1. 研究目的与意义
工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制，如今已进入网络时代，工业控制器连网同时也为网络管理提供了方便。modbus就是工业控制器的网络协议中的一种。
modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，从而进行集中监控。
modbus串行通信协议是使用少量的连线就可以实现远距离的数字信号传输协议，且具有抗干扰能力强的特点，该串行通信常用于工业控制和plc控制设备中。单片机技术具有良好的数据处理能力和丰富的输入输出接口，利用单片机将来自前置电路的信号经过单片机的运算处理，输出符合modbus协议的信号。本课题设计基于单片机的modbus串行通信软件和硬件接口电路，实现由数字信号通过rs485接口进行远距离通信，这样利用rs-485远距离传输的这一特点，很容易做到由模拟信号转化成数字信号，接着通过rs-485接口进行远距离通信。
2. 国内外研究现状分析
Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，他是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。为了更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus的发展奠定了基础。目前,在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。
3. 研究的基本内容与计划
一、研究内容： MODBUS协议包括两种传输方式，分别为ASCII和RTU模式，在一般的研究中，RTU模式运用比较广泛，在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。而且与RTU模式对应的CRC检测校验也比ASCII对应的LRC检测校验方便，所以本课题中采用RTU传输模式和CRC校验。 在RTU传输模式中，由传感器感应到模拟信号，继而通过AD转换为数字信号，然后通过加入起始位，8Bit的设备地址，8Bit的功能代码，N个由AD转换来的8Bit的数据，还有16Bit的CRC校验，结束符，从而形成一个RTU帧，进而通过MODBUS协议传输。 在连接串口方面，虽然MODBUS口标准使用RS-232C兼容性串口，但是在实际过程中，如果可以直接使用RS-485连接到PC机上将更为方便。本课题要求远距离传输，这也是选用RS485的另一主要原因。在现实生活中，89C51应用比较广泛，所以采用89C51通过转换器连接到RS-485上，再通过转换器连接RS-485和PC机从而实现单片机的MODBUS协议。结构框图如下：
硬件电路结构框图 在89C51到RS-485转换这一块，是软件的实现。而在RS-485到PC机的这一块，是检错的一块。在本课题中，我选用的是CRC校验检测。CRC检测域是两个字节，包含一16位的二进制值。它由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误。 软件流程图 软件运行用专用的串口调试软件来接收来自89C51单片机发出的数据，在串口调试软件接收到了数据后，通过CRC校验，接着再通过串口调试软件发数据，由单片机来接收，已检验数据双向传输的功能实现。 |
二、研究计划： 2012年3月1日至3月20日：设计原理图，应该从理论上达到比任务书中要求的技术指标要高；学习单片机软件，应在开发板上分部试验各个子程序。 2012年3月21日至4月10日：设计单片机硬件电路并安装以及单片机程序编写，应在面板上实现全部功能，达到各项指标。 2012年4月11日至4月20日：硬件和软件联合调试，改进性能参数。 2012年4月21日至4月30日：若进展顺利，则进行PCB版图的设计；若不顺利，则在板上尽量实现最优化的参数。 2012年5月1日至5月25日：版图设计、制版等，资料整理、总结分析、撰写论文 2012年6月1日前后 ：毕业设计答辩。 |
4. 研究创新点
在连接串口方面，虽然MODBUS口标准使用RS-232C兼容性串口，但是在实际过程中，还要加入RS-485总线与RS-232总线转换。如果可以直接使用RS-485连接到PC机上将更为方便。况且RS-485适合远距离传输，通常可以达到几千米，符合本课题的研究。现在的MODBUS通信有单播模式和广播模式，主机可以采用单播模式和一个从机进行传输，也可以采用广播模式和多个从机同时进行传输。
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