ModBus協(xié)議在工業(yè)控制系統中的應用

三、系統設計

　　本文所設計的系統是一個(gè)基于modbus的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )，它主要由實(shí)現現場(chǎng)控制功能的智能控制儀表、實(shí)現對智能控制儀表在線(xiàn)配置與監控功能的主機兩部分組成。作為從機的現場(chǎng)智能控制儀表主要任務(wù)有：實(shí)現現場(chǎng)溫度采集、輸出控制、顯示、系統配置以及響應主機激勵;主機的主要任務(wù)是在線(xiàn)配置從機、監控從機從而得到相應從機的狀態(tài)、歷史溫度數據分析;兩者之間的通訊是基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的。

　　3.1 系統的硬件設計

　　系統主要由通訊電路（輸入）、數據采集、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模塊轉換為相應的數字量，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此路的溫度設定值進(jìn)行比較，然后根據結果調用合適的控制算法，并通過(guò)控制相應的繼電器的占空比實(shí)現對溫度的調節。

　　考慮到系統實(shí)際應用，在硬件設計方面，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，其強大的片內資源，只需添加少量的外圍器件即可實(shí)現系統的要求。溫度測量利用Pt（100Ω）熱敏電阻，測量的模擬信號經(jīng)A/D模塊轉換后送入微處理進(jìn)行處理。模數轉換器選用凌特公司（Linear Technology）推出的20位無(wú)延遲模數轉換器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(mǎn)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，只介紹本系統通信部分的電路原理。由于標準的ModBus物理層采用了RS-232串行通信標準，在PC機上模擬MODBUS通信通過(guò)使用RS-485插卡或者RS-232/ RS-485轉換模塊，實(shí)現多點(diǎn)通信，這里選用的是RS-232/RS-485轉換模塊。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)行電平轉換后，分別與PC機的數據接收端口RXD和數據發(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)出的數據信號經(jīng)過(guò)MAX232芯片轉換后，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)議規定，PC機串行口的第二引腳為數據輸入端，這樣，發(fā)出的數據就可被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(lái)的數據，作為RS232電平的信號輸入到MAX232芯片的第13引腳，經(jīng)過(guò)MAX232芯片進(jìn)行電平轉換后變?yōu)門(mén)TL電平，再由MAX232的12引腳輸出到SM5964串行口的接收端口RXD。從而完成數據的雙向傳輸。

　　在設計中，使用了兩個(gè)發(fā)光二極管D7和D8監視通信的工作狀態(tài)。