開(kāi)題報(bào)告課件講義

目錄一、課題來(lái)源及研究的目的和意義二、國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析三、系統(tǒng)整體目標(biāo)四、主要研究?jī)?nèi)容五、研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)

六、預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，以及解決的措施目錄一、課題來(lái)源及研究的目的和意義1一、課題研究背景及意義

在工業(yè)以及各種民用領(lǐng)域，測(cè)溫裝置廣泛使用。過(guò)去，它們常常獨(dú)立工作?，F(xiàn)在，隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越需要從遠(yuǎn)程獲取溫度信號(hào)，以提高系統(tǒng)整體上的監(jiān)控能力以及全局管理水平。溫度信號(hào)所需傳輸?shù)木嚯x越來(lái)越長(zhǎng)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性都要有所保證?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為一種專為工作在惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)裝置間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)字通信技術(shù)，亦被廣泛應(yīng)用于具有溫度變送器/傳感器的網(wǎng)絡(luò)。一、課題研究背景及意義2課題研究背景及意義

Modbus是Modicon公司開(kāi)發(fā)的一種開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，被認(rèn)為是世界上自動(dòng)化領(lǐng)域中最為普遍使用的一個(gè)協(xié)議。帶有串行通訊接口的設(shè)備通過(guò)Modbus協(xié)議可以很容易地集成在一起，大部分組態(tài)軟件（如：組態(tài)王、MCGS、Citect等）都對(duì)Modbus協(xié)議提供強(qiáng)有力的支持。具有Modbus協(xié)議接口的溫度變送器，在日益強(qiáng)勁的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）應(yīng)用中必定會(huì)成為不可或缺的一員。課題研究背景及意義Modbus是Modicon3課題研究目的

隨著Modbus的廣泛應(yīng)用，相關(guān)產(chǎn)品的需求正不斷增長(zhǎng)。目前，支持Modbus協(xié)議的PLC、智能儀表等工控產(chǎn)品在市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)份額，帶有串行通訊接口的設(shè)備通過(guò)Modbus協(xié)議可以很容易地集成在一起，大部分組態(tài)軟件（如：組態(tài)王、MCGS、Citect等）都對(duì)Modbus協(xié)議提供強(qiáng)有力的支持。具有Modbus協(xié)議接口的溫度變送器，在日益強(qiáng)勁的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）應(yīng)用中必定會(huì)成為不可或缺的一員。課題研究目的4課題研究目的

本課題研究的目的是將modbus協(xié)議具體地用在生產(chǎn)實(shí)踐中，從遠(yuǎn)程獲取溫度信號(hào)，以提高系統(tǒng)整體上的監(jiān)控能力以及全局管理水平，設(shè)計(jì)的溫度變送器的溫度測(cè)量范圍在-50~100℃，對(duì)于在惡劣的自然環(huán)境中的溫度測(cè)量有實(shí)際意義。通過(guò)單片機(jī)對(duì)用Modbus協(xié)議傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)分析和處理，使數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性都有所保證。課題研究目的本課題研究的目的是將modbus協(xié)議具5二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析1)溫度測(cè)量技術(shù)不斷向著新的測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境發(fā)展;2)新的測(cè)溫技術(shù)首先有賴于新的測(cè)溫材料發(fā)現(xiàn)或合成及其制造技術(shù);3)國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，在高新技術(shù)的推動(dòng)下,正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的新時(shí)代。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析6國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析

在溫度測(cè)量方面各國(guó)均取得了許多可喜的成果,其中前蘇聯(lián)的壓電石英頻率溫度計(jì)分辨能力可達(dá)0.0001℃,理論上可達(dá)0.00001℃,而且在-40℃～230℃范圍內(nèi)具有溫度與頻率的線性特性；日本利用所謂石英溫度頻率轉(zhuǎn)換器-80℃～200℃的溫度范圍,最大分辨率達(dá)0.0001℃；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局研制的電阻溫度計(jì)25歐標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),電橋分辨0.00002℃；我國(guó)生產(chǎn)的石英溫度傳感器分辨率達(dá)到0.0001℃,誤差在0.05℃以內(nèi),中國(guó)航天工業(yè)總公司702所研制的5901(STP-1000)型粘貼式測(cè)溫片,其靜態(tài)測(cè)溫精度為0.5%,快速響應(yīng)時(shí)間小于0.013s。國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析在溫度測(cè)7國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析

國(guó)內(nèi)現(xiàn)存溫度傳感器生產(chǎn)企業(yè)還處在低水平競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)下，技術(shù)素質(zhì)、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)規(guī)模都跟不上國(guó)際水平，價(jià)格戰(zhàn)十分普遍，引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量的下降。可見(jiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)以及成本三方面的優(yōu)化是國(guó)內(nèi)企業(yè)在未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位的重要因素。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商應(yīng)該通過(guò)各種方式降低生產(chǎn)成本，控制經(jīng)營(yíng)中的固定支出，在自主研發(fā)和技術(shù)改造上加強(qiáng)投入，提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力水平。國(guó)內(nèi)外溫度測(cè)量研究現(xiàn)狀及分析8國(guó)內(nèi)外MODBUS研究現(xiàn)狀及分析

為更好普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。Modbus已經(jīng)成為自控業(yè)界主流的通信協(xié)議?，F(xiàn)在國(guó)際上關(guān)于Modbus的研究熱點(diǎn)有基于Modbus通信協(xié)議與OPC服務(wù)器的研究等。國(guó)外Modbus總線技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)比較健全。

2004年9月，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《基于Modbus協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)規(guī)范》，包括Modbus應(yīng)用協(xié)議、Modbus協(xié)議在串行鏈路上的實(shí)現(xiàn)指南和Modbus協(xié)議在TCP/IP上的實(shí)現(xiàn)指南.國(guó)內(nèi)外MODBUS研究現(xiàn)狀及分析為更好普及和推9三.系統(tǒng)整體目標(biāo)（1）溫度測(cè)量范圍：-50～100℃，測(cè)量誤差：

±0.5℃；（2）自身要有溫度指示；（3）要有Modbus協(xié)議接口與網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；（4）至少支持上位機(jī)或其它節(jié)點(diǎn)以輪詢方式獲取該變送器的溫度數(shù)據(jù)；（5）微控制器等相關(guān)器件的選用要考慮經(jīng)濟(jì)性；（6）系統(tǒng)可顯示當(dāng)前溫度，人機(jī)界面良好；三.系統(tǒng)整體目標(biāo)（1）溫度測(cè)量范圍：-50～100℃，測(cè)量10四、主要研究?jī)?nèi)容

本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為上、下兩級(jí)，第一級(jí)是下位機(jī)(即前端采集系統(tǒng))；第二級(jí)是上位機(jī)。下位機(jī)由單片機(jī)、溫度傳感器等組成，其任務(wù)是完成測(cè)量點(diǎn)的溫度測(cè)量與顯示，并且通過(guò)Modbus串行通信的方式向上位機(jī)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)。整體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

四、主要研究?jī)?nèi)容本系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為上、下兩級(jí)11系統(tǒng)的整體的工作過(guò)程如下：

當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般模擬量），轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)根據(jù)上位機(jī)的請(qǐng)求反饋給上位機(jī)。上位機(jī)通過(guò)modbus總線獲知下位機(jī)變化后綜合其它條件可發(fā)送相應(yīng)的功能碼給下位機(jī)，下位機(jī)接到功能碼與自己進(jìn)行匹配，匹配成功的下位機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的操作。上位機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送功能代碼經(jīng)由Modbus總線查詢各下位機(jī)從站狀態(tài)，從站得到功能代碼后執(zhí)行相應(yīng)操作。系統(tǒng)的整體的工作過(guò)程如下：

12開(kāi)題報(bào)告課件講義13下位機(jī)的工作流程：電源模塊為節(jié)點(diǎn)的各個(gè)組成部分供電，但是需要經(jīng)過(guò)5V/3.3V的轉(zhuǎn)換后才能為微處理器進(jìn)行供電，DS18B20進(jìn)行溫度收集，通過(guò)輸入端口進(jìn)入數(shù)據(jù)緩沖器后進(jìn)入微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理完的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)光耦（隔離節(jié)點(diǎn)和modbus總線防止電壓不穩(wěn)定或其它因素可能給節(jié)點(diǎn)帶來(lái)的電危害）通過(guò)RS485收發(fā)器經(jīng)由modbus總線傳送給請(qǐng)求該數(shù)據(jù)的上位機(jī)。此外，還設(shè)置了液晶顯示（使下位機(jī)也能夠顯示實(shí)時(shí)溫度）、鍵盤（為了設(shè)定通信波特率）、程序儲(chǔ)存器（為儲(chǔ)存程序而設(shè)置）、復(fù)位電路（系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障、問(wèn)題，因此設(shè)置了系統(tǒng)復(fù)位電路)。

下位機(jī)的工作流程：14開(kāi)題報(bào)告課件講義15

上位機(jī)的結(jié)構(gòu)與下位機(jī)基本一致，不同在于將輸入改為8路模擬量輸入，之所以設(shè)計(jì)一個(gè)8路開(kāi)模擬的輸入是為了檢測(cè)上位機(jī)自身的工作狀況及使其能獨(dú)立完成相對(duì)簡(jiǎn)單的工作。上位機(jī)的結(jié)構(gòu)與下位機(jī)基本一致，不同在于將16五、研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)2012.12.17-2013.01.13：查閱文獻(xiàn)，了解Modbus協(xié)議及了解溫度測(cè)量?jī)x器的發(fā)展現(xiàn)狀；2013.02.25-2013.04.21：系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)原理圖及

PCB；2013.04.22-2013.05.19：硬件調(diào)試、編程；2013.05.20-2007.06.30：整理資料、撰寫(xiě)論文。五、研究方案及進(jìn)度安排，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)17六、預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，以及解決的措施可能遇到的困難和問(wèn)題：1）繪制電路原理圖的過(guò)程中可能會(huì)遇到元器件的選取和參數(shù)選定的問(wèn)題；2）在進(jìn)行模擬仿真的過(guò)程中可能會(huì)遇到元器件的選取錯(cuò)誤或連線上的錯(cuò)誤而導(dǎo)致仿真失敗或仿真結(jié)果不理想的問(wèn)題；3）繪制電路系統(tǒng)的PCB時(shí)，可能遇到排板布線不規(guī)范上的問(wèn)題；4）在制作出電路板后，可能遇到電路線路連接出錯(cuò)等問(wèn)題，導(dǎo)致調(diào)試不出結(jié)果。5）整體性能達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)六、預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，以及解決的措施可能遇18預(yù)計(jì)研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，以及解決的措施解決的措施：

1）在選取元器件及設(shè)定參數(shù)之前，認(rèn)真的查閱各元器

件的資料，參考別人的元器件的選擇與參數(shù)設(shè)定；

2）將電路分