【導讀】MODBUS是Modicon公司于1979年開發(fā)的。一種通訊協(xié)議，其目的是采用一根雙絞線與許多設備進行通訊。最初的方案使用RS232. 離以及實現(xiàn)真正的多分支網(wǎng)絡結構。MODBUS很快就成了一種自動化工業(yè)領域的事。實上的標準，Modicon公司也把它向社會進行了公開發(fā)布，不收任何版稅。仍然在繼續(xù)為全世界的MODBUS協(xié)議提供支持。制都是極為重要的課題。本文針對復雜的工業(yè)現(xiàn)場，進行溫度測量以及監(jiān)控，課題設。省煤器是工業(yè)生產(chǎn)的重要器件，省煤器在工業(yè)生產(chǎn)過程中既節(jié)能又環(huán)保，所以本課題的研究有很廣闊發(fā)展前景。工業(yè)環(huán)境復雜，所以對測溫元件要求嚴格，它。進行電壓采集，在采集到單片機上，單片機通過RS485轉(zhuǎn)換器與力控軟件建立連接，在力控實時溫度界面上可以對溫度進行實時的觀。度曲線，可以在歷史報表中查詢到歷史溫度數(shù)據(jù)。現(xiàn)了溫度監(jiān)測的自動化，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。第1章MODBUS協(xié)議簡介······························································1. 在其它類型網(wǎng)絡上傳輸··························································&#183

　　

【正文】 續(xù)函數(shù)關系（通常為線性函數(shù)），早期生產(chǎn)的 pt100 溫度傳感器其輸出信號與溫度傳感器的電阻值（或電壓值）之間呈線性函數(shù)關系。標準化輸出信號主要為 0mA~10mA和 4mA~20mA（或 1V~5V）的直流電信號。不排除具有特殊規(guī)定的其他標準化輸出信號。溫度變送器按供電接線方式可分為兩線制和四線制。變送器有電動單元組合儀表系列的（ DDZⅡ 型、 DDZⅢ 型和 DDZS 型）和小型化模塊式的，多功能智能型的。前者均不帶 pt100 溫度傳感器， 后兩類變送器可以方便的與熱電偶或熱電阻組成帶傳感器的變送器。 熱電阻技術參數(shù) Pt100 溫度傳感器的主要技術參數(shù)如下 ： 測量范圍： 200℃ ～ +850℃ ；允許偏差值 △℃ ： A級 177。（ ＋ │t│）， B級 177。（ ＋ │t│）；熱響應時間 30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流 ≤5mA。另外， Pt100 溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。 電流不能大于 5mA，而電阻是隨溫度變化的，所以 電壓也要注意。 為了提高溫度測量的準確性，應使用 1V 電橋電源、 A/D 轉(zhuǎn)換器的 5V 參考電源要穩(wěn)定在 1mV級；在價格允許的情況下， Pt100 傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和運放的線性度要高。同時，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在 177。℃ 。 Pt100 溫度傳感器的使用，Pt100 溫度傳感器是一個模擬信號，它在實際應用中有二種形式：一種是不需要顯示的主要采集到 plc，這樣的話在使用的時候就是只需要一塊 pt100的集成電路，要注意的是這個集成電路采集的不是電流信號是電阻值， pt100 的集成電路（需要一個＋－12VDC 電源提供工作電壓）直接把采集到的電阻變?yōu)?15VDC 輸入到 plc，經(jīng)過簡單的計算就可以得到相應的溫度值．（這樣的形式可以同時采集多路），還有一種就是單獨的一個 pt100 溫度傳感器（工作電源是 24VDC），產(chǎn)生一個 420MA 的電流，然后再通過一個 420MA電流電路板把 420MA的電流變?yōu)?15V電壓， 通過 AD 進行電壓采集，從而計算出溫度。 輸入響應時間（模塊內(nèi) 數(shù)據(jù)更新率 ）為 1 秒同步測量 1 路 隔離的 485, MODBUS RTU 通訊協(xié)議 采用 RS－ 485 二線制輸出接口時，具有 +15kV的 ESD 保護功能 速率（ bps）可在 1200、 2400、 4800、 9600、 19200、 38400、 57600、 115200 中選擇 可選的雙協(xié)議通訊功能，客戶可要求具有 ASCII 碼格式或十六進制格式通訊協(xié)議 當指令為 ASCII 碼格式時，適合于微機編程接口；指令為十六進制格式時，適合于單片機編程接口 可設置的溫度上下限報警功能（僅 LM 系列） 精度等級： 級 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 18 供電電源： +～ 30V 功耗小于 主機 工作溫度范圍 為－ 40℃ ～ +85℃ 測量范圍為－ 200℃ ～ +200℃ 存貯條件為－ 40℃ ～ +85℃ （ RH： 5%～ 95%不結露） 熱電阻 測量方法及引線方式 恒流恒壓法 在傳統(tǒng)的儀器儀表中，一般都采用這種方法，在構建恒流或者恒壓法后，在利用歐姆定律，算出 Pt100 的阻值，然后查詢分度表，得到溫度。這種方法最簡單也最通用 ①二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻 r， r 大小與導線的材質(zhì)和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合 ②三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的 [1]。 ③四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流 I，把 R 轉(zhuǎn)換成電壓信號 U，再通過另兩根引線把 U 引至二次儀表。可見這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。 熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。 熱電阻應用范圍及其他信息 醫(yī)療、電機、 工業(yè)、溫度計算、阻值計算 軸瓦，缸體，油管，水管，汽管，紡機，空調(diào)，熱水器等狹小空間工業(yè)設備測溫和控制。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機，烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。 供熱 /制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領域測溫和控制等高精溫度設備，應用范圍非常之廣泛。 溫度是自然界中和人類打交道最多的物理參數(shù)之一，無論是在生產(chǎn)實驗場所，還是在居住休閑場所，溫度的采集或控制都十分頻繁和重要，而且，網(wǎng)絡化遠程采集溫度并報警是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個必然趨勢。 由于溫度不管是從物理量本身還是在實際人們的生活中 都有著密切的關系，所以溫傳感器就會相應產(chǎn)生。 由于 PT100 熱電阻的溫度與阻值變化關系，人們便利用它的這一特性，發(fā)明并生產(chǎn)了 PT100 熱電阻溫度傳感器。它是集溫度濕度采集于一體的智能傳感器。溫度的采集范圍可以在 200℃～ +200℃，濕度采集范圍是 0%～ 100%。 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 19 Pt100， 就是說它的阻值在 0 度時為 100 歐姆，負 200 度時為 歐姆， 200 度時為 歐姆， 800 度 時 為 歐 姆 。 熱 電 阻 公 式 都 是Rt=Ro(1+A*t+B*t*t)。Rt=Ro[1+A*t+B*t*t+C(t100)*t*t*t] 的形式， t表示攝氏溫度， Ro是零攝氏度時的電阻值， A、 B、 C 都是規(guī)定的系數(shù)，對于 Pt100， Ro 就等于 100。 附 pt100 溫度傳感器產(chǎn)品說明： Pt100 溫度傳感器產(chǎn)品規(guī)格 ： Pt100/Pt1000 測量溫度范圍 50℃ ~450℃ Pt100， Pt1000 薄膜鉑熱電阻元件 ， 標準安裝螺紋 M8X1， M10X1， 1/2， 3/4 ， M27X2 任選 探頭保護管直徑 Φ 4， Φ 5， Φ 6。 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 20 第 4 章 濾波放大電路 濾波電路 濾波電路簡介 濾波電路常用于濾去整流輸出電壓 中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器 C，或與負載串聯(lián)電感器 L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。 圖 41 濾波電路 濾波是信號處理中的一個重要概念。濾波分經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波的概念，是根據(jù)傅里葉分析和變換提出的一個工程概念。根據(jù)高等數(shù)學理論，任何一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。換句話說，就是工程信號是不同頻率的正弦波線性疊加而成的，組成信號的不同頻率的正弦波叫做信號的頻率成分或叫做諧波成分。只允許一 定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做經(jīng)典濾波器或濾波電路。 濾波電路工作原理 當流過電感的電流變化時，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導通 角增大。 在電感線圈不變的情況下，負載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 21 RLωL時才能獲得較好的濾波效果。 L 愈大，濾波效果愈好。 另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。 濾波電路分類 常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。若濾波電路元件僅由無源元件（電阻、電容、電感）組成，則稱為無源濾波電路。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波 (包括倒 L 型、 LC濾波、 LCπ型濾波和 RCπ型 濾波等 )。若濾波電路不僅由無源元件，還由有源元件（雙極型管、單極型管、集成運放）組成，則稱為有源濾波電路。有源濾波的主要形式是有源 RC 濾波，也被稱作電子濾波器。 無源濾波電路 無源濾波電路的結構簡單，易于設計，但它的通帶放大倍數(shù)及其截止頻率都隨負載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合。無源濾波電路通常用在功率電路中，比如直流電源整流后的濾波，或者大電流負載時采用 LC（電感、電容）電路濾波。 有源濾波電路 有源濾波電路的負載不影響濾波特性，因此常用于信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由 RC 網(wǎng)絡和集成運 放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進行放大。但電路的組成和設計也較復雜。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場合，只適用于信號處理。 根據(jù)濾波器的特點可知，它的電壓放大倍數(shù)的幅頻特性可以準確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個頻段，就可以確定濾波器的類型。 識別濾波器的方法是：若信號頻率趨于零時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻率趨于無窮大時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為低通濾波器；反之，若信號頻率趨于無窮大時有確定的電壓放大倍數(shù)，且信號頻 率趨于零時電壓放大倍數(shù)趨于零，則為高通濾波器；若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)均趨于零，則為帶通濾波器；反之，若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數(shù)具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內(nèi)電壓放大倍數(shù)趨于零，則為帶阻濾波器。 濾波電路的電路作用 濾波電路作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平滑。 放大電路 放大電路簡介 放大電路（ amplification circuit）能夠?qū)⒁粋€微弱的交流小信號（疊加在直流工 作點上），通過一個裝置（核心為三極管、場效應管），得到一個波形相似（不失真），但幅值卻大很多的交流大信號的輸出。實際的放大電路通常是由信號源、晶體三極管構成的放大器及負載組成。 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 22 增加電信號幅度或功率的電子電路。應用放大電路實現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號。輸入信號的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號的變化重復或反映輸入信號的變化。現(xiàn) 代電子系統(tǒng)中，電信號的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎。 20世紀初，真空三極管的發(fā)明和電信號放大的實現(xiàn)，標志著電子學發(fā)展到一個新的階段。 20 世紀 40年代末晶體管的問世，特別是 60 年代集成電路的問世，加速了電子放大器以至電子系統(tǒng)小型化和微型化的進程。 現(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場效應晶體管）放大電路為基礎的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場 放大管等。 放大電路的前置部分或集成電路元件變質(zhì)引起高頻振蕩產(chǎn)生 咝咝 聲，檢查各部分元件，若元件無損壞，再在磁頭信號線與地間并接一個 1000PF～ 0． 047F 的電容，咝咝 聲若不消失，則需要更換集成塊。 放大電路原則及放大電路本身的特點 （ 1）靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路（元件）參數(shù)。 （ 2）動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。 （ 3）對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。 特點 （ 1）有靜態(tài)和動態(tài)兩種 工作狀態(tài)，所以有時往往要畫出它的直流通路和交流通路才能進行分析； （ 2）電路往往加有負反饋，這種反饋有時在本級內(nèi)，有時是從后級反饋到前級，所以在分析這一級時還要能“瞻前顧后”。在弄通每一級的原理之后就可以把整個電路串通起來進行全面綜合。 放大電路性能指標 電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是放大電路的三個主要性能指標，分析這三個指標最常用的方法是微變等效電路法，這是一種在小信號放大條件下，將非線性的三極管放大電路等效為線性放大電路。 放大倍數(shù) 放大倍數(shù)又稱增益，它是衡量放大電路放大能力的指標。根據(jù) 需要處理的輸入和輸出量的不同，放大倍數(shù)有電壓、電流、互阻、互導和功率放大倍數(shù)等，其中電壓放大倍數(shù)應用最多。 輸入電阻 放大電路的輸入電阻是從輸入端向放大電路內(nèi)看進去的等效電阻，它等于放大電 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 23 路輸出端接實際負載電阻后，輸入電壓與輸入電流之比，即 Ri=Ui/Ii。對于信號源來說，輸入電阻就是它的等效負載。 輸入電阻的大小反映了放大電路對信號源的影響程度。輸入電阻越大，放大電路從信號源汲取的電流（即輸入電流）就越小，信號源內(nèi)阻上的壓降就越小，其實際輸入電壓就越接近于信號源電壓，常稱為恒壓輸入。反之，當要求恒流輸入時 ，則必須使 RiRs；若要求獲得最大功率輸入，則要求 Ri=Rs，常稱為阻抗匹配。 輸出電阻 對負載而言，放大電路的輸出端可等效為一個信號源。輸出電阻越小，輸出電壓受負載的影響就越小，若 Ro=0，則輸出電壓的大小將不受 RL的大小影響，稱為恒壓輸出。當 RLRo時即可得到恒流輸出。因此，輸出電阻的大小反映了放大電路帶負載能力的大小。 放大電路分類 根據(jù)放大電路的作用可以將其分為：電壓放大電路、電流放大電路和功率放大電路。根據(jù)放大電路的組成元件可以分為晶體管放大電路和場效應管放大電路。 晶體管放大 電路的基本形式有三種：共射放大電路，共基放大電路和共集放大電路；場效應管放大電路基本形式有兩種：共源放大電路，共漏放大電路。在構成多級放大器時，這幾種電路常常需要相互組合使用。 一、共發(fā)射極放大電路 共發(fā)射極放大電路簡稱共射電路，輸入端 AA′外接需要放大的信號源；輸出端BB′外接負載。發(fā)射極為輸入信號 ui和輸出信號 uo的公共端。公共端通常稱為“地”（實際上并非真正接到大地），其電位為零，是路中其他各點電位的參考點，用“⊥”表示。 1．電路的組成及各元件的作用 （ 1）三極管 VNPN 管，具有放大功能，是放大電路 的核心。 （ 2）直流電源 VCC 使三極管工作在放大狀態(tài)， VCC 一般為幾伏到幾十伏。 （ 3）基極偏置電阻 Rb 它使發(fā)射結正向偏置，并向基極提供合適的基極電流 。 Rb一般為幾十千歐至幾百千歐。 （ 4）集電極負載電阻 Rc 它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成集 射極之間電壓的變化，以實現(xiàn)電壓放大。 Rc 的值一般為幾千歐至幾十千歐。 （ 5）耦合電容 C C2又稱隔直電容，起通交流隔直流的作用。 C C2一般為幾微法至幾十微法的電解電容器，在聯(lián)結電路時，應注意電容器的極性，不能接錯。 2．放大電路的靜態(tài)分析：靜態(tài)是指放大電路沒有交流輸入 信號（ ui=0）時的直流工作狀態(tài)。靜態(tài)時，電路中只有直流電源 VCC 作用，三極管各極電流和極間電壓都是直流值，電容 C C2相當于開路，其等效電路如圖 622 所示，該電路稱為直流通路。 對放大電路進行靜態(tài)分析的目的是為了合理設置電路的靜態(tài)工作點（用 Q表示），即靜態(tài)時電路中的基極電流 IBQ、集電極電流 ICQ 和集 射間電壓 UCEQ 的值，防止放大電路在放大交流輸入信號時產(chǎn)生的非線性失真。 三極管工作于放大狀態(tài)時，發(fā)射結正偏，這時 UBEQ 基本不變，對于硅管約為 東北石油大學秦皇島分校 畢業(yè)論文 24 ，鍺管約為 。 二 、功率放大電路 1．功率放 大電路的基本概念功率放大電路的任務是輸出足夠的功率，推動負載工作。例如揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、電動機旋轉(zhuǎn)等。功率放大電路和電壓放大電路都是利用三極管的放大作用將信號放大，不同的是功率放大電路以輸出足夠的功率為目的，工作在大信號狀態(tài)；而電壓放大電路的目的是輸出足夠大的電壓，工作在小信號狀態(tài)。 功率放大電路應滿足以下要求： 輸出功率足夠大為了獲得較大的輸出信號電壓和電流，往往要求三極管工作在極限狀態(tài)。實際應用時，應考慮到三極管的極限參數(shù) PCM、 ICM 和 U(BR)CEO。 2． 動態(tài)工作分析設輸入信號為正弦電壓 ui。在正半周時， V1 管發(fā)射結正偏導通，V2 管發(fā)射結反偏截止，由 +VCC 提供的電流 ic1 經(jīng) V1 管流向負載，在負載 RL 上獲得正半周輸出電壓 uo。同理，在負半周時， V1 管發(fā)射結反偏截止， V2 管發(fā)射結正偏導通，由 VCC 提供的電流 ic2 從 VCC 端經(jīng)負載流向 V2 管，在 RL 上獲得負半周輸出電壓 uo?？梢?，在 ui 的整個周期內(nèi)， V1 管和 V2 管輪流導通，相互補充，從而在RL 上得到完整的輸出電壓 uo，故稱為補對稱功率放大電路。 3．集成功率放大電路簡介 集成功率放大電路是將功率放大電路中的各個元件及其聯(lián)線制作在一塊半導體芯片上 的整體。它具有體積小、重量輕、可靠性高、使用方便等優(yōu)點，因此在收錄機、電視機及伺服放大電路中獲得廣泛應用。 三、多級放大電路簡介 實際應用中，放大電路的輸入信號都是很微弱的，一般為毫伏級或微伏級。為獲得推動負載工作的足夠大的電壓和功率，需將輸入信號放大成千上萬倍。由于前述單級放大電路的電壓放大倍數(shù)通常只有幾十倍，所以需要將多個單級放大電路聯(lián)結起來，組成多級放大電路對輸入信號進行連續(xù)放大。 1． 多級放大電路中，輸入級用于接受輸入信號。為使輸入信號盡量不受信號源內(nèi)阻的影響，輸入級應具有較高的輸入電阻，因而常采用 高輸入電阻的放大電路，例如射極輸出器等。中間電壓放大級用于小信號電壓放大，要求有較高的電壓放大倍數(shù)。輸出級是大信號功率放大級，用以輸出負載需要的功率。 2．多級放大電路的級間耦合方式及特點在多級放大電路中，級與級之間的聯(lián)結方式稱為耦合。級間耦合時應滿足以下要求：各級要有合適的靜態(tài)工作點；信號能從前級順利傳送到后級；各級技術指標能滿足要求。 3． 功率類型 A類