【文章內容簡介】 ，滿足用戶的需要。 協(xié)議報文Modbus協(xié)議定義了通信時每一幀數據的格式， Modbus幀所示。 Modbus幀在Modbus通信協(xié)議中規(guī)定了傳輸的一幀數據中的內容，首先是起始位，然后是地址位，其次是功能碼，其次是數據位，最后是校驗位和停止位。在默認的情況下應默認為偶校驗。在Modbus通信協(xié)議當中，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，這里主要介紹兩個在本設計中用到的功能碼：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據從儀表中的寄存器中讀取出來，可以指定其實寄存器地址和寄存器的數量來讀取。當主機發(fā)送命令時分為請求和相應。請求時：其中功能碼1字節(jié)0x03，起始地址2字節(jié)0x0000到0xFFFF，寄存器數量2字節(jié)1~125。響應時：功能碼1字節(jié)0x03，字節(jié)數1字節(jié)2N（寄存器的數量），寄存器值N2字節(jié)。如果在通信時出現(xiàn)錯誤時，1字節(jié)差錯碼0x83和1字節(jié)異常碼01或02或03或04。06（0x06）是寫單個寄存器因為本設計中設計到對下位機數據的寫入，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據即可。當主機發(fā)送命令時分為請求和相應。請求時：其中功能碼1字節(jié)0x06，其中寄存器地址2字節(jié)0x0000到0xFFFF，寄存器數量2字節(jié)0x0000~0xFFFF。響應時：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。如果在通信時出現(xiàn)錯誤時，1字節(jié)差錯碼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（美國信息交換標準代碼）模式是當通信鏈路和設備不能夠滿足RTU模式是才會使用的一種模式，在實際的工程中很少用到。因為由于ASCII的傳輸模式要每個字節(jié)發(fā)送兩個字符，所以在傳輸時效率很低。ASCII模式中的每個字節(jié)的格式為十六進制，也就是0~A~F。它有1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位和1個停止位。奇偶校驗位中既可以是奇校驗也可以使偶校驗，而且還支持無校驗，這樣就可以支持更多的產品提升了兼容性。早默認的情況下必須是偶校驗。如果是在無校驗位的時候則需要兩個停止位，其中一個停止位是為了填充校驗位字符幀的。在Modbus中規(guī)定再用ASCII模式時，幀校驗要用LRC（縱向冗余）校驗。 RTU模式RTU模式是在現(xiàn)場中經常使用到的一種模式，在默認的情況下默認設置必須設為RTU模式。在Modbus串行鏈路上使用RTU模式通信時的優(yōu)點就是在相同的波特率下要比ASCII模式在數據傳輸時有更高的數據吞吐量，有較高的字符密度。RTU模式中每個字節(jié)的格式為二進制，它有1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位和1個停止位。在默認的情況下要設置為偶校驗，與ASCII模式一樣，也支持奇校驗和無校驗，在無校驗位時要添加一個停止位來填充校驗位字符幀。在Modbus中規(guī)定再用RTU模式時，幀校驗要用CRC（循環(huán)冗余）校驗。在使用RTU模式時要注意在發(fā)送每一幀數據時，這樣才能區(qū)分開報文幀。而且在每個字符發(fā)送的時候。 RTU報文幀所示。 RTU報文幀 差錯校驗方法在Modbus協(xié)議對于數據傳輸的準確性和安全性來說使用了兩種校驗方法，一部分是利用了奇偶校驗來應用于報文幀中的每一個字符當中的校驗方法。另一部分是利用LRC或者CRC校驗來應用于整個報文的校驗算法。 LRC校驗LRC（縱向冗余）校驗是在ASCII模式當中的校驗方法，LRC校驗位1個字節(jié)，其中包括8位二進制數。在發(fā)送數據時，經過LRC校驗計算把LRC校驗碼放入發(fā)送的報文幀當中。接受到數據后計算機馬上對收到的數據進行LRC校驗，得到LRC校驗值后與發(fā)送來的LRC校驗值進行比較，如果相等則無錯誤，如果兩個值不等則產生錯誤。生成LRC校驗值過程如下：1. 除了起始位的“冒號”和結束CRLF，把報文中其他所有字節(jié)相加，將結果放在8位字段中。2. 從全1的十六進制中減去最終的字段值，產生1的補碼。3. 加1產生二進制補碼。這樣得出的值即為LRC校驗值，發(fā)送8位LRC校驗值時，要注意的是先發(fā)送高位再發(fā)送低位。 CRC校驗在最常用的RTU模式當中校驗方式采用的是CRC（循環(huán)冗余）校驗，CRC校驗包括兩字節(jié)，16位二進制，校驗過程與LRC校驗類似。在發(fā)送時進行CRC校驗值得計算，然后把CRC校驗值添加到報文幀當中，把一幀完整的數據發(fā)送出去。接受數據的時候，設備從新計算CRC校驗值，并且與之前發(fā)來的CRC校驗值進行比較，如果不同則出現(xiàn)錯誤，相同則無錯誤。在CRC校驗中，只有數據位參加CRC的計算。CRC校驗值的計算方法是：講一個全1的數放在16位寄存器當中，將報文中的第一個8位字節(jié)與16位寄存器的低字節(jié)異或并保存在16位寄存器當中，再將寄存器中的值右移，MSB填充0，提取并檢驗LSB。LSB為0則再次移位，LSB為1則與0xA001異或，直到八次移位。再對報文中的下一個8位字節(jié)進行以上的計算直到處理完所有的報文為止，最終得出CRC校驗值。4. 下位機系統(tǒng)設計 下位機系統(tǒng)硬件設計為了能夠建立整個的系統(tǒng)，所以在本設計中設計了下位機進行與上位機的通信，本設計中的下位機主要作用是模擬真實智能儀表的功能。在實際工程中，上位機與下位機的通信其實就是用計算機讀取下位機中的寄存器，每個智能儀表中的數據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，在工程中進行通信的時候，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，這樣進行采集的時候就能準確的采集到所需要的信息。下位機的硬件設計可分為兩大部分，一部分是RS232轉RS485電路設計，這一部分是用來連接計算機的，是將計算機中使用的232電平轉換成與下位機進行通信所需要的485電平。另一部分是RS485轉TTL電路設計，這一部分的設計為了連接智能儀表的（為了方便與外界的通信，智能儀表一般在設計中都包含TTL轉RS485）為了模擬智能儀表讓大家更清楚的看到單片機中的通信過程，所以在這一部分RS485轉TTL電平電路中添加了單片機對液晶屏的設計來模擬智能儀表。整個的通信過程是利用Modbus通信協(xié)議來完成的，整個的實現(xiàn)模擬過程是利用一臺計算機給下位機中的單片機寫數據來模擬智能儀表的數據，單片機把數據顯示在液晶顯示屏上可以方便人們查看當前數據。在采集信息方面，利用組態(tài)軟件給下位機發(fā)送讀取信息信號，下位機收到讀取信息信號之后通過TTL轉RS485電路把信息發(fā)送給上位機，上位機通過RS485轉RS232電路接收信息，這樣就完成了一個信息通信的整個過程。 RS232轉RS485電路設計RS232轉RS485電路設計主要有三部分，電源電路，232轉TTL電路，TTL轉485電路?？紤]到電腦上的DB9接口標準，在電路的設計中用到了DB9接口，主要的思路是將電腦所得到的232電平通過MAX232芯片轉換成TTL電平，在利用MAX485芯片將得到的TTL電平轉換成傳輸所用到的485電平，這樣，用兩個芯片就能很容易的到了的想要的485電平了。在電路的設計方面主要涉及到了MAX232芯片和MAX485芯片，對于這兩個芯片的電路設計，主要是根據芯片說明書按照典型電路的使用方法進行設計。其他部分可以分為兩大部分，一部分是對電源電路的設計，另一部分是對MAX485發(fā)送和接收數據的數據方向端進行了設計。電源部分的設計：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