基于MODBUS协议的医药环境监测系统的设计

1、在线测试与故障诊断电子测量 技术electronic measur ementtechnology第 3 4卷 第 7期20 11年7月基于 modbus协议的医药环境监测系统的设计朱星刘开华宫霄霖( 天津大学电子信息工程学院天津300072)摘要:药 品 储 存 环 境的 好 坏 会 直 接 影 响 药 品的 质 量。 针 对这 一 情 况, 在 配备 了 温 湿 度 记 录 仪 的 基 础 上, 对m odbus 协议进行了深入的研究,设计出了 应用 rt u 传输模式的医药环境监测系 统。当药品仓库的温湿 度数据通过 rs485总线传给pc时, 上 位机软件对数据进行处理最终以曲 线形式

2、 实时显 示并将数 据保存 到 a ccess数据库 中,当温湿 度数据超出预先设定的范围时系统会自动报警。该系统实现了对 数据的实时 采集、存储与回 放。实验 结果表明, 系统运行稳定可靠, 达到了预期的效果。关键词 : m odbus 协议 ;rtu 模式 ; 温湿度采集 ; 上位机软件中图分 类号 : tp274文献标识码 : adesign of pharmaceutical environmentalmonitoringsystem on modbus protocolzhu xingl iu k aihuagong x iaolin( school of electronicinf

3、ormationen gineering, t ianjin u niver sity, tianjin300072)abstract:the stor ageenvironment of drug product will dir ectly affect the quality of medicines. in response,we study them odbus protocol in this paper and design rtu transmission mode for pharmaceutical envir onmental monitor ingsystem base

4、don equipped with a temperature and humidit y recorder. w hen the temperature and humiditydata in thedr ug warehouse is passed to the pc thr ough rs485, the data w ill be processed,saved to access database and displayedas a curv e by the softw are of upper machine. furt hermor e,the system w ill aut

5、o matically alert w hen the temperatur eandhumiditydata exceeds pre set range. the system accomplishes the real time acquisition, stor age and playback of thesignal. the experimental results demonstr ate the good data acquisition capability of the softw are.keywords:modbus prot ocol; rt u mode; temp

6、erature and humidity acquisition; software of upper machine本文于2011 年 5 月收到。0引言药品是人类用于预防、诊断、 治疗疾病的特殊商品 , 储存环境的好坏会直接影响药品的质量,目前医药行业药品储存环境的温湿度检测设备主要是温度计、温湿度记录仪 ,大多数医药储存流通企业还在使用传统的温度计, 数据手工记录 ,药品流通温湿度监管水平低, 数据可靠性差。随着国内经济迅速发展 ,根据国家药监总局gsp认证的要求及对药品电子监管的发展需求 , 药品库房、冷链流通各环节的温湿度数据采集 1的准确及可靠 , 采用高效可靠的数据采集系统对其进

7、行在线实时监管已是当今药品科学监管的必然趋势。本文设计了 1 种基于 m odbus协议的医药环境监测系统 , 主要利用到 delphi7 开发环境和 a ccess数据库。1系统结构本系统如图 1 所示。由 3 部分组成 :图 1系统 结构108朱星 等 : 基于 m odbu s协议的医药环境监测系统的设计第 7 期1) 温湿度监测与采集的传感器和温湿度记录仪;2) 双绞线和 rs485转换器等数据传输媒介;3) 管理部门的数据库监管、 数据处理、 报警提示。本系统中 , 每个温湿度记录仪最多可连4 个传感器 , 各个记录仪通过双绞线按照rs485 总线的方式连接到1 台或多台计算机上 ,

8、 目前系统最多可连接16 台温湿度记录仪。在所连接的计算机中, 其中的 1 台主机负责于向从机发布指令并对接受的数据进行处理, 显示并保存到数据库中 ; 其他的主机则主要执行监听功能。2硬件架构本系统配备了多台温湿度记录仪, 每台记录仪前端最多可一次连接8 个通道 (4 个温湿度传感器 ) 。多台温湿度记录仪通过 rs485总线连接并由 pc 对其进行监控。由监控计算机通过m odbus 协议设定查询周期, 循环读取实时数据。其中系统的温度范围设定为- 40 60,相对湿度范围为 10% 98%, 当温度或者相对湿度超出该范围时 , 系统会自动报警。3modbus 协议的设计与实现3. 1mo

9、dbus协议简介modbus协议1, 4是应用于电子控制器上的1 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 ) 和其他设备之间可以通信。它已经成为1 通用工业标准。有了它 ,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络 ,进行集中监控。标准的 modbu s口是使用 rs232c兼容串行接口 , 它定义了连接口的针脚、 电缆、信号位、传输波特率、 奇偶校验。控制器能直接或经由modem 组网。控制器通信使用主 从技术 , 即仅一设备 (主设备 ) 能初始化传输 (查询 )。其他设备 (从设备 ) 根据主设备查询提供的数据做出相应反应。典型的主设备 :主机和可编程仪表。

10、典型的从设备: 可编程控制器。主设备可单独从设备通信, 也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回一消息作为回应, 如果是以广播方式查询的, 则不作任何回应。主设备和从设备之间的查询回应周期表如图2 所示。图 2查询 回应周期表标准的 m odbus 协议 2 4有 2 种传输方式 : ascii 模式和 rt u 模式。以 a scii( 美国标准信息交换代码) 模式通信时 , 在消息中的每个 8 bit 字节都作为 2个 ascii 字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1 s而不产生错误 ;而当控制器以rtu ( 远程终端单元 ) 模式通信时 , 在消息中的

11、每 8 bit 字节包含 2 个 4 bit 的十六进制字符 , 在同样的波特率下, 可比 ascii 方式传送更多的数据。因此在一般工业现场中, rtu 模式更为常用。3. 2modbus通信协议的设计与实现本系统采用 rt u 传输模式 , 1 个启始位 , 无校验位 , 2个停止位 , 通过 232物 理接 口与主 机相 连, 联接 速率 为57 600 bps。 主设 备和从 设备 的消 息帧 格式 如表 1、 表 2所示。表 1主设备消 息帧格式从机地址功能码数据地址寄存器数量crc168 位8 位16位16 位16 位表 2从设备消 息帧格式从机地址功能码数据个数数 据crc168

12、 位8 位16位8n 位16 位收帧处理的主要流程为: 温湿度记录仪中断程序接收上位机 pc 发来的地址信息, 看是否是给本站发来的, 若是,则作 crc校验 ; 若不是 , 则不予理睬。若crc 校验正确,针对不同的功能代码进行读、写等的数据操作 , 最后给上位机 pc 发回反馈数据。收帧处理程序的流程图如图3所示。图 3收帧处理 程序流程校验码使用的是循环冗余法crc165 6, 生成程序流程如图 4 所示。109第 34卷电子测量技术图 4crc 产生过程4上位机软件的设计与实现本系统中使用的上位机软件 7 8设计平 台是 borlanddelphi 7 9 10开发环境。它是1 种是全

13、新的可视化编程环境 , 提供了 1 种方便、快捷的 windows 应用程序开发工具。delphi 具有基于窗体和面向对象的方法, 可读性好、编写容易 , 有强大的数据库支持 , 使用编译器创建的应用程序只生成单个可执行文件 ,同时 , 高速的编译器使得程序开发和运行的周期短11 12。4. 1软件设计模型图 5 为软件设计模型。图 5软件设计模型4. 2软件的实现4. 2. 1串口通信模块基于 m odbus协议的主设备pc与从设备进行串口通信 时, 采 用 delphi7 编 程 工 具 里 的 spcomm 控 件,spcomm 控件简化了底层的通信编程, 提供了丰富的与串口通信密切相关

14、的属性和事件, 支持对各种串口的操作。4. 2. 2主机通信处理定时主机为主动通信方式 , 通信开始后主机依次询问各从机并等待从机的应答 , 主机发出某一询问码后 ,必须在一段时间内收到对应从机的应答。4. 2. 3数据处理模块从设备传给 pc的数据经校验无误后, 运用 sql 语句将数据存入 access 数据库 , 并将各通道的温湿度数据以曲线形式实时地显示在上位机软件的界面中, 如图 6 所示。同时用户可以根据查询的结果, 导出 excel 表格, 再对其进行分析处理。图 6数据采 集曲线5结论本文提出的利用modbu s协议实现的医药环境监测系统已成功运用于药品仓库温湿度数据的实时监测

15、, 现场运行良好 , 数据传输的可靠性、实时性强。由于 m odbus串行通讯技术有着实现简便、系统集成费用低以及通讯距离远( rs485/422) 等特点 , 所以, 在各个行业的应用也都很广泛。伴随着多种通讯方式可以融合并存的发展趋势 , modbus 串行通讯技术仍会保持广泛的应用前景。参 考 文 献1胡平平 , 王东兴 . modbus 协议在 无线监控系 统中的应用 j. 计算机工程与应用, 2005, 17( 5): 211 214.2陆晶 , 薛伟 . 基于 m odbus 协议的温度采集系统设计 j. 电子测量技术 , 2009, 32( 12): 25 27.( 下转第 11

16、4 页)110第 34卷电子测量技术5杨妍 ,苏彦民 , 李 辉, 等. 电源 测试系 统的 设计 和实现j . 现代电子技术 , 2005, 20(14) :98 102.6郑良广 ,倪喜 军, 赵剑锋 . 基于线性光耦的强隔离直流电压检测方法 j . 电工电气 , 2009, 30(11) :53 55.7杨居朋 ,王军 民, 刘迪仁 . 基于 线性光 耦 h cnr201 双极性信号隔离电路 j . 光电 技术 应用 , 2009, 24( 6):51 54.8孙攀峰 ,刘荣辉 , 夏学锋 .基于 ad536a 的地层压力测井电源 检 测 技 术 j . 国 外 电 子 测 量 技 术,

17、 2011, 30(1) : 25 27.9贺小亮 ,李艾 华, 王帆胜 . 基于 isa 总线的数据采集卡的设计 及 应 用 j. 电 子 测 量 技 术, 2008, 31 ( 6) :129 132.10刘明波 ,耿文 建, 华 安,等. ir ig b 码的 产生与 解调系统设计与实现 j. 国 外电 子测 量技 术, 2010, 24( 5) :47 51.11童俊 , 杨国田 . 基于 cpld 的 isa 与 ca n 总线通信系统设计 j. 中国电力教育 , 2007, 23(3) :177 178.12张昊 , 师奕兵 , 王志刚 . 基于 cpld 的多路全并 行连续数据采

18、集技术研究 j . 电子 测量 与仪 器学 报, 2010,24( 3):244 249.作 者 简 介王帅, 1974年出生 ,男 ,黑龙江齐齐哈尔人, 工学硕士 ,讲师 , 毕业于桂林电子科技大学, 现为北京邮电大学在读博士生 , 主要研究方向为测控技术及仪器方面的研究。e mail: wangs2680163. com( 上接第 110页)3邵俊 , 楼卫 东, 熊月 宏, 等. 基 于 m odbus 协 议温 湿度数据 采集系 统的实 现 j . 电子测 量技术 , 2010, 33(3) : 122 125.4王丽君 ,林伟国 , 谭凤贵 .粉体静 电实时在线监控系统设计 j . 电子测量与仪器学报, 2008, 22(3) : 83 86.5向 阳, 徐景 涛, 董 鹏 永. 基 于 modbus 协 议的 crc编码研究 j . 研究与探讨 , 2007( 9):40 43.6李晓珍 ,苏建峰 . 循环冗余校验crc 算法分析及 实现j . 中国科技信息 , 2010( 13): 100 101.7郭 知明 , 杨世凤 . 基于 gprs 技术的 城市管网监 测系统的研 究 j. 国 外 电 子 测 量 技 术, 2009, 28( 12) :81 83.8张晴