基于ModBus协议的矿井提升机深度指示仪的开发

摘要

随着工业生产规模的逐步扩大,生产过程对集中监控的要求也日趋迫切。现场仪表则需要具有较强的远距离通讯功能,现场总线的出现满足了此要求。因此,以现场总线为代表的工业总线网络代替了传统的信号通讯方式。但是,目前大部分的工业现场仪表不具备现场总线数据接口,不能接入现场总线网络,为了解决此问题,研究并开发具有总线接口能力的工业仪表,可以推动我国仪表业的智能化进程和现场总线的应用。另外,ModBus总线由于其开发成本低,简单易用等特点,目前已经广泛应用于工业现场,通过ModBus总线,可以很方便地将不同厂商生产的控制设备连在工业网络,进行集中监控。
　　 深度指示仪是矿井提升行业中的必备的指示设备,其功能是显示箕斗的实时精确位置、粗略位置和井筒开关的状态。本论文根据矿井提升机深度指示仪的需求,提出了一套基于ModBus协议的指示仪的解决方案,并对其硬件和软件进行了详细的设计和开发。本课题硬件选用AT89C52单片机为控制器,同时本课题采用以CD4511为驱动芯片的6位8段LED模块完成动态显示箕斗的实时位置；采用了TPIC68595带功率驱动的8位移位寄存器,用来实现箕斗的粗略位置显示,和井筒开关状态；此外,该仪表具有支持ModBus协议的以DS75176为核心芯片的RS485串行通信接口,用来保持主站从站通讯。并且指示仪硬件还采用了一些抗干扰措施,提高了系统的稳定性。
　　 指示仪通过现场总线,将采集来的数据转换为串行数据,并传送给单片机,由单片机进行数据处理分析,把有效的数据内容加以显示。该深度指示仪改善了传统工业仪表的数据显示和通讯方式,并且其稳定性、实时性及精度都优于传统仪表。该指示仪作为矿井提升系统中的一个从站,对矿井中的人员和生产安全提供了有力保障。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 本论文的背景和意义

1.2 国内工业仪表的发展现状

1.3 现场总线的发展及其现状

1.3.1 现场总线的发展

1.3.2 现场总线的现状

1.3.3 主流现场总线简介

第2章 MODBUS总线通讯协议

2.1 ModBus协议简介

2.1.1 在ModBus总线上的数据转输

2.1.2 在其它类型总线上的数据转输

2.1.3 查询应答周期

2.2 两种传输方式

2.2.1.ASCII模式

2.2.2 RTU模式

2.3 ModBus消息帧

2.3.1 ASCII帧

2.3.2 RTU帧

2.3.3 地址及功能码设置

2.3.4 数据区内容

2.3.5 错误检测

2.3.6 字符的连续传输

2.4 错误校验方法

2.4.1 奇偶校验

2.4.2 LRC检测

2.4.3 CRC检测

第3章 深度指示仪的硬件设计

3.1 深度指示仪硬件组成

3.2 处理器部分

3.3 ModBus通讯部分

3.4 数据处理显示模块部分

3.4.1 精确显示模块部分

3.4.2 粗略显示模块部分

3.4.3 井筒开关部分

3.5 电源模块部分

第4章 深度指示仪的软件设计

4.1 开发环境介绍

4.2 软件的总体设计

4.3 指示仪初始化程序设计

4.4 串行中断

4.5 ModBus主程序

4.5.1 接收消息部分程序

4.5.2 发送消息部分程序

4.5.3 ModBus消息中CRC校验码计算

4.6 LED显示程序

4.7 200个LED、井筒开关显示程序

第5章 深度指示仪的调试

5.1 深度指示仪的调试

5.2 ModBus通信调试

5.2.1 PC机通信调试

5.2.2 ModBus通信调试

5.3 深度指示仪的抗干扰

5.3.1 逻辑设计

5.3.2 消除干扰的措施

第6章 结论

参考文献

在学期间发表论文列表

致谢