ModBus協議在工業控制系統中的應用

三、系統設計

　　本文所設計的系統是一個基于modbus的工業控制網絡，它主要由實現現場控制功能的智能控制儀表、實現對智能控制儀表在線配置與監控功能的主機兩部分組成。作為從機的現場智能控制儀表主要任務有：實現現場溫度采集、輸出控制、顯示、系統配置以及響應主機激勵;主機的主要任務是在線配置從機、監控從機從而得到相應從機的狀態、歷史溫度數據分析;兩者之間的通訊是基于現場總線技術的。

　　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行采集的能力，采集的模擬信號經A/D模塊轉換為相應的數字量，送入微處理器進行處理。采集到的每一路溫度都要與系統此路的溫度設定值進行比較，然后根據結果調用合適的控制算法，并通過控制相應的繼電器的占空比實現對溫度的調節。

　　考慮到系統實際應用，在硬件設計方面，微控制器選用了臺灣Syncmos公司生產的8位微控制器SM5964, 它是80C52 微控制器家族的派生產品，其強大的片內資源，只需添加少量的外圍器件即可實現系統的要求。溫度測量利用Pt（100Ω）熱敏電阻，測量的模擬信號經A/D模塊轉換后送入微處理進行處理。模數轉換器選用凌特公司（Linear Technology）推出的20位無延遲模數轉換器LTC2430，此模塊可直接對測量的毫伏級信號進行處理，并能夠滿足精度要求。其它也選用了與通信和輸出控制相關的器件。

　　由于篇幅關系，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通信通過使用RS-485插卡或者RS-232/ RS-485轉換模塊，實現多點通信，這里選用的是RS-232/RS-485轉換模塊。電路圖如圖2所示：

　　SM5964的串行發送端口TXD和接收端口RXD經MAX232芯片進行電平轉換后，分別與PC機的數據接收端口RXD和數據發送端口TXD相連接。SM5964串行通信的發送端TXD連接到的11引腳，發出的數據信號經過MAX232芯片轉換后，由0～5V的TTL電平變為-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通信協議規定，PC機串行口的第二引腳為數據輸入端，這樣，發出的數據就可被PC機接收到。由PC機串行口的發送端TXD（PC機串行口的第三引腳）傳輸來的數據，作為RS232電平的信號輸入到MAX232芯片的第13引腳，經過MAX232芯片進行電平轉換后變為TTL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，使用了兩個發光二極管D7和D8監視通信的工作狀態。