【導讀(du)】：将Modbus通訊(xun)協議移(yi)植到金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計 ，使得(de)檢測儀(yi)表更具(ju)智能化(hua)和網絡(luo)化，同時(shi)爲實現(xian)數字化(hua)組網提(ti)供了可(ke)行接口(kou)。經過調(diao)試表明(ming)移植後(hou)的♊Modbus通訊(xun)協議可(ke)以實現(xian)基本功(gong)能，取得(de)了預期(qi)的效果(guo)。
摘要：随(sui)着通信(xin)技術、集(ji)成電路(lu)技術的(de)發展，傳(chuan)統的現(xian)場檢測(ce)💁儀器的(de)智能化(hua)和數字(zi)化程度(du)在逐漸(jian)提升。現(xian)🔆場總😄線(xian)作爲開(kai)♻️放化、數(shu)字化、多(duo)點通訊(xun)的底層(ceng)✨控制網(wang)絡，成爲(wei)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼了近代(dai)工業控(kong)制系統(tong)的熱門(men)研究🌈項(xiang)目。将Modbus通(tong)訊協議(yi)移植到(dao)金屬管(guan)浮子流(liu)量計，使(shi)得檢測(ce)儀表更(geng)具智能(neng)化和🏃‍♀️網(wang)絡化，同(tong)時🔴爲實(shi)現數字(zi)化組網(wang)提供了(le)可行接(jie)口。經過(guo)調試表(biao)明移植(zhi)後的Modbus通(tong)訊協議(yi)可以實(shi)現基本(ben)功能，取(qu)得了預(yu)期的效(xiao)果。
　　浮子(zi)流量計(ji) 是一種(zhong)經典的(de)變面積(ji)式流量(liang)計，具有(you)結構簡(jian)單、直觀(guan)、壓損小(xiao)、測量範(fan)圍大、運(yun)行可靠(kao)、可測中(zhong)小流量(liang)及低雷(lei)諾數流(liu)量、維護(hu)方便🌏、壽(shou)命長，對(dui)儀表前(qian)後直管(guan)段長度(du)要求不(bu)㊙️高等優(you)點。金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)可以适(shi)應高溫(wen)、高壓、強(qiang)腐蝕、劇(ju)毒等多(duo)種苛刻(ke)環境，較(jiao)少🈲的可(ke)動部件(jian)、便于維(wei)護，解決(jue)了生産(chan)中的許(xu)多難題(ti)✂️。基于Modbus協(xie)議的金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)😄計，通過(guo)選擇低(di)🌈功耗的(de)微處理(li)器和通(tong)訊芯片(pian)，将具有(you)開放協(xie)議的Modbus協(xie)議移植(zhi)到傳統(tong)的金屬(shu)♈管浮子(zi)流量計(ji)中，使得(de)儀表具(ju)有現場(chang)總線組(zu)網功能(neng)。
1.金屬管(guan)浮子流(liu)量計整(zheng)體結構(gou)設計
　　圖(tu)1是金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)整體結(jie)構圖。流(liu)量測量(liang)過程可(ke)概括爲(wei)：磁阻傳(chuan)感器将(jiang)浮子位(wei)移信号(hao)轉化爲(wei)電信♋号(hao)送😘給信(xin)❗号處理(li)電路，經(jing)過信号(hao)處理電(dian)路進行(hang)放大濾(lü)波後再(zai)經由AD采(cai)樣模塊(kuai)采樣，非(fei)常後送(song)給微處(chu)理器處(chu)理，微處(chu)⚽理器經(jing)過一系(xi)列處理(li)後得到(dao)當前流(liu)量信息(xi)，送給液(ye)晶模塊(kuai)顯示或(huo)者通過(guo)Modbus模塊🌈将(jiang)信号遠(yuan)傳給其(qi)他設備(bei)使用。

2.Modbus模塊(kuai)硬件電(dian)路設計(ji)
　　Modbus通信協(xie)議有兩(liang)種串行(hang)傳輸模(mo)式：ASCII模式(shi)和RTU（遠程(cheng)終端單(dan)元）模式(shi)，與這兩(liang)種模式(shi)對應的(de)幀格式(shi)是ASCII幀格(ge)式和RTU幀(zhen)格式。本(ben)文采用(yong)RTU幀格式(shi)，其數據(ju)幀格式(shi)爲如表(biao)1所示。
　　一(yi)次發送(song)的數據(ju)幀必須(xu)是作爲(wei)一個連(lian)續的數(shu)據❗流進(jin)行傳輸(shu)。Modbus的RTU模式(shi)規定不(bu)同數據(ju)幀之間(jian)的間隔(ge)是3．5個字(zi)節通信(xin)時間💃🏻以(yi)上（即起(qi)始位和(he)結束符(fu)T1－T2－T3－T4）。
　　CRC校驗是(shi)爲了防(fang)止傳送(song)過程中(zhong)傳輸錯(cuo)誤，将自(zi)己計算(suan)的校驗(yan)碼與接(jie)收的校(xiao)驗碼進(jin)行對比(bi)，相同則(ze)确認接(jie)收正确(que)繼續解(jie)析報文(wen)，否則接(jie)收到的(de)是誤碼(ma)并停止(zhi)解析報(bao)文。
　　Modbus通訊(xun)模塊硬(ying)件電路(lu)比較簡(jian)單，采用(yong)MAXIM（美信）公(gong)司的Max3072芯(xin)✌️片将數(shu)💋字信🔞号(hao)轉換爲(wei)差壓信(xin)号傳輸(shu)，圖2爲Modbus通(tong)訊模塊(kuai)硬件設(she)計圖，通(tong)過USART與CPU進(jin)行數據(ju)交互。

　　Modbus模(mo)塊通過(guo)兩根串(chuan)口線RX＿485和(he)TX＿485與CPU相連(lian)，經過MAX3072後(hou)轉化爲(wei)差壓信(xin)号在485總(zong)線上傳(chuan)輸，差壓(ya)信号幅(fu)值在200mV左(zuo)右。
3.Modbus模塊(kuai)軟件設(she)計
　　Modbus通訊(xun)模塊功(gong)能是實(shi)現流量(liang)儀表與(yu)主機或(huo)其他設(she)備的數(shu)據交互(hu)，儀表Modbus模(mo)塊的信(xin)号是通(tong)過RS485總線(xian)進行傳(chuan)輸，其狀(zhuang)态轉換(huan)圖如圖(tu)🔴3所示。程(cheng)序初始(shi)化結束(shu)後💔，首先(xian)進入初(chu)始狀态(tai)。由于Modbus協(xie)議規定(ding)兩次幀(zhen)數據傳(chuan)輸的時(shi)間間隔(ge)不能小(xiao)于30μs，因此(ci)在進入(ru)初💰始狀(zhuang)态後☀️會(hui)開啓定(ding)時器，30μs以(yi)後進入(ru)就緒狀(zhuang)态。有😄數(shu)據傳輸(shu)時♊，進入(ru)接收狀(zhuang)态👉，幀數(shu)據接收(shou)完成後(hou)進入幀(zhen)解析封(feng)裝狀态(tai)，若♻️接收(shou)數據出(chu)錯則進(jin)入錯誤(wu)狀态，封(feng)裝後再(zai)💘進入發(fa)送狀态(tai)，若數據(ju)正确則(ze)直接完(wan)成封裝(zhuang)進入發(fa)送狀态(tai)，數據發(fa)送完成(cheng)後則再(zai)次進入(ru)初始狀(zhuang)态。Modbus模塊(kuai)軟件設(she)計流程(cheng)圖如圖(tu)4所示。
4.系(xi)統調試(shi)
　　Modbus通訊模(mo)塊驗證(zheng)實驗的(de)目的是(shi)驗證流(liu)量儀表(biao)能否👅通(tong)過💰485總線(xian)實現流(liu)量信息(xi)與控制(zhi)台的信(xin)息交互(hu)。本文應(ying)用Modbus調試(shi)助手軟(ruan)件模拟(ni)控制台(tai)與Modbus模塊(kuai)進行通(tong)信，驗證(zheng)儀表Modbus模(mo)塊能否(fou)實現正(zheng)常通訊(xun)。圖5是Modbus模(mo)塊與控(kong)制台通(tong)信的電(dian)路連接(jie)圖。
　　爲驗(yan)證Modbus模塊(kuai)通訊的(de)正确性(xing)，本文通(tong)過Modbus調試(shi)助手往(wang)Modbus模塊下(xia)發數據(ju)，若能返(fan)回正确(que)數據，則(ze)證明通(tong)訊成☔功(gong)。圖6爲通(tong)過Modbus調🔞試(shi)助🌏手與(yu)Modbus模塊通(tong)訊圖。以(yi)03（0x03）命令爲(wei)例進行(hang)調🎯試的(de)測試結(jie)果圖，03命(ming)令的功(gong)能📐是讀(du)取特定(ding)寄存器(qi)的㊙️值。串(chuan)口調試(shi)助手下(xia)發的數(shu)據爲“010300000001840A”，其(qi)中01爲設(she)備地址(zhi)，03爲命令(ling)碼，0000爲起(qi)始地址(zhi)，0001爲寄存(cun)器數量(liang)，840A爲CRC校驗(yan)碼。Modbus回發(fa)數據爲(wei)“0103020810BE48”，其中01爲(wei)設備地(di)址，03爲命(ming)令碼，02爲(wei)字節數(shu)，0810爲寄存(cun)的值，BE48爲(wei)CRC校驗碼(ma)。測試結(jie)果表明(ming)，Modbus模塊能(neng)正常工(gong)作。
5結束(shu)語
　　選擇(ze)低功耗(hao)的微處(chu)理器和(he)通訊芯(xin)片，将具(ju)有開放(fang)協議的(de)🛀Modbus協議移(yi)植到傳(chuan)統的金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計中，實(shi)現了硬(ying)件平💰台(tai)設計和(he)軟件平(ping)台設計(ji)，調試結(jie)果表明(ming)，移植後(hou)的Modbus協議(yi)能夠與(yu)控制台(tai)實現實(shi)時通信(xin)，使得儀(yi)表具有(you)現場🛀總(zong)線組網(wang)🌈功能。

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