基于ModBus通訊協(xié)議智能模塊實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用
文中介紹了基于ModBus通訊協(xié)議的智能模塊的組成，實(shí)現(xiàn)了智能模塊硬件及軟件設(shè)計(jì)，并成功將其應(yīng)用于智能通風(fēng)系統(tǒng)。
1 智能模塊硬件設(shè)計(jì)
智能模塊采用PICl8F458單片機(jī)控制，由電源電路、復(fù)位電路、LCD／LED顯示電路、RS一485接口電路、運(yùn)行參數(shù)保存電路(EEPROM：Electrically Erasable Programmable Read—Only Mem—ory，EEPROM)等組成，由于PICl8F458單片機(jī)內(nèi)部包含有l(wèi)l位的A／D轉(zhuǎn)換，所以大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。智能模塊的通訊接口電路，如圖1所示。
模塊通訊利用PICl8F458內(nèi)部異步收發(fā)器模塊，并經(jīng)過高速光電耦合器隔離(6N137)及RS一485驅(qū)動(dòng)電路(65176)后連接到RS一485網(wǎng)絡(luò)。必須注意，光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源VCC和5V一2必須完全隔離，否則采用光耦也就失去了意義。
RS一485通訊電路采用了兩級(jí)防護(hù)。G301、G302、G303為陶瓷放電管；R311、R312為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。TVS1、TVS2為TVS管，選擇根據(jù)芯片的工作電壓與耐壓決定，一般略高于芯片最高工作電壓，可以6．8~10 V之間選擇。
當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，感應(yīng)過電壓由兩端引入，G302與G303進(jìn)行共模防護(hù)，G301進(jìn)行差模防護(hù)，此時(shí)過電壓被削弱到約500 V左右，再經(jīng)過R311、R312限流，TVSl、TVS2二次限壓后，到收發(fā)器的電壓被箝制在6．8 V左右，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)RS一485驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)。
2 智能模塊軟件設(shè)計(jì)
智能模塊軟件采用C18編程，模塊主程序主要包括初始化程序、ModBus通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)程序，獨(dú)立測(cè)控模式程序和聯(lián)機(jī)測(cè)控模式程序4大部分，如圖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通訊協(xié)議初始化。其中ModBus通訊協(xié)議初始化包括波特率、通訊位數(shù)、奇偶校驗(yàn)等參數(shù)設(shè)置。
ModBus通訊協(xié)議程序主要實(shí)現(xiàn)ModBus通訊協(xié)議的相關(guān)功能，本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了以下功能，如表1所示。
獨(dú)立測(cè)控模式主要實(shí)現(xiàn)前端測(cè)控模塊獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)測(cè)控模塊工作于此模式時(shí)，根據(jù)EEPROM中保存的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)控。
聯(lián)機(jī)測(cè)控模式除了完成獨(dú)立測(cè)控模式各項(xiàng)功能以外，還能與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，完成各參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)定、各執(zhí)行裝置的手動(dòng)遠(yuǎn)程控制、將采集的數(shù)據(jù)上傳等工作。
3 應(yīng)用
該智能模塊已成功應(yīng)用于多機(jī)房智能通風(fēng)系統(tǒng)。系統(tǒng)合理利用機(jī)房室內(nèi)外的溫差形成冷熱空氣交換，通過主動(dòng)進(jìn)風(fēng)被動(dòng)排風(fēng)技術(shù)，依靠室內(nèi)正壓環(huán)境來保持室內(nèi)清潔度。在保持機(jī)房?jī)?nèi)良好工作環(huán)境，確保內(nèi)部設(shè)備正常運(yùn)行前提下，采用最優(yōu)化的通風(fēng)控制和空調(diào)控制流程，有效減少空調(diào)的工作時(shí)間和啟動(dòng)次數(shù)，從而達(dá)到節(jié)約用電和保護(hù)空調(diào)的目的。系統(tǒng)組成，如圖3所示。
觸摸屏選用Hitech公司的PWS6600S觸摸屏。PWS6600S觸摸屏本身支持Modbus通信協(xié)議，PWS6600S觸摸屏支持RS一232和RS一485兩種通信接口。在工業(yè)控制領(lǐng)域，由于RS一485具有可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以在本系統(tǒng)中觸摸屏與前端測(cè)控模塊通信采用RS一485連接，通信參數(shù)可以根據(jù)要求進(jìn)行配置。
智能模塊既可作為系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，與主機(jī)(觸摸屏)實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置，手動(dòng)遠(yuǎn)程控制，將采集的數(shù)據(jù)上傳等工作。它也可以獨(dú)立工作，即在觸摸屏因故停止工作的情況下，前端測(cè)控模塊仍可以正常運(yùn)行，從而在不增加設(shè)備投入的情況下實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的冗余，提高了系統(tǒng)的可靠性。
系統(tǒng)中的主機(jī)(觸摸屏)主要完成人機(jī)對(duì)話和系統(tǒng)管理功能?？蓪?shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和修改，如圖4所示；以及實(shí)際溫度(室內(nèi)／室外)實(shí)時(shí)顯示，如圖5所示；并可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)遠(yuǎn)程控制。
4 結(jié)束語
將檢測(cè)技術(shù)和ModBus通訊技術(shù)應(yīng)用于智能模塊設(shè)計(jì)，提高了模塊的可靠性和通用性，可以滿足一般測(cè)控系統(tǒng)的要求，而且它的成本低、體積小。本智能模塊成功開發(fā)以來，已先后在多個(gè)機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。同時(shí)，因其操作簡(jiǎn)單、控制準(zhǔn)確、精確高等特點(diǎn)，受到用戶的好評(píng)。
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