【導(dǎo)讀】：将Modbus通(tōng)訊協議(yi)移植到(dào)金屬管(guǎn)浮子流(liú)量計 ，使(shi)得檢測(ce)儀表更(gèng)具智能(neng)化和網(wǎng)絡化，同(tóng)時爲實(shí)現🔴數字(zi)化組♍網(wǎng)提供了(le)可行接(jie)口。經過(guò)調試表(biǎo)明移植(zhi)後的Modbus通(tōng)訊協議(yì)可以實(shí)現基本(ben)功能，取(qu)得了預(yù)期的💁效(xiao)果。
摘要(yào)：随着通(tong)信技術(shù)、集成電(dian)路技術(shù)的發展(zhan)，傳統的(de)現🥵場檢(jian)測😄儀器(qì)的智能(neng)化和數(shu)字化程(chéng)度在逐(zhu)漸提升(sheng)。現場總(zǒng)線作爲(wèi)開🌈放化(huà)、數字化(huà)、多點通(tong)訊的底(dǐ)層控制(zhi)網🐕絡，成(chéng)爲了近(jin)代工業(ye)控制系(xì)統的熱(re)門研究(jiū)項目。将(jiang)Modbus通😍訊協(xie)議移🏃‍♀️植(zhi)到金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計(ji)，使得🍓檢(jiǎn)測儀表(biao)更具智(zhì)能化和(he)✂️網絡化(huà)，同時🏃‍♀️爲(wei)實現數(shù)字化組(zu)網提供(gong)了可行(hang)接口。經(jing)過調試(shì)表明移(yí)植後的(de)✔️Modbus通訊協(xie)議☂️可以(yǐ)實現基(jī)本功能(néng)，取得了(le)預期的(de)效果。
　　浮(fú)子流量(liàng)計 是一(yi)種經典(diǎn)的變面(mian)積式流(liu)量計，具(ju)有結構(gòu)簡單、直(zhi)💃觀、壓損(sun)小、測量(liang)範圍大(da)、運行可(ke)靠、可測(ce)中小流(liú)量及低(dī)雷諾數(shu)流量、維(wéi)護方便(bian)、壽命長(zhang)，對儀表(biao)前後直(zhi)管段長(zhang)度要求(qiu)不高等(deng)優點。金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計可以(yǐ)适應高(gao)溫、高壓(yā)、強腐蝕(shi)、劇毒等(děng)💋多種苛(ke)刻🌈環境(jìng)，較少的(de)可動部(bù)件、便于(yú)維護，解(jie)決了生(shēng)産中的(de)許多難(nan)題。基于(yu)Modbus協議的(de)金屬管(guǎn)浮子流(liu)量計，通(tong)過選擇(ze)低功耗(hao)的微處(chu)理器和(hé)通訊芯(xin)片，将具(ju)有開放(fàng)協議的(de)Modbus協議移(yi)植到傳(chuán)統的金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計中，使(shi)得儀表(biǎo)具有現(xiàn)場總線(xiàn)組網功(gong)能。
1.金屬(shu)管浮子(zǐ)流量計(ji)整體結(jie)構設計(jì)
　　圖1是金(jin)屬管浮(fú)子流量(liang)計整體(tǐ)結構圖(tú)。流量測(ce)量過程(cheng)可概括(kuo)🔞爲☔：磁阻(zu)傳感器(qì)将浮子(zǐ)位移信(xin)号轉化(hua)爲電信(xìn)号送給(gei)信号處(chù)理電路(lù)，經過信(xin)号處理(li)電路進(jin)行放大(da)濾波後(hòu)再經由(you)AD采樣模(mo)塊采樣(yàng)🏃🏻‍♂️，非常後(hou)送給微(wēi)處理器(qi)處理，微(wei)處理器(qi)經過一(yi)系列處(chù)理後得(de)到😍當前(qián)流量信(xìn)息，送給(gei)液晶模(mo)塊顯示(shì)或者通(tōng)過Modbus模塊(kuài)将信号(hào)遠傳給(gěi)其他設(she)備使用(yòng)。

2.Modbus模(mo)塊硬件(jiàn)電路設(shè)計
　　Modbus通信(xin)協議有(yǒu)兩種串(chuan)行傳輸(shu)模式：ASCII模(mó)式和RTU（遠(yuan)程終端(duān)單㊙️元）模(mo)式，與這(zhè)兩種模(mó)式對應(ying)的幀格(gé)式是ASCII幀(zhēn)格式和(he)RTU幀格式(shì)。本文采(cai)用👅RTU幀格(ge)式，其數(shù)據幀格(gé)式爲如(ru)表1所示(shì)。
　　一次發(fa)送的數(shu)據幀必(bì)須是作(zuo)爲一個(ge)連續的(de)數據流(liu)進行傳(chuán)輸👉。Modbus的RTU模(mó)式規定(dìng)不同數(shù)據幀之(zhi)間的間(jian)隔是3．5個(gè)字節通(tōng)信時間(jiān)以上（即(jí)起始位(wei)和結束(shu)符T1－T2－T3－T4）。
　　CRC校驗(yàn)是爲了(le)防止傳(chuán)送過程(chéng)中傳輸(shū)錯誤，将(jiāng)自己計(ji)算的校(xiao)驗碼與(yǔ)接收的(de)校驗碼(mǎ)進行對(duì)比，相同(tóng)則确認(rèn)接收正(zhèng)确繼續(xu)解析報(bào)文，否則(ze)接收到(dao)的是誤(wu)碼并停(ting)止解析(xī)報文。
　　Modbus通(tong)訊模塊(kuài)硬件電(dian)路比較(jiào)簡單，采(cai)用MAXIM（美信(xìn)）公司的(de)Max3072芯👄片将(jiang)數㊙️字信(xin)号轉換(huan)爲差壓(yā)信号傳(chuán)輸，圖2爲(wei)Modbus通訊模(mó)塊硬件(jiàn)設計圖(tu)💋，通過USART與(yu)CPU進行數(shu)據交互(hù)。

　　Modbus模塊通(tong)過兩根(gēn)串口線(xian)RX＿485和TX＿485與CPU相(xiàng)連，經過(guò)MAX3072後轉化(huà)爲差壓(ya)信号在(zai)485總線上(shang)傳輸，差(chà)壓信号(hao)幅值在(zai)200mV左右。
3.Modbus模(mó)塊軟件(jiàn)設計
　　Modbus通(tōng)訊模塊(kuai)功能是(shi)實現流(liu)量儀表(biao)與主機(jī)或其他(ta)設備的(de)數據交(jiao)互，儀表(biǎo)Modbus模塊的(de)信号是(shì)通過RS485總(zǒng)線進行(hang)傳輸，其(qí)狀态轉(zhuan)換圖🆚如(ru)圖3所示(shì)。程序初(chū)始化結(jié)束後，首(shǒu)先進入(rù)初始狀(zhuang)态。由于(yú)Modbus協議規(guī)定兩次(cì)幀數據(jù)傳輸的(de)時間間(jian)隔不能(néng)小于30μs，因(yīn)此在進(jin)入初始(shǐ)狀态後(hòu)會開啓(qi)定時器(qì)，30μs以後進(jìn)入就緒(xu)狀态。有(yǒu)數據傳(chuán)輸時✏️，進(jìn)入接收(shou)狀态，幀(zhēn)數據接(jiē)收完成(cheng)後進入(rù)幀解析(xī)封裝狀(zhuàng)态，若接(jie)收數據(ju)出錯則(ze)進入錯(cuò)🤩誤狀态(tài)，封裝後(hòu)再進入(rù)發送狀(zhuang)态，若數(shù)據正确(què)則直接(jiē)完成封(fēng)裝進入(ru)發送狀(zhuàng)态，數據(jù)發送完(wán)成後則(zé)再次進(jìn)入初始(shi)狀态。Modbus模(mo)塊軟件(jian)設計流(liu)程圖如(ru)圖4所示(shì)。
4.系統調(diào)試
　　Modbus通訊(xun)模塊驗(yan)證實驗(yan)的目的(de)是驗證(zhèng)流量儀(yi)表能否(fou)通過485總(zǒng)線實現(xian)流量信(xìn)息與控(kong)制台的(de)信息交(jiao)互。本文(wen)應用Modbus調(diao)試助手(shou)軟件模(mo)拟控制(zhì)台與Modbus模(mo)塊進行(hang)通信，驗(yàn)證儀表(biǎo)Modbus模塊能(neng)否實現(xiàn)正常通(tōng)訊。圖5是(shì)Modbus模塊與(yu)控制台(tai)通信的(de)電路連(lian)接圖。
　　爲(wei)驗證Modbus模(mo)塊通訊(xun)的正确(què)性，本文(wen)通過Modbus調(diao)試助手(shǒu)往Modbus模塊(kuài)下發數(shu)🤞據，若能(neng)返回正(zheng)确數據(ju)，則證明(míng)通訊成(cheng)功。圖6爲(wèi)通過Modbus調(diào)試助手(shǒu)與Modbus模塊(kuài)通訊圖(tú)。以03（0x03）命令(lìng)爲例進(jìn)行調試(shi)的測💯試(shì)結果圖(tú)，03命令的(de)功能是(shi)讀取特(te)定寄存(cún)器的值(zhí)。串口調(diào)🎯試助手(shou)下發的(de)數據爲(wèi)“010300000001840A”，其中01爲(wei)㊙️設備地(di)址，03爲命(ming)令碼，0000爲(wei)起始地(dì)址，0001爲寄(jì)存器數(shù)量，840A爲✔️CRC校(xiao)驗碼。Modbus回(huí)發數據(ju)爲“0103020810BE48”，其中(zhong)01爲設備(bei)地址，03爲(wei)命令㊙️碼(mǎ)，02爲字節(jiē)數，0810爲寄(jì)存的🌈值(zhí)，BE48爲CRC校驗(yàn)碼。測試(shi)💃🏻結果表(biǎo)明，Modbus模塊(kuai)能正常(chang)工作。
5結(jie)束語
　　選(xuan)擇低功(gōng)耗的微(wei)處理器(qi)和通訊(xun)芯片，将(jiang)具有開(kāi)放協議(yi)的Modbus協議(yì)移植到(dao)傳統的(de)金屬管(guan)浮子流(liú)量計中(zhong)，實現🏃🏻‍♂️了(le)硬件平(ping)台設計(ji)和♉軟件(jian)平台設(she)計，調試(shi)結果表(biǎo)明，移植(zhí)後的Modbus協(xié)議能夠(gòu)與控制(zhì)台實現(xiàn)實時通(tōng)信☔，使得(dé)儀表🛀🏻具(jù)有現場(chang)總線組(zǔ)網🏃🏻功能(néng)。

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