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基于现场总线的水环境智能监测装置的开发

作　者: 梁修文
导　师: 刘星桥
学　校: 江苏大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 现场总线智能仪表 SPC3 上位机
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,对水环境的监测受到人们越来越多的关注,水环境监测装置的重要性不断提升。本文分析了当前国内外水环境监测装置的开发应用情况,并在此基础上,提出了一种基于MODBUS总线和PROFIBUS总线的水环境监测装置的开发方案。本课题源自2006年江苏省科技攻关项目(工业部分)“多总线智能化多参数检测装置”的一部分。本课题以水环境为监测对象,提出了一种基于PROFIBUS-DP和MODBUS两种现场总线协议的监测装置的开发方案,详细介绍了硬件设计和软件开发。该装置的开发主要包括两部分:智能检测仪表部分和通信部分。智能检测仪表的开发以C8051F020单片机作处理器,配以相关外围设备,主要用于实时检测水环境中的相关参数并作相应的处理工作;通信部分的开发主要包括基于MODBUS总线协议和PROFIBUS-DP总线协议的两种现场总线的开发。MODBUS总线通信以智能检测仪表作为从站,与远程上位机构成监测系统,上位机监控软件采用VC6.0开发,该软件可以实现参数设置、实时参数采集、参数越限报警、数据库操作等功能;PROFIBUS-DP总线通信则以智能检测仪表和作者所开发的PROFIBUS-DP通信接口模块共同构成PROFIBUS-DP智能从站,并与主站构建通信网络,PROFIBUS-DP通信接口模块采用SPC3通信芯片+C8051F020微处理器的方案。水环境监测装置的测试中,该系统运行稳定、与主机通信流畅、操作简单,可实现对水环境参数的实时监测。该装置可用于水环境监测及水产养殖等许多领域,与同类产品相比,该装置操作简单、性价比高,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9-11
  1.2 本项目研究的目的、意义  11-12
  1.3 本论文的主要内容  12-14
第二章 PROFIBUS总线通讯协议  14-32
  2.1 现场总线的概念及特点  14-15
  2.2 PROFIBUS现场总线  15-31
    2.2.1 PROFIBUS-DP的协议结构  17-19
    2.2.2 PROFIBUS-DP的基本功能  19-22
    2.2.3 基于PROFIBUS协议的DP从站的开发  22-24
    2.2.4 通信芯片SPC3  24-29
    2.2.5 PROFIBUS-DP开发包4  29-30
    2.2.6 电子设备数据文件(GSD)  30-31
  2.3 小结  31-32
第三章 MODBUS通讯协议  32-44
  3.1 MODBUS协议简介  32-34
    3.1.1 在MODBUS网络上传输  32-33
    3.1.2 在其它类型网络上传输  33
    3.1.3 查询—回应周期  33-34
  3.2 MODBUS两种传输方式  34-35
    3.2.1 ASCⅡ模式  34-35
    3.2.2 RTU模式  35
  3.3 MODBUS消息帧  35-39
    3.3.1 ASCⅡ帧  35-36
    3.3.2 RTU帧  36
    3.3.3 地址域  36-37
    3.3.4 功能域的处理  37
    3.3.5 数据域  37-38
    3.3.6 错误检测域  38
    3.3.7 字符的连续传输  38-39
  3.4 MODBUS错误检测方法  39-43
    3.4.1 奇偶校验  39
    3.4.2 LRC检测  39-40
    3.4.3 CRC检测  40-43
  3.5 小结  43-44
第四章智能检测仪表的开发  44-54
  4.1 智能检测仪表的硬件设计  44-49
    4.1.1 微处理器C8051F020  45-46
    4.1.2 实时参数采集模块  46-47
    4.1.3 液晶显示与键盘选择部分  47-48
    4.1.4 通信模块  48-49
  4.2 智能检测仪表软件模块的开发  49-53
    4.2.1 单片机微处理器初始化模块  50
    4.2.2 A/D转换程序模块  50-51
    4.2.3 液晶显示以及键盘功能程序模块  51
    4.2.4 通信程序模块  51-53
  4.3 小结  53-54
第五章 PROFIBUS-DP通信模块的开发  54-66
  5.1 DP通信接口模块的硬件设计  55-57
    5.1.1 双口RAM IDT7130  55-56
    5.1.2 微处理器与SPC3的通信接口电路  56-57
    5.1.3 供电电源电路  57
  5.2 DP通信接口模块的软件开发  57-65
    5.2.1 DP通信模块系统软件的整体结构  58-61
    5.2.2 DP通信模块系统初始化模块  61
    5.2.3 SPC3初始化  61-63
    5.2.4 主站数据处理模块  63
    5.2.5 从站数据发送模块  63-64
    5.2.6 诊断数据的发送  64-65
  5.3 小结  65-66
第六章基于VC6.0的上位机监测软件的开发  66-75
  6.1 上位机通信功能模块  67-72
    6.1.1 上位机通信协议规范  67-69
    6.1.2 MSCOMM控件  69-71
    6.1.3 监测软件通信模块的设计  71-72
  6.2 监测软件用户界面设计  72-74
    6.2.1 监测软件的系统功能模块  72-74
  6.3 小结  74-75
第七章系统测试  75-82
  7.1 智能检测仪表的测试  75-76
  7.2 PROFIBUS-DP通信模块测试  76-79
  7.3 PC机监控软件与智能检测仪表通信测试  79-81
  7.4 小结  81-82
第八章总结与展望  82-84
  8.1 本文总结  82-83
  8.2 研究工作的展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
附录A 智能检测仪表部分程序  88-91
附录B PROFIBUS-DP通信模块部分程序  91-93
附录C 上位机监控软件部分程序  93-96
在学期间发表的论文及参加的科研工作  96

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