【導讀】：将Modbus通(tōng)訊協議移(yi)植到金屬(shu)管浮子流(liú)量計 ，使得(dé)檢測儀表(biao)更具智能(neng)化和網絡(luo)化，同時爲(wei)實現數字(zi)化組網🥵提(tí)供了可行(hang)接口。經過(guo)調試表明(míng)移植後的(de)Modbus通訊協議(yì)可以實現(xian)🌈基本功能(néng)，取得了預(yù)期的效果(guo)。
摘要：随着(zhe)通信技術(shu)、集成電路(lu)技術的發(fā)展，傳統的(de)現🔅場檢測(ce)儀❓器的智(zhì)能化和數(shu)字化程度(du)在逐漸提(ti)升。現場總(zong)💔線作爲開(kāi)放化💯、數字(zi)化、多點通(tōng)訊的底層(ceng)控制網絡(luò)，成爲了近(jin)代工業控(kong)制系統的(de)熱門研究(jiu)項目。将Modbus通(tong)訊協議移(yi)植到金屬(shǔ)管浮子流(liu)量計，使得(de)☁️檢測儀表(biao)更具智能(neng)化和網絡(luò)化，同時爲(wèi)實現數字(zi)化組網提(ti)供了可行(hang)接口。經過(guo)🔴調試表明(ming)移植後的(de)Modbus通訊協議(yì)可以實現(xiàn)基本功能(néng)，取得了預(yù)期的效果(guǒ)。
　　浮子流量(liàng)計 是一種(zhǒng)經典的變(biàn)面積式流(liú)量計，具有(you)結構簡單(dan)、直🛀觀、壓損(sǔn)小、測量範(fan)圍大、運行(hang)可靠、可測(cè)中小流量(liang)及低雷諾(nuò)數🙇🏻流量、維(wéi)護方便、壽(shou)命長，對儀(yí)表前後直(zhi)管段長度(dù)要求不高(gāo)等優點。金(jīn)屬📱管浮子(zǐ)❌流量計可(ke)以适應高(gao)溫、高壓、強(qiang)腐蝕、劇毒(dú)等多種苛(kē)刻環境，較(jiao)少的可動(dòng)部件、便于(yu)維護，解♊決(jué)了生産中(zhong)的許多難(nan)題。基于Modbus協(xié)議的金屬(shu)管浮子流(liú)量計，通過(guò)選擇低功(gōng)耗的微處(chu)理器和通(tōng)訊芯片☎️，将(jiang)具有開💘放(fàng)協議的Modbus協(xié)議移植到(dao)傳統的金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計中(zhong)，使得儀表(biao)具有現場(chǎng)總線組網(wǎng)功能。
1.金屬(shǔ)管浮子流(liú)量計整體(tǐ)結構設計(ji)
　　圖1是金屬(shǔ)管浮子流(liu)量計整體(tǐ)結構圖。流(liu)量測量過(guò)📧程可概括(kuo)爲：磁阻傳(chuan)感器将浮(fu)子位移信(xìn)号轉化爲(wei)電信号送(song)👉給信号處(chu)理電路，經(jing)過信号處(chù)理電路進(jin)行放大濾(lǜ)波後再經(jīng)由AD采樣模(mó)⭐塊采樣，非(fēi)常後送給(gěi)微處理器(qi)處理，微處(chu)☔理器經過(guò)一系列處(chù)理後得到(dào)🔴當前流量(liàng)信息，送給(gei)液晶模塊(kuài)顯示或者(zhe)通過Modbus模塊(kuài)🏒将信号遠(yuǎn)傳給其他(tā)設備使用(yòng)。

2.Modbus模塊(kuai)硬件電路(lù)設計
　　Modbus通信(xin)協議有兩(liǎng)種串行傳(chuán)輸模式：ASCII模(mo)式和RTU（遠程(chéng)終端單元(yuán)）模式，與這(zhe)兩種模式(shi)對應的幀(zhēn)格式是ASCII幀(zhēn)格式和RTU幀(zhēn)♊格式。本文(wén)采用RTU幀格(ge)式，其數據(jù)幀格式爲(wei)如表1所示(shi)。
　　一次發送(song)的數據幀(zhen)必須是作(zuo)爲一個連(lian)續的數據(jù)✊流進📱行🏃🏻傳(chuan)輸。Modbus的RTU模式(shì)規定不同(tóng)數據幀之(zhī)間的間隔(gé)是3．5個字節(jiē)🐪通信時間(jian)以上（即起(qǐ)始位和結(jie)束符T1－T2－T3－T4）。
　　CRC校驗(yan)是爲了防(fang)止傳送過(guo)程中傳輸(shu)錯誤，将自(zì)己計算的(de)校驗碼✂️與(yǔ)接收的校(xiào)驗碼進行(hang)對比，相同(tóng)則确✂️認接(jiē)✍️收正确繼(ji)續解💜析報(bào)☔文，否則接(jiē)收到的是(shi)誤碼并停(ting)止解析報(bao)🈲文。
　　Modbus通訊模(mó)塊硬件電(diàn)路比較簡(jiǎn)單，采用MAXIM（美(měi)信）公司的(de)Max3072芯片将數(shù)😄字💯信号轉(zhuan)換爲差壓(yā)信号傳輸(shū)，圖2爲Modbus通訊(xùn)模塊硬件(jian)設計圖🌂，通(tong)過USART與CPU進⭐行(háng)數據交互(hù)。

　　Modbus模塊通過(guò)兩根串口(kou)線RX＿485和TX＿485與CPU相(xiàng)連，經過MAX3072後(hou)轉化爲差(chà)🏃‍♂️壓信❗号❌在(zài)485總線上傳(chuan)輸，差壓信(xìn)号幅值在(zai)200mV左右。
3.Modbus模塊(kuai)軟件設計(jì)
　　Modbus通訊模塊(kuài)功能是實(shi)現流量儀(yi)表與主機(jī)或其他設(she)備的數💃🏻據(jù)🔞交互，儀表(biǎo)Modbus模塊的信(xìn)号是通過(guò)RS485總線進行(hang)傳輸，其狀(zhuàng)态轉換圖(tu)如圖3所示(shi)。程序初始(shi)化結束後(hou)，首先進入(ru)初始狀态(tài)。由于Modbus協議(yì)規定兩💁次(cì)幀數據傳(chuán)輸的時間(jiān)間隔不能(neng)🈲小于30μs，因此(ci)💋在進入初(chū)始狀态後(hou)✌️會開啓定(dìng)時器，30μs以後(hòu)進入就緒(xù)狀态。有數(shù)據傳輸時(shi)，進入接收(shou)狀👅态，幀數(shù)據接收完(wan)成後進入(ru)幀解㊙️析封(feng)裝狀态，若(ruò)接收數據(jù)出錯則進(jin)入錯誤狀(zhuang)态，封裝後(hòu)再進入發(fā)送狀态，若(ruò)數據正确(què)則直接完(wan)成封裝進(jìn)🏃‍♂️入發送狀(zhuàng)态，數據發(fa)送完成後(hou)則再次進(jin)入初始狀(zhuang)态。Modbus模塊軟(ruǎn)件設計流(liú)程圖如圖(tu)4所示。
4.系統(tong)調試
　　Modbus通訊(xun)模塊驗證(zheng)實驗的目(mu)的是驗證(zheng)流量儀表(biao)能否通過(guò)🆚485總線實☀️現(xiàn)流量信息(xī)與控制台(tai)的信息交(jiāo)互。本⭕文應(ying)用Modbus調🚶試助(zhu)🔞手軟件模(mó)拟控制台(tái)與Modbus模塊進(jin)行通♊信，驗(yàn)證儀表Modbus模(mo)塊能否實(shí)現正常通(tong)訊。圖5是Modbus模(mó)塊與控制(zhì)台通信的(de)電路連接(jie)圖。
　　爲驗證(zhèng)Modbus模塊通訊(xun)的正确性(xìng)，本文通過(guò)Modbus調試助手(shou)往✂️Modbus模塊😍下(xià)發數據，若(ruo)能返回正(zheng)确數據，則(ze)證明通訊(xun)成功。圖6爲(wèi)通過Modbus調試(shì)助手與🧑🏽‍🤝‍🧑🏻Modbus模(mó)塊通訊圖(tú)。以03（0x03）命令爲(wèi)例㊙️進行調(diao)試的測試(shi)結果💛圖，03命(mìng)令的功能(neng)是讀取特(te)定♈寄存器(qi)的值。串口(kǒu)調試助手(shǒu)下發的數(shù)據📞爲“010300000001840A”，其中(zhong)01爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼設備地(dì)址，03爲命令(ling)碼，0000爲起始(shi)地址，0001爲寄(jì)存器數量(liang)，840A爲CRC校驗碼(ma)。Modbus回發數據(ju)爲“0103020810BE48”，其中01爲(wèi)設備地址(zhǐ)，03爲命令碼(ma)，02爲字節數(shù)，0810爲寄存的(de)值，BE48爲CRC校✏️驗(yan)碼。測試結(jie)果表明，Modbus模(mo)塊能🌈正常(chang)工作。
5結束(shu)語
　　選擇低(di)功耗的微(wei)處理器和(he)通訊芯片(piàn)，将具有開(kai)放協議的(de)Modbus協議移植(zhi)到傳統的(de)金屬管浮(fu)子流量計(jì)中，實現了(le)硬件平台(tái)設計和軟(ruan)件平台設(shè)計，調試結(jié)果表明，移(yí)🍓植後的Modbus協(xié)議能夠與(yu)控制台實(shi)現實時通(tōng)信，使得儀(yí)表具有現(xiàn)場總線組(zu)網🧡功能。

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