摘要：隨著通信技術、集成電路技術的發展，傳統的現場檢測儀器的智能化和數字化程度在逐漸提升。現場總線作為開放化、數字化、多點通訊的底層控制網絡，成為了近代工業控制系統的熱門研究項目。將Modbus 通訊協議移植到金屬管浮子流量計，使得檢測儀(yi)表更具智能化和(he)網絡化，同時為實現數字化組網提供了可行接口。經過調試(shi)表明(ming)移植后(hou)的Modbus通(tong)訊(xun)協(xie)議可以實現基本(ben)功(gong)能，取得了預期的效(xiao)果。

浮子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)是(shi)一種(zhong)經典(dian)的(de)(de)變面(mian)積式(shi)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)，具(ju)(ju)有(you)結構簡單、直觀、壓損(sun)小(xiao)、測(ce)量(liang)(liang)范圍大(da)、運行可靠、可測(ce)中(zhong)小(xiao)流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)及低雷(lei)諾數流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)、維(wei)護方(fang)便、壽命長，對儀表(biao)前(qian)后直管(guan)(guan)(guan)段長度要求不高等優點(dian)。金(jin)屬(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)浮子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)可以適應(ying)高溫(wen)、高壓、強腐蝕(shi)、劇毒等多種(zhong)苛刻環境，較少的(de)(de)可動部(bu)件(jian)、便于(yu)維(wei)護，解決了生產中(zhong)的(de)(de)許多難(nan)題(ti)。基于(yu)Modbus 協議的(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)浮子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)，通過(guo)選擇低功耗的(de)(de)微處理器和通訊芯(xin)片，將具(ju)(ju)有(you)開放協議的(de)(de)Modbus 協議移植(zhi)到(dao)傳統的(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)管(guan)(guan)(guan)浮子流(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)(ji)(ji)中(zhong)，使得(de)儀表(biao)具(ju)(ju)有(you)現場(chang)總線組(zu)網功能。

1 金屬管浮子流量計整體結構設計
         圖1 是三暢金(jin)屬管浮子流量計(ji)整體結構圖。流量測量過(guo)程可概括為： 磁阻(zu)傳感器(qi)將(jiang)浮子位移信號(hao)(hao)轉化為電信號(hao)(hao)送(song)(song)給信號(hao)(hao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)電路， 經(jing)過(guo)信號(hao)(hao)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)電路進行放(fang)大濾波后再經(jing)由AD 采(cai)樣模塊采(cai)樣，非常后送(song)(song)給微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)器(qi)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)，微(wei)處(chu)(chu)理(li)(li)(li)器(qi)經(jing)過(guo)一系列處(chu)(chu)理(li)(li)(li)后得(de)到當前流量信息， 送(song)(song)給液晶模塊顯示或者通過(guo)Modbus 模塊將(jiang)信號(hao)(hao)遠傳給其他設備使用。

2 Modbus 模塊硬件電路設計
         Modbus 通信協議(yi)有兩種(zhong)(zhong)串行傳(chuan)輸模式(shi)：ASCII 模式(shi)和(he)RTU（遠(yuan)程(cheng)終端單元(yuan)）模式(shi)，與這兩種(zhong)(zhong)模式(shi)對應的幀格(ge)式(shi)是ASCII 幀格(ge)式(shi)和(he)RTU 幀格(ge)式(shi)。本文采(cai)用RTU 幀格(ge)式(shi)，其(qi)數(shu)據(ju)幀格(ge)式(shi)為如表1 所示。

         一(yi)次發(fa)送的數(shu)據(ju)幀必須是(shi)作為一(yi)個(ge)連續(xu)的數(shu)據(ju)流(liu)進行傳輸。Modbus 的RTU 模式規(gui)定不同(tong)數(shu)據(ju)幀之(zhi)間的間隔是(shi)3．5 個(ge)字節通信時(shi)間以上（即起始位和結束符T1－T2－T3－T4）。

         CRC 校驗是為了防止傳送過程中傳輸錯誤，將自己計算的校驗碼與接收的校驗碼進行對比， 相同則確認接收正確繼續解析報文，否則接收到的是誤碼并停止解析報文。
         Modbus 通訊模塊硬件電路比較簡單，采用MAXIM（美信）公司的Max3072 芯片將數字信號轉換為差壓信號傳輸，圖2 為Modbus 通訊模塊硬件設計圖， 通過USART 與CPU 進行數據交互。

         Modbus 模(mo)塊通過(guo)(guo)兩根(gen)串口線RX＿485 和TX＿485 與(yu)CPU相連，經過(guo)(guo)MAX3072 后轉化為(wei)差(cha)壓信號(hao)在(zai)485 總線上傳輸，差(cha)壓信號(hao)幅值在(zai)200mV 左(zuo)右。

3 Modbus 模塊軟件設計
          Modbus 通訊模(mo)(mo)塊功能(neng)是實現流量儀表與(yu)主機或其(qi)他(ta)設(she)備的(de)數(shu)據(ju)交互，三暢儀表Modbus 模(mo)(mo)塊的(de)信號是通過RS485 總線進(jin)行傳輸，其(qi)狀態(tai)(tai)轉(zhuan)換圖如(ru)圖3 所(suo)示(shi)。程序初始(shi)化(hua)結束后(hou)(hou)(hou)， 首先進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)初始(shi)狀態(tai)(tai)。由(you)于Modbus 協議規(gui)定兩次(ci)幀數(shu)據(ju)傳輸的(de)時間間隔(ge)不能(neng)小于30μs，因此在進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)初始(shi)狀態(tai)(tai)后(hou)(hou)(hou)會開啟定時器(qi)，30μs 以后(hou)(hou)(hou)進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)就(jiu)緒狀態(tai)(tai)。有數(shu)據(ju)傳輸時，進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)接(jie)(jie)收(shou)狀態(tai)(tai)，幀數(shu)據(ju)接(jie)(jie)收(shou)完(wan)成(cheng)后(hou)(hou)(hou)進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)幀解析封(feng)裝狀態(tai)(tai)，若接(jie)(jie)收(shou)數(shu)據(ju)出錯則(ze)(ze)進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)錯誤狀態(tai)(tai)，封(feng)裝后(hou)(hou)(hou)再(zai)進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)發(fa)送狀態(tai)(tai)， 若數(shu)據(ju)正確則(ze)(ze)直接(jie)(jie)完(wan)成(cheng)封(feng)裝進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)發(fa)送狀態(tai)(tai)，數(shu)據(ju)發(fa)送完(wan)成(cheng)后(hou)(hou)(hou)則(ze)(ze)再(zai)次(ci)進(jin)入(ru)(ru)(ru)(ru)初始(shi)狀態(tai)(tai)。Modbus 模(mo)(mo)塊軟件設(she)計(ji)流程圖如(ru)圖4 所(suo)示(shi)。

4 系統調試
      ;   Modbus 通(tong)(tong)訊(xun)模塊驗(yan)證(zheng)實驗(yan)的目的是驗(yan)證(zheng)流量儀表能否(fou)(fou)通(tong)(tong)過(guo)485 總線(xian)實現流量信息(xi)與(yu)(yu)控(kong)制(zhi)臺(tai)的信息(xi)交互。本(ben)文(wen)應用Modbus 調試助手(shou)軟(ruan)件模擬(ni)控(kong)制(zhi)臺(tai)與(yu)(yu)Modbus 模塊進行(xing)通(tong)(tong)信，驗(yan)證(zheng)三暢儀表Modbus 模塊能否(fou)(fou)實現正常通(tong)(tong)訊(xun)。圖5 是Modbus 模塊與(yu)(yu)控(kong)制(zhi)臺(tai)通(tong)(tong)信的電路(lu)連(lian)接圖。

        為(wei)(wei)驗證(zheng)(zheng)Modbus 模(mo)塊(kuai)通(tong)訊的正(zheng)確性， 本文通(tong)過(guo)Modbus 調試(shi)(shi)助手往Modbus 模(mo)塊(kuai)下發數據，若能返回正(zheng)確數據，則(ze)證(zheng)(zheng)明(ming)通(tong)訊成功。圖6 為(wei)(wei)通(tong)過(guo)Modbus 調試(shi)(shi)助手與Modbus 模(mo)塊(kuai)通(tong)訊圖。以(yi)03（0x03）命(ming)令為(wei)(wei)例(li)進行(xing)調試(shi)(shi)的測(ce)試(shi)(shi)結果圖，03 命(ming)令的功能是讀取特定寄存(cun)器的值。串口調試(shi)(shi)助手下發的數據為(wei)(wei)“0103 00 00 00 01 84 0A”， 其(qi)中(zhong)01 為(wei)(wei)設(she)備地(di)址(zhi)(zhi)，03 為(wei)(wei)命(ming)令碼，00 00 為(wei)(wei)起始地(di)址(zhi)(zhi)，00 01 為(wei)(wei)寄存(cun)器數量，84 0A 為(wei)(wei)CRC 校(xiao)驗碼。Modbus 回發數據為(wei)(wei)“01 03 02 08 10 BE 48”，其(qi)中(zhong)01為(wei)(wei)設(she)備地(di)址(zhi)(zhi)，03 為(wei)(wei)命(ming)令碼，02 為(wei)(wei)字節數，08 10 為(wei)(wei)寄存(cun)的值，BE48 為(wei)(wei)CRC 校(xiao)驗碼。測(ce)試(shi)(shi)結果表明(ming)，Modbus 模(mo)塊(kuai)能正(zheng)常工(gong)作。

5 結束語
        選(xuan)擇低功耗的(de)微處(chu)理器和(he)(he)通訊芯片， 將具有開放協議(yi)的(de)Modbus 協議(yi)移植(zhi)到傳(chuan)統的(de)三暢(chang)金屬管浮子(zi)流量計(ji)中，實現了硬件平(ping)臺(tai)設計(ji)和(he)(he)軟件平(ping)臺(tai)設計(ji)，調試結果表(biao)明，移植(zhi)后的(de)Modbus 協議(yi)能夠(gou)與控(kong)制臺(tai)實現實時通信，使得(de)儀表(biao)具有現場總(zong)線(xian)組網功能。

注明：淮(huai)安三暢(chang)儀表(biao)文(wen)章均為(wei)原創，轉載請標明本文(wen)地址//hcwork.cn/