Modbus 协议在金属管浮子流量计中的应用
摘要：随着通信技术、集成电路技术的发展，传统的现场检测仪器的智能化和数字化程度在逐渐提升。现场总线作为开放化、数字化、多点通讯的底层控制网络，成为了近代工业控制系统的热门研究项目。将Modbus 通讯协议移植到金属管浮子流量计，使得检测仪表更具智能化和网络化，同时为实现数字化组网提供了可行接口。经过调试表明移植后的Modbus通讯协议可以实现基本功能，取得了预期的效果。
浮子流量计是一种经典的变面积式流量计，具有结构简单、直观、压损小、测量范围大、运行可靠、可测中小流量及低雷诺数流量、维护方便、寿命长，对仪表前后直管段长度要求不高等优点。金属管浮子流量计可以适应高温、高压、强腐蚀、剧毒等多种苛刻环境，较少的可动部件、便于维护，解决了生产中的许多难题�；贛odbus 协议的金属管浮子流量计，通过选择低功耗的微处理器和通讯芯片，将具有开放协议的Modbus 协议移植到传统的金属管浮子流量计中，使得仪表具有现场总线组网功能。
1 金属管浮子流量计整体结构设计
图1 是三畅金属管浮子流量计整体结构图。流量测量过程可概括为： 磁阻传感器将浮子位移信号转化为电信号送给信号处理电路， 经过信号处理电路进行放大滤波后再经由AD 采样�？椴裳�，非常后送给微处理器处理，微处理器经过一系列处理后得到当前流量信息， 送给液晶�？橄允净蛘咄ü齅odbus �？榻藕旁洞渌璞甘褂�。
2 Modbus �？橛布缏飞杓�
Modbus 通信协议有两种串行传输模式：ASCII 模式和RTU（远程终端单元）模式，与这两种模式对应的帧格式是ASCII 帧格式和RTU 帧格式。本文采用RTU 帧格式，其数据帧格式为如表1 所示。
一次发送的数据帧必须是作为一个连续的数据流进行传输。Modbus 的RTU 模式规定不同数据帧之间的间隔是3．5 个字节通信时间以上（即起始位和结束符T1－T2－T3－T4）。
CRC 校验是为了防止传送过程中传输错误，将自己计算的校验码与接收的校验码进行对比， 相同则确认接收正确继续解析报文，否则接收到的是误码并停止解析报文。
Modbus 通讯�？橛布缏繁冉霞虻�，采用MAXIM（美信）公司的Max3072 芯片将数字信号转换为差压信号传输，图2 为Modbus 通讯�？橛布杓仆�， 通过USART 与CPU 进行数据交互。
Modbus �？橥ü礁谙逺X＿485 和TX＿485 与CPU相连，经过MAX3072 后转化为差压信号在485 总线上传输，差压信号幅值在200mV 左右。
3 Modbus �？槿砑杓�
Modbus 通讯�？楣δ苁鞘迪至髁恳潜碛胫骰蚱渌璞傅氖萁换�，三畅仪表Modbus �？榈男藕攀峭ü齊S485 总线进行传输，其状态转换图如图3 所示。程序初始化结束后， 首先进入初始状态。由于Modbus 协议规定两次帧数据传输的时间间隔不能小于30μs，因此在进入初始状态后会开启定时器，30μs 以后进入就绪状态。有数据传输时，进入接收状态，帧数据接收完成后进入帧解析封装状态，若接收数据出错则进入错误状态，封装后再进入发送状态， 若数据正确则直接完成封装进入发送状态，数据发送完成后则再次进入初始状态。Modbus �？槿砑杓屏鞒掏既缤�4 所示。
4 系统调试
Modbus 通讯�？檠橹な笛榈哪康氖茄橹ち髁恳潜砟芊裢ü�485 总线实现流量信息与控制台的信息交互。本文应用Modbus 调试助手软件模拟控制台与Modbus �？榻型ㄐ�，验证三畅仪表Modbus �？槟芊袷迪终Ｍㄑ�。图5 是Modbus �？橛肟刂铺ㄍㄐ诺牡缏妨油�。
为验证Modbus �？橥ㄑ兜恼沸�， 本文通过Modbus 调试助手往Modbus �？橄路⑹�，若能返回正确数据，则证明通讯成功。图6 为通过Modbus 调试助手与Modbus �？橥ㄑ锻�。以03（0x03）命令为例进行调试的测试结果图，03 命令的功能是读取特定寄存器的值。串口调试助手下发的数据为“0103 00 00 00 01 84 0A”， 其中01 为设备地址，03 为命令码，00 00 为起始地址，00 01 为寄存器数量，84 0A 为CRC 校验码。Modbus 回发数据为“01 03 02 08 10 BE 48”，其中01为设备地址，03 为命令码，02 为字节数，08 10 为寄存的值，BE48 为CRC 校验码。测试结果表明，Modbus �？槟苷９ぷ�。
5 结束语
选择低功耗的微处理器和通讯芯片， 将具有开放协议的Modbus 协议移植到传统的三畅金属管浮子流量计中，实现了硬件平台设计和软件平台设计，调试结果表明，移植后的Modbus 协议能够与控制台实现实时通信，使得仪表具有现场总线组网功能。
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