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测控网络课程设计姓名： 班级：学号：同组者： 第一部分 实验要求1.要求本次实践以开发计算机测控系统为最终目的，要求掌握计算机测控系统的工作原理，学习组态王工控组态软件的使用方法，根据要求完成工程组态；掌握MODBUS通信协议的原理，开发具有MODBUS通讯功能的智能仪表，最终完成和组态工程之间的通讯。2.设计内容与时间计划（1） 熟悉组态王软件安装，基本开发环境，采用构建简单的工程（采用仿真数据和设备，工程应包含PID功能），计划时间1天；（2） 根据罐区工艺的要求，完成相应的组态工程，实现对原油储罐的监控，计划时间2天；（3） 掌握MODBUS通讯协议的工作原理，在MSP430F5438单片机上编程实现MODBUS客户端服务程序，要求通过串行口将现场的温度、泵状态、流量等参数上传到上位机上，计划时间3天。（4） 在单片机上编程实现流量、温度上下限及仪表地址和波特率等参数设置功能，同时能从上位机对仪表参数进行设置，计划时间2天。（5） 优化设计，要求当出现通讯错误时在上位机和单片机上都要做出相应的反应，计划时间0.5天。（6） 上位机采用高级语言编程，实现对现场智能仪表的控制。第6项为有能力者完成，计划时间1.5天。3.详细设计要求3.1 组态王工程部分：见附录13.2 智能仪表部分：（1）仪表支持MODBUS ASCII和MODBUS RTU通讯协议。（2）仪表具有现场参数修改功能（变送器参数、泵参数和通讯参数可以自由设置，且单位可以更改），参数最好掉电不丢失。（3）仪表具有参数上传功能，可以通过上位机实现对仪表参数的设置。（4）当上位机发送的命令有问题时，仪表应进行错误处理；当仪表返回的数据有错误时，上位机也应作出反应。3.3 MODBUS上位机软件：能够正确读写仪表数据。第二部分 实验内容组态王部分1、罐区工艺流程图2- 储油罐进口电动阀；3- 储油罐排污电动阀；4- 储油罐出口电动阀；5- 泵图1：罐区工艺流程图2、 监控要求（1）监测各罐的液位（0-20m）/ (0-1m)/温度(0-100度)（现场仪表4-20mA输出）。（2）根据各罐液位控制各罐出口电动阀（H16m, 关进口阀，选择最低液位的罐进油；H15.5m高报警, H17m高高报警； 液位H2m低报警, H1m高报警, 界位1.5m高高报警; 界位0.5m低报警, H0)if(液位1=液位2 & 液位1=液位3 & 液位1=液位4 & 液位116)进口阀1=1;进口阀2=0;进口阀3=0;进口阀4=0;液位1=液位1+泵输入总流量*系数1; else if(液位2液位1 & 液位2=液位3 & 液位2=液位4 & 液位216)进口阀1=0;进口阀2=1;进口阀3=0;进口阀4=0;液位2=液位2+系数2*泵输入总流量;elseif(液位3液位1 & 液位3液位2 & 液位3=液位4 & 液位316)进口阀1=0;进口阀2=0;进口阀3=1;进口阀4=0;液位3=液位3+系数3*泵输入总流量;elseif(液位4液位1 & 液位4液位2 & 液位4液位3 & 液位40)if(液位1=液位2 & 液位1=液位3 & 液位1=液位4 & 液位12)出口阀1=1;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=0;液位1=液位1-系数1*泵输出总流量;elseif(液位2=液位1 & 液位2=液位3 & 液位2=液位4 & 液位22)出口阀1=0;出口阀2=1;出口阀3=0;出口阀4=0;液位2=液位2-系数2*泵输出总流量;elseif(液位3=液位1 & 液位3=液位2 & 液位3=液位4 & 液位32)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=1;出口阀4=0;液位3=液位3-系数3*泵输出总流量;elseif(液位4=液位1 & 液位4=液位2 & 液位4=液位3 & 液位42)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=1;液位4=液位4-系数4*泵输出总流量;if(排污阀1=1 | 排污阀2=1 | 排污阀3=1 | 排污阀4=1)液位1=液位1-排污阀1*0.1;液位2=液位2-排污阀2*0.1;液位3=液位3-排污阀3*0.1;液位4=液位4-排污阀4*0.1;if(液位1=16)进口阀1=0;if(液位2=16)进口阀2=0;if(液位3=16)进口阀3=0;if(液位4=16)进口阀4=0;if(液位1=2)出口阀1=0;if(液位2=2)出口阀2=0;if(液位3=2)出口阀3=0;if(液位4=2)出口阀4=0;if(泵输入总流量=0)进口阀1=0;进口阀2=0;进口阀3=0;进口阀4=0;if(泵输出总流量=0)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=0;智能仪表部分Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。1、 变量定义及函数声明unsigned char RX32; /单片机接受数据数组unsigned char TX32; /03功能时单片机发送数据数组unsigned char TX632; /06功能时单片机发送数据数组unsigned char Buf10; /存储数据的数组unsigned int flag; / 上位机发送数据标志位unsigned int flag1; /单片机应答数据标志位unsigned int flow; / 流量值unsigned int temperature; /温度值unsigned char LRC; /上位机发送数据校验码unsigned char LRCt; /单片机应答数据校验码void TTXX();void In_LRC();void Out_LRC(); unsigned char shitohex(unsigned int shi) ;unsigned char asciitohex(unsigned char ascii) ;void selflow(unsigned char selflow) ; void seltemp(unsigned char seltemp) ;unsigned char MODBUS_LRC(unsigned char *auchMsg, unsigned short usDataLen);unsigned char hextoascii(unsigned char hex);void RS232_init();void RS232_open();void RS232_close();2、 串口初始化void RS232_init()/ RS232 串口初始化 9600,N,8,1 UART2P9DIR = 0xFF;P9SEL = 0x30; / P9.4,5 = USCI_A2TXD/RXDUCA2CTL1 |= UCSWRST; / *Put state machinein reset*UCA2CTL1 |= UCSSEL_2; / CLK = SMCLKUCA2BR0 = 78; / 9600 (see UsersGuide)UCA2BR1 = 0x00; /UCA2MCTL |= UCBRS_0+UCBRF_2+ UCOS16; / Modulation UCBRSx=6, UCBRFx=0UCA2CTL1 &= UCSWRST; / *Initialize USCI state machine*/ RS232 串口打开 UART2void RS232_open()UCA2IE |= UCRXIE; / Enable USCI_A2 RX interrupt/ RS232 串口关闭 UART2void RS232_close()UCA2IE &= UCRXIE; / Disable USCI_A2 RX interrupt3、 上位机利用UART中断给单片机发送指令#pragma vector=USCI_A2_VECTOR_interrupt void USCI_A2_ISR(void) while (!(UCA2IFG & UCTXIFG); / 判断是否发送完毕 if(UCA2RXBUF = :) /：为起始标志，如果开始，标志位flag置位 flag = 1; tempnumb-; if(flag=1) /当标志位flag置位说明发送命令开始，开始接受命令数据 RX0 = :; if(UCA2RXBUF != 0x0D & UCA2RXBUF != 0x0A ) /只要不是回车换行符，就依次将数据存入接受数组RX中，同时计数变量tempnumb加1 tempnumb+; RXtempnumb = UCA2RXBUF ; if(UCA2RXBUF = 0x0D) /若是回车 tempnumb+; RXtempnumb = D ; if(UCA2RXBUF = 0x0A) /若是换行 tempnumb+; RXtempnumb = A ; flag=0; /接受标志位清零 flag1=1; /发送标志位置1 TTXX(); /调用发送数据函数 4、 单片机通过UART中断向上位机发送应答指令void TTXX() int i; int j; unsigned int b; unsigned int c; unsigned int d; unsigned char temp; In_LRC(); /计数上位机发送命令校验码 if(RX8=1) /如果地址为寄存器0001，发送流量数据 shitohex(flow); if(RX8=2) /如果地址位寄存器0002，发送温度数据 shitohex(temperature); if(RX3=0 & RX4=3) /如果是03号功能 if(LRCHi = RXtempnumb-3) &(LRCLo = RXtempnumb-2) /如果上位机发送校验码正确 for(b=0;b4)&0x0F); TX6 = hextoascii(temp*2)&0x0F); for(i=0;itemp*4;i+=2) TX7+i = hextoascii(Bufi); /要发送的数据 TX8+i = hextoascii(Bufi+1); tempnumt = 7+i; /统计数据长度，用于计算校验码 Out_LRC(); /计算单片机发送数据校验码 TX7+i = LRCHi; TX8+i = LRCLo; TX9+i = 0x0D; TX10+i = 0x0A; for(j=0;j=(10+i);j+) /单片机发送数据 while (!(UCA2IFG & UCTXIFG); / 判断是否发送完毕 UCA2TXBUF=TXj; else /如果校验码不正确，返回错误代码 Input LRC ERROR!只能通过串口调试看到 ERR19=8; ERR20=TX4; for(d=0;d=20;d+) while (!(UCA2IFG & UCTXIFG); / 判断是否发送完毕 UCA2TXBUF=ERRd ; else if(RX3=0 & RX4=6) /如果是06号功能 for(c=0;c=tempnumb;c+) TX6c = RXc; while (!(UCA2IFG & UCTXIFG); / 判断是否发送完毕 UCA2TXBUF=TX6c; selflow(TX610); /设置流量值 seltemp(TX611); /设置温度值 flag1=0; /单片机发送标志位清零 tempnumb=0; /上位机发送数据计算值清零5、 LRC校验模块unsigned char MODBUS_LRC(unsigned char *auchMsg, unsigned short usDataLen) unsigned char uchLRC = 0 ; / LRC 初始化 while (usDataLen-) / 完成整个报文缓冲区 uchLRC += *auchMsg+ ; /缓冲区字节相加，无进位 return (unsigned char)(-(char)uchLRC) ; / 返回二进制补码 （2）发送和应答校验码计数程序 void In_LRC() unsigned int a; for(a=1;a(tempnumb-3);a+=2) tempRX(a-1)/2=(asciitohex(RXa)4)&0x0F); LRCLo = hextoascii(LRC&0x0F); void Out_LRC() unsigned int c; for(c=1;ctempnumt;c+=2) tempTX(c-1)/2 = (asciitohex(TXc)4); tempTX(c-1)/2 = (asciitohex(TXc)4)&0x0F); LRCtLo = hextoascii(LRCt&0x0F); 6、 进制转换/十六进制数转换为ASCII码 unsigned char hextoascii(unsigned char hex) if(hex=0x09) return hex+0x30; else return hex+0x37; /ASCII码转换为十六进制的数 unsigned char asciitohex(unsigned char ascii) if(ascii=0x39) return ascii-0x30; else return ascii-0x37; /十进制转十六进制， 由于组态王通信时会自动将十六进制数转换位十进制数， 因此需要在 单片机内将十进制数转换位十六进制数，这样组态王读到的就是十进制的数据。 unsigned char shitohex(unsigned int shi) int i,b,d,c; int a=0; d=4;char shiliu10; while (shi) /shi代表相应的十进制数 c=shi%16; /每次除以16取余求得相应的十六进制数 shi=shi/16; shiliua = c; a+; for(i=a;i=4;i+) /得到的数据首位倒置，才是要求的十六进制数 shiliui=0; for(b=0;b4;b+) d-; Bufb=shiliud; return 0; 7、 波特率、流量、温度的设置void selflow(unsigned char selflow) /选定流量 switch(selflow) case 0:flow=100; break; case 1:flow=1799; break; case 2:flow=5000; break; default:flow=1799; break; void seltemp(unsigned char seltemp) /选定温度 switch(seltemp) case 0:temperature=1;break; case 1:temperature=20; break; case 2:temperature=100; break; default:temperature=20; break; void selbps(unsigned char selbps) /设定波特率 switch(selbps) case 0: UCA1CTL1 |= UCSSEL_1; / 时钟源选择 UCA1BR0 = 0x1B; /1200 UCA1BR1 = 0x00; UCA1MCTL = 04; break; case 1: UCA1CTL1 |= UCSSEL_1; / 时钟源选择 UCA1BR0 = 0x0D; /2400 UCA1BR1 = 0; UCA1MCTL = 0X0A; break; case 2: UCA1CTL1 |= UCSSEL_1; / 时钟源选择 UCA1BR0 = 6; /4800 UCA1BR1 = 0; UCA1MCTL = 0x0C; UCA1CTL1 &= UCSWRST; / 使能串口功能 UCA1IE |= UCRXIE; / 使能接收中断 _BIS_SR(GIE); break; case 3: UCA1CTL1 |= UCSSEL_1; / 时钟源选择 UCA1BR0 = 3; /9600 UCA1BR1 = 0; UCA1MCTL = 06; UCA1CTL1 &= UCSWRST; / 使能串口功能 UCA1IE |= UCRXIE; / 使能接收中断 _BIS_SR(