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基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现

作　者: 陆晓峰
导　师: 王宜怀
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机技术
关键词: 恒温振荡培养箱微控制器 LPC2368 AT89C55 Modbus协议 I~2C总线
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

恒温振荡培养箱是生物、制药、食品、医学、卫生、环保、农林等科研和生产部门不可缺少的实验设备,可以为生化实验提供一个恒定的环境,其市场需求量也在快速增长。目前,国内生产的同类产品大多采用机械定时或8位微控制器控制,功能比较单一,数据处理能力弱。因此,研发高性能、多功能、数据处理能力强的恒温振荡培养箱是非常必要的。本文选用32位微控制器LPC2368和8位微控制器AT89C55,采用双微控制器结构,设计并实现了一款基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器,具有高性能、可靠性高、实时性好、数据处理能力强、易操作的特点。论文阐述了恒温振荡培养箱控制器的开发过程。首先给出了恒温振荡培养箱控制器整体结构设计;其次给出了系统硬件模块设计;接着分析了Modbus协议,结合控制器的实际需求对Modbus协议功能码进行裁减,用它实现了两个微控制器间的可靠通信;分析了I~2C总线协议,编程实现了微控制器对I~2C总线串行EEPROM存储器的读写;给出了系统软件模块的流程图;然后,总结了系统调试方法,调试过程中遇到的问题和解决措施;最后,对项目进行了总结与展望。本课题的成果可以为其它高性能工业控制器的研发提供借鉴和参考。经生产厂家测试和实际运行表明,基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器工作稳定可靠,实时性好,有较强的抗干扰能力。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章概述  9-15
  1.1 现场总线的历史与现状  10-12
    1.1.1 现场总线的产生  10-11
    1.1.2 现场总线的现状  11-12
  1.2 Modbus协议概述  12
  1.3 CTIS控制器的功能要求  12-13
  1.4 本文工作与论文结构  13-15
    1.4.1 本文的主要工作  13
    1.4.2 论文结构  13-15
第二章 CTIS控制器总体设计  15-22
  2.1 系统概述  15-17
    2.1.1 系统功能及组成  15
    2.1.2 人机交互界面  15-16
    2.1.3 测控参数及技术指标  16
    2.1.4 输入输出接口  16-17
  2.2 系统总体结构  17-18
  2.3 器件选型及开发平台选择  18-19
    2.3.1 MCU选型  18-19
    2.3.2 外围器件选型  19
    2.3.3 开发平台选择  19
  2.4 MCU芯片概述  19-21
    2.4.1 LPC2368概述  19-20
    2.4.2 AT89C55概述  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 CTIS控制器硬件设计  22-34
  3.1 CTIS控制器面板  22-23
  3.2 人机交互子系统硬件设计  23-27
    3.2.1 AT89C55系统电路  23
    3.2.2 键盘电路  23-24
    3.2.3 LCD显示器接口电路  24-25
    3.2.4 EEPROM存储器电路  25
    3.2.5 LED指示和蜂鸣器电路  25
    3.2.6 RS485接口电路  25-26
    3.2.7 看门狗与复位电路  26-27
  3.3 人机交互子系统PCB板  27
  3.4 测控子系统硬件设计  27-32
    3.4.1 LPC2368系统电路  27-28
    3.4.2 5V转3.3V电源电路  28-29
    3.4.3 湿度测量电路  29
    3.4.4 温度测量电路  29-30
    3.4.5 风扇和照明控制电路  30
    3.4.6 加热和制冷控制电路  30-31
    3.4.7 电机驱动控制电路  31-32
  3.5 测控子系统PCB板  32-33
  3.6 本章小结  33-34
第四章 CTIS控制器软件设计  34-63
  4.1 Modbus协议分析  34-37
    4.1.1 Modbus传输模式  34
    4.1.2 Modbus帧格式  34-37
  4.2 Modbus协议实现  37-42
    4.2.1 Modbus功能代码裁减  37
    4.2.2 功能码消息帧格式定义  37-39
    4.2.3 消息帧CRC校验码计算  39-40
    4.2.4 Modbus寄存器地址定义  40-42
    4.2.5 Modbus协议实现函数  42
  4.3 Modbus协议通信测试  42-44
  4.4 I~2C总线协议分析  44-47
    4.4.1 I~2C总线概述  44-45
    4.4.2 I~2C总线工作原理  45
    4.4.3 I~2C总线操作  45-47
  4.5 I~2C总线操作实现函数  47-48
  4.6 人机交互子系统程序设计  48-56
    4.6.1 AT89C55系统初始化程序  48-49
    4.6.2 人机交互主循环程序  49-50
    4.6.3 AT89C55定时中断处理程序  50-51
    4.6.4 参数设置菜单处理程序  51-52
    4.6.5 参数设置操作程序  52
    4.6.6 温度设置操作程序  52-53
    4.6.7 除霜设置操作程序  53-55
    4.6.8 数据导出操作程序  55
    4.6.9 点阵字符和汉字显示  55-56
  4.7 测控子系统程序设计  56-59
    4.7.1 LPC2368系统初始化程序  56-57
    4.7.2 测控主循环程序  57-58
    4.7.3 温度测控程序  58
    4.7.4 超温处理程序  58-59
    4.7.5 超速处理程序  59
    4.7.6 除霜控制程序  59
  4.8 系统人机交互界面  59-61
    4.8.1 系统运行主屏幕  59-60
    4.8.2 系统设置菜单  60-61
    4.8.3 参数设定屏幕  61
  4.9 本章小结  61-63
第五章调试与体会  63-68
  5.1 调试  63-64
  5.2 遇到的问题及解决  64-66
  5.3 体会  66-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-71
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-74
附录A MCU内部功能模块框图  74-76
  A.1 LPC2368内部功能模块框图  74-75
  A.2 AT89C55内部功能模块框图  75-76
附录B 系统字符和汉字编码  76-77
  B.1 8×8点阵字符及编码  76
  B.2 16×8点阵字符及编码  76
  B.3 16×16点阵汉字及编码  76-77
附录C 系统函数及功能  77-80
  C.1 人机交互部分函数及功能  77-78
  C.2 测控部分函数及功能  78-80
附录D 恒温振荡培养箱实物照片  80-81
攻读学位期间公开发表的论文及科研成果  81-82
致谢  82

基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现

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