用传统的一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自成体系的封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间信息变换，使自动化系统成为“信息孤岛”。随着现代工业的发展，对工业设备的控制逐步从单一独立系统向集散控制监控系统发展，因此，我们设计了基于 Modbus 协议实现下位机对电压信号的采集和组态王通信的智能工业控制器监控系统，它的数据通信系统由数据的发送设备、接收设备、作为传输介质的总线、通信协议组成。本设计虽然是简单的用单片机内部集成 A/D 转换器进行电压采样，但是利用此原理，并将设计稍加改动，就会演变成很多工业自动化监控系统，例如对温度、压力、液位等工业现场参数的精确控制，并且可以利用上位组态软件实现现场参数的读写、显示、越限报警等实现了一个完整的工业监控系统。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，将对该领域的技术发展产生重要影响，而本设计所运用的 Modbus 协议更是现场总线中应用较为广泛的一种总线技术。 - 1 -

基于 Modbus 协议的数据采集系统第 2 章方案选取 2.1 通信方式选择用通信方式来看，有两种总线方式即：RS232 总线和 RS485 总线。方案一：采用采用 RS232 串行总线方式，它是外部串行总线，通常我们用 9 针线接口进行通信，实际上只用到 TXD、RXD、GND 三根线，单端传输方式，最大传输距离是 15 米，最大传输速度 20Kbit/s，具有串行传输只需要一根传输线即可，在成本上可以有一定的节约。但是典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端的驱动器输出正电平在 +5～+15V，负电平在-5～-15V 之间。当没有数据传输时，线上未 TTL,从开始传输数据到结束，线上电平从 TTL 电平到 RS-232 电平再返回 TTL 电平。接收器典型的正工作电平再+3～+12V，负电平在-3～-12V。由于发送电平和接收电平的差仅为 2V 到 3V，所以共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为 15M，最高速率为 20Kbit/s。由于 RS-232 用于一对收发设备通讯，所以它只适合本地设备之间的通讯。方案二：采用 RS485 串行总线方式，它也是外部串行总线，RS-485 可以采用二线与四线方式，二线制可以真正实现多点双向通讯。而在采用四线连接时，只能实现点对多的通信，也就是只有一个主设备，其他全为从设备。它的特点是输入为差分输入方式，最大传输距离为 1200 米，最大传输速率为 10Mbit/s，其优点是在 RS232 基础上其抗干扰能力极强，同一根电缆线的数据传输可以不受其他线路的干扰，还具有总线收发器灵敏度很高，能检测很低的电压（200mV），在远距离传输时也能使信号得以恢复。RS-485 的接口信号电平较 RS-232 低，不易是接口电路的芯片受到损坏。由于 RS-485 的种种优点，使它成为众多工程师的首选串行接口。所以基于 RS-485 的优点，本设计也采用方案二作为通信方式。 2.2 PCF8591 的选择 PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS 数据获取器件。PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 I²C 总线接口。PCF8591 的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 I²C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I²C 总线以串行的方式进行传输。 PCF8591 的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit 模数转换和 8-bit 数模转换。PCF8591 的最大转化速率由 I²C 总线的最大速率决定。 - 2 -

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