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基于ModBus通讯协议智能模块实现及应用

时间：2009-04-04 21:44:17

关键字：智能模块 MODBUS通讯协议 BSP RS

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[导读]介绍了基于ModBus通讯协议的智能模块的硬件和软件设计。由于实现了通用的ModBus通讯接口及有效的保护措施，模块具有安全可靠、功能完善、操作简便、性能价格比高等优点，并成功应用于智能通风系统，实现了通风系统的智能化和集中管理，取得了较好的经济效益。

ModBus通讯协议是由美国的ModBus公司推出的开放式现场总线通信协议，其功能完善、使用简单、协议开放，得到众多仪器厂商的支持，正在成为仪表及智能终端的工业标准。目前大多数智能仪表己利用该协议向用户提供通信接口。它已经成为一种通用工业标准。不同厂商生产的控制设备可以通过它连成工业网络，集中监控。
文中介绍了基于ModBus通讯协议的智能模块的组成，实现了智能模块硬件及软件设计，并成功将其应用于智能通风系统。

1 智能模块硬件设计
智能模块采用PICl8F458单片机控制，由电源电路、复位电路、LCD／LED显示电路、RS一485接口电路、运行参数保存电路(EEPROM：Electrically Erasable Programmable Read—Only Mem—ory，EEPROM)等组成，由于PICl8F458单片机内部包含有ll位的A／D转换，所以大大简化了电路的设计。智能模块的通讯接口电路，如图1所示。

    模块通讯利用PICl8F458内部异步收发器模块，并经过高速光电耦合器隔离(6N137)及RS一485驱动电路(65176)后连接到RS一485网络。必须注意，光耦部分电路所采用的两个电源VCC和5V一2必须完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义。
    RS一485通讯电路采用了两级防护。G301、G302、G303为陶瓷放电管；R311、R312为自恢复保险丝。TVS1、TVS2为TVS管，选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压，可以6．8~10 V之间选择。
    当雷击发生时，感应过电压由两端引入，G302与G303进行共模防护，G301进行差模防护，此时过电压被削弱到约500 V左右，再经过R311、R312限流，TVSl、TVS2二次限压后，到收发器的电压被箝制在6．8 V左右，从而实现对RS一485驱动电路的保护。

2 智能模块软件设计
智能模块软件采用C18编程，模块主程序主要包括初始化程序、ModBus通讯协议实现程序，独立测控模式程序和联机测控模式程序4大部分，如图2所示。

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初始化程序主要完成各端口的初始化、ModB—us通讯协议初始化。其中ModBus通讯协议初始化包括波特率、通讯位数、奇偶校验等参数设置。
ModBus通讯协议程序主要实现ModBus通讯协议的相关功能，本设计中实现了以下功能，如表1所示。

独立测控模式主要实现前端测控模块独立运行。当测控模块工作于此模式时，根据EEPROM中保存的系统运行参数进行测控。
联机测控模式除了完成独立测控模式各项功能以外，还能与上位监控计算机进行实时通信，完成各参数的远程设定、各执行装置的手动远程控制、将采集的数据上传等工作。

3 应用
该智能模块已成功应用于多机房智能通风系统。系统合理利用机房室内外的温差形成冷热空气交换，通过主动进风被动排风技术，依靠室内正压环境来保持室内清洁度。在保持机房内良好工作环境，确保内部设备正常运行前提下，采用最优化的通风控制和空调控制流程，有效减少空调的工作时间和启动次数，从而达到节约用电和保护空调的目的。系统组成，如图3所示。

    触摸屏选用Hitech公司的PWS6600S触摸屏。PWS6600S触摸屏本身支持Modbus通信协议，PWS6600S触摸屏支持RS一232和RS一485两种通信接口。在工业控制领域，由于RS一485具有可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强等优点，所以在本系统中触摸屏与前端测控模块通信采用RS一485连接，通信参数可以根据要求进行配置。
    智能模块既可作为系统的一个组成部分，与主机(触摸屏)实时通信，实现运行参数的设置，手动远程控制，将采集的数据上传等工作。它也可以独立工作，即在触摸屏因故停止工作的情况下，前端测控模块仍可以正常运行，从而在不增加设备投入的情况下实现了系统的冗余，提高了系统的可靠性。
    系统中的主机(触摸屏)主要完成人机对话和系统管理功能。可实现系统运行参数的设置和修改，如图4所示；以及实际温度(室内／室外)实时显示，如图5所示；并可对执行机构进行手动远程控制。

4 结束语
将检测技术和ModBus通讯技术应用于智能模块设计，提高了模块的可靠性和通用性，可以满足一般测控系统的要求，而且它的成本低、体积小。本智能模块成功开发以来，已先后在多个机房通风系统中应用，系统稳定可靠，经济效益十分明显。同时，因其操作简单、控制准确、精确高等特点，受到用户的好评。