【文章內(nèi)容簡介】 ，滿足用戶的需要。 協(xié)議報(bào)文Modbus協(xié)議定義了通信時(shí)每一幀數(shù)據(jù)的格式， Modbus幀所示。 Modbus幀在Modbus通信協(xié)議中規(guī)定了傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)中的內(nèi)容，首先是起始位，然后是地址位，其次是功能碼，其次是數(shù)據(jù)位，最后是校驗(yàn)位和停止位。在默認(rèn)的情況下應(yīng)默認(rèn)為偶校驗(yàn)。在Modbus通信協(xié)議當(dāng)中，功能碼決定著不同通信功能，Modbus功能碼有公共功能碼、用戶功能碼和保留功能，這些功能碼可以提供給不同需求的人。Modbus功能碼有很多，在這里就不多一一介紹了，這里主要介紹兩個(gè)在本設(shè)計(jì)中用到的功能碼：03（0x03）和06（0x06）。03（0x03）是讀保持寄存器03（0x03）功能是把在現(xiàn)場的智能儀表中的數(shù)據(jù)從儀表中的寄存器中讀取出來，可以指定其實(shí)寄存器地址和寄存器的數(shù)量來讀取。當(dāng)主機(jī)發(fā)送命令時(shí)分為請求和相應(yīng)。請求時(shí)：其中功能碼1字節(jié)0x03，起始地址2字節(jié)0x0000到0xFFFF，寄存器數(shù)量2字節(jié)1~125。響應(yīng)時(shí)：功能碼1字節(jié)0x03，字節(jié)數(shù)1字節(jié)2N（寄存器的數(shù)量），寄存器值N2字節(jié)。如果在通信時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，1字節(jié)差錯(cuò)碼0x83和1字節(jié)異常碼01或02或03或04。06（0x06）是寫單個(gè)寄存器因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)到對下位機(jī)數(shù)據(jù)的寫入，所以在這里介紹一下06功能碼。06功能碼是對現(xiàn)場智能儀表中的寄存器進(jìn)行寫入，可以寫入用戶所需要的智能儀表中的寄存器地址。但是在建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)中，很少寫入寄存器，只需要讀出儀表中寄存器的數(shù)據(jù)即可。當(dāng)主機(jī)發(fā)送命令時(shí)分為請求和相應(yīng)。請求時(shí)：其中功能碼1字節(jié)0x06，其中寄存器地址2字節(jié)0x0000到0xFFFF，寄存器數(shù)量2字節(jié)0x0000~0xFFFF。響應(yīng)時(shí)：功能碼1字節(jié)0x06，寄存器地址2字節(jié)0x0000~0xFFFF，寄存器值2字節(jié)0x0000~0xFFFF。如果在通信時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，1字節(jié)差錯(cuò)碼0x83和1字節(jié)異常碼01或02或03或04。 兩種串行傳輸模式 ASCII模式ASCII（美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）模式是當(dāng)通信鏈路和設(shè)備不能夠滿足RTU模式是才會使用的一種模式，在實(shí)際的工程中很少用到。因?yàn)橛捎贏SCII的傳輸模式要每個(gè)字節(jié)發(fā)送兩個(gè)字符，所以在傳輸時(shí)效率很低。ASCII模式中的每個(gè)字節(jié)的格式為十六進(jìn)制，也就是0~A~F。它有1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位。奇偶校驗(yàn)位中既可以是奇校驗(yàn)也可以使偶校驗(yàn)，而且還支持無校驗(yàn)，這樣就可以支持更多的產(chǎn)品提升了兼容性。早默認(rèn)的情況下必須是偶校驗(yàn)。如果是在無校驗(yàn)位的時(shí)候則需要兩個(gè)停止位，其中一個(gè)停止位是為了填充校驗(yàn)位字符幀的。在Modbus中規(guī)定再用ASCII模式時(shí)，幀校驗(yàn)要用LRC（縱向冗余）校驗(yàn)。 RTU模式RTU模式是在現(xiàn)場中經(jīng)常使用到的一種模式，在默認(rèn)的情況下默認(rèn)設(shè)置必須設(shè)為RTU模式。在Modbus串行鏈路上使用RTU模式通信時(shí)的優(yōu)點(diǎn)就是在相同的波特率下要比ASCII模式在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)有更高的數(shù)據(jù)吞吐量，有較高的字符密度。RTU模式中每個(gè)字節(jié)的格式為二進(jìn)制，它有1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位。在默認(rèn)的情況下要設(shè)置為偶校驗(yàn)，與ASCII模式一樣，也支持奇校驗(yàn)和無校驗(yàn)，在無校驗(yàn)位時(shí)要添加一個(gè)停止位來填充校驗(yàn)位字符幀。在Modbus中規(guī)定再用RTU模式時(shí)，幀校驗(yàn)要用CRC（循環(huán)冗余）校驗(yàn)。在使用RTU模式時(shí)要注意在發(fā)送每一幀數(shù)據(jù)時(shí)，這樣才能區(qū)分開報(bào)文幀。而且在每個(gè)字符發(fā)送的時(shí)候。 RTU報(bào)文幀所示。 RTU報(bào)文幀 差錯(cuò)校驗(yàn)方法在Modbus協(xié)議對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性來說使用了兩種校驗(yàn)方法，一部分是利用了奇偶校驗(yàn)來應(yīng)用于報(bào)文幀中的每一個(gè)字符當(dāng)中的校驗(yàn)方法。另一部分是利用LRC或者CRC校驗(yàn)來應(yīng)用于整個(gè)報(bào)文的校驗(yàn)算法。 LRC校驗(yàn)LRC（縱向冗余）校驗(yàn)是在ASCII模式當(dāng)中的校驗(yàn)方法，LRC校驗(yàn)位1個(gè)字節(jié)，其中包括8位二進(jìn)制數(shù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)過LRC校驗(yàn)計(jì)算把LRC校驗(yàn)碼放入發(fā)送的報(bào)文幀當(dāng)中。接受到數(shù)據(jù)后計(jì)算機(jī)馬上對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行LRC校驗(yàn)，得到LRC校驗(yàn)值后與發(fā)送來的LRC校驗(yàn)值進(jìn)行比較，如果相等則無錯(cuò)誤，如果兩個(gè)值不等則產(chǎn)生錯(cuò)誤。生成LRC校驗(yàn)值過程如下：1. 除了起始位的“冒號”和結(jié)束CRLF，把報(bào)文中其他所有字節(jié)相加，將結(jié)果放在8位字段中。2. 從全1的十六進(jìn)制中減去最終的字段值，產(chǎn)生1的補(bǔ)碼。3. 加1產(chǎn)生二進(jìn)制補(bǔ)碼。這樣得出的值即為LRC校驗(yàn)值，發(fā)送8位LRC校驗(yàn)值時(shí)，要注意的是先發(fā)送高位再發(fā)送低位。 CRC校驗(yàn)在最常用的RTU模式當(dāng)中校驗(yàn)方式采用的是CRC（循環(huán)冗余）校驗(yàn)，CRC校驗(yàn)包括兩字節(jié)，16位二進(jìn)制，校驗(yàn)過程與LRC校驗(yàn)類似。在發(fā)送時(shí)進(jìn)行CRC校驗(yàn)值得計(jì)算，然后把CRC校驗(yàn)值添加到報(bào)文幀當(dāng)中，把一幀完整的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接受數(shù)據(jù)的時(shí)候，設(shè)備從新計(jì)算CRC校驗(yàn)值，并且與之前發(fā)來的CRC校驗(yàn)值進(jìn)行比較，如果不同則出現(xiàn)錯(cuò)誤，相同則無錯(cuò)誤。在CRC校驗(yàn)中，只有數(shù)據(jù)位參加CRC的計(jì)算。CRC校驗(yàn)值的計(jì)算方法是：講一個(gè)全1的數(shù)放在16位寄存器當(dāng)中，將報(bào)文中的第一個(gè)8位字節(jié)與16位寄存器的低字節(jié)異或并保存在16位寄存器當(dāng)中，再將寄存器中的值右移，MSB填充0，提取并檢驗(yàn)LSB。LSB為0則再次移位，LSB為1則與0xA001異或，直到八次移位。再對報(bào)文中的下一個(gè)8位字節(jié)進(jìn)行以上的計(jì)算直到處理完所有的報(bào)文為止，最終得出CRC校驗(yàn)值。4. 下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 下位機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為了能夠建立整個(gè)的系統(tǒng)，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了下位機(jī)進(jìn)行與上位機(jī)的通信，本設(shè)計(jì)中的下位機(jī)主要作用是模擬真實(shí)智能儀表的功能。在實(shí)際工程中，上位機(jī)與下位機(jī)的通信其實(shí)就是用計(jì)算機(jī)讀取下位機(jī)中的寄存器，每個(gè)智能儀表中的數(shù)據(jù)都會存儲在相對的寄存器中，在使用說明書中都會找到其中信息存儲的寄存器地址。所以，在工程中進(jìn)行通信的時(shí)候，首先要查找使用說明書查看需要采集的信息所在的寄存器地址，這樣進(jìn)行采集的時(shí)候就能準(zhǔn)確的采集到所需要的信息。下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)可分為兩大部分，一部分是RS232轉(zhuǎn)RS485電路設(shè)計(jì)，這一部分是用來連接計(jì)算機(jī)的，是將計(jì)算機(jī)中使用的232電平轉(zhuǎn)換成與下位機(jī)進(jìn)行通信所需要的485電平。另一部分是RS485轉(zhuǎn)TTL電路設(shè)計(jì)，這一部分的設(shè)計(jì)為了連接智能儀表的（為了方便與外界的通信，智能儀表一般在設(shè)計(jì)中都包含TTL轉(zhuǎn)RS485）為了模擬智能儀表讓大家更清楚的看到單片機(jī)中的通信過程，所以在這一部分RS485轉(zhuǎn)TTL電平電路中添加了單片機(jī)對液晶屏的設(shè)計(jì)來模擬智能儀表。整個(gè)的通信過程是利用Modbus通信協(xié)議來完成的，整個(gè)的實(shí)現(xiàn)模擬過程是利用一臺計(jì)算機(jī)給下位機(jī)中的單片機(jī)寫數(shù)據(jù)來模擬智能儀表的數(shù)據(jù)，單片機(jī)把數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上可以方便人們查看當(dāng)前數(shù)據(jù)。在采集信息方面，利用組態(tài)軟件給下位機(jī)發(fā)送讀取信息信號，下位機(jī)收到讀取信息信號之后通過TTL轉(zhuǎn)RS485電路把信息發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)通過RS485轉(zhuǎn)RS232電路接收信息，這樣就完成了一個(gè)信息通信的整個(gè)過程。 RS232轉(zhuǎn)RS485電路設(shè)計(jì)RS232轉(zhuǎn)RS485電路設(shè)計(jì)主要有三部分，電源電路，232轉(zhuǎn)TTL電路，TTL轉(zhuǎn)485電路?？紤]到電腦上的DB9接口標(biāo)準(zhǔn)，在電路的設(shè)計(jì)中用到了DB9接口，主要的思路是將電腦所得到的232電平通過MAX232芯片轉(zhuǎn)換成TTL電平，在利用MAX485芯片將得到的TTL電平轉(zhuǎn)換成傳輸所用到的485電平，這樣，用兩個(gè)芯片就能很容易的到了的想要的485電平了。在電路的設(shè)計(jì)方面主要涉及到了MAX232芯片和MAX485芯片，對于這兩個(gè)芯片的電路設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)芯片說明書按照典型電路的使用方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。其他部分可以分為兩大部分，一部分是對電源電路的設(shè)計(jì)，另一部分是對MAX485發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)方向端進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電源部分的設(shè)計(jì)：MAX232和MAX485芯片需要的供電電壓為5V，所以電路中的電源部分主要是靠電腦上的232電平取出經(jīng)過穩(wěn)壓二極管得到所需要的5V電壓。在穩(wěn)壓二極管選取了HZ5C3（）穩(wěn)壓二極管。為了保證不燒毀元器件和保證電路能夠得到足夠