基于modbus协议的acr系统上位机监控系统的设计

基于modbus协议的acr系统上位机监控系统的设计

acr系列多功能能源设备是针对矿工、公共机构和智能设备的能源监控所设计的智能表。它结合了所有能源行气参数的测量、所有能源行气的测量和评估管理。在现实应用中,共有20个ACR仪表挂接到PC机的串口上。针对该特点,本文完成了电力监控系统的设计。系统使用VisualBasic语言编写,采用MODBUS通信协议,在轮询模式下与20个仪表进行通信。1联合网络通信协议1.1信息帧编码crcMODBUS协议是基于RS232/485的半双工异步通信协议,目前在工业上应用广泛。它只允许在主机和终端设备之间通讯,并且所有通信过程都是由主机发起,终端设备不具备发起通信的作用。MODBUS协议中信息帧格式如表1所示,主要由地址码、功能码、数据区和CRC校验码组成。地址码:地址码标示了某终端设备在整个系统中的编号,其长度为1B,最大可以表示256个终端设备。在本文的设计中,共使用了20个终端设备,故地址码范围为01H-14H。功能码:功能码一般在终端设备的相关手册中给出,定义了终端设备可以响应的命令格式。本设计中涉及到的功能码见表2。数据区:在本系统中,数据区是终端设备响应的主机命令后发出的数据,由于系统需要,共读取了8个寄存器里的数据,每个寄存器大小为2个字节,故本设计的数据区长度为16B。CRC校验码:在信息帧的最后为循环冗余校验(CRC),本文用到的是CRC-16算法,所以在信息帧中共占用了2个字节。简单来说,CRC校验的过程是发送端先利用相应算法计算得到CRC值,然后将该值拼接到数据区之后;接收完数据后,接收端利用相同的算法重新计算数据区的CRC值,然后与接收到的CRC值对比,若两个值相等,则传输没有错误。关于CRC-16算法具体实现过程可以参考3.3节。1.2读取电压数据上面的例子是本文实现的功能,即从某终端设备(此例为1号从机)中读取其采集到的电压数据。其中,小数点的地址码为0023H,符号的地址码为0024H,相电压的地址码为0025H-0027H,线电压地址码为0028H-002AH。2基于两种协议的通信ACR系列仪表提供了RS485通讯接口,可以采用MODBUS协议进行通信。针对实际情况,本文的硬件连接为线形总线结构,共挂接20个仪表,通信地址为1～20,通讯速率默认设置为9600bps。3crc校验数据的接收和发送模块的软件设计系统软件设计采用模块化的设计风格,共划分为串口初始化模块、数据接收模块、数据发送模块。数据接收和发送模块都包含了CRC校验函数。具体软件流程见图2。另外还设置了错误机制,在串口初始化模块中,如果出现错误则自动进入错误机制,使用消息弹窗的方式给用户提醒。3.1波特率、8位数据位编码串口初始化主要完成通信参数的设置工作,本文采用的是9600的波特率、8位数据位、无校验位和1位停止位,接收缓冲区和发送缓冲区分别为1024字节和4096字节,使用二进制方式读取数据。3.2crc校验算法结果数据接收模块主要完成数据的接收和解析任务,主要过程如下:1)读取缓存数据并将其转换为16进制;2)去除最后两字节数据,并对剩余数据进行CRC校验;3)与原数据最后两字节比较以确定CRC校验的正确性;4)CRC校验正确后,根据手册解析数据并在主界面上显示。读取缓存数据利用VB里封装的Mscomm控件功能模块实现,CRC校验为自编函数,其详细实现过程见3.4。3.3校验码的主要流程数据发送模块用于发送查询命令,本文中用到的命令见表3,主要流程为:1)对待发送数据进行CRC校验;2)将得到的两字节校验码拼接到待发送数据的后面;3)将拼接后的数据送入发送缓存区发送出去。3.4crc读取数据处理CRC校验函数是MODBUS协议中的重要一环,在数据接收和发送中都要对数据进行校验,如果校验出错,将会导致数据无法发送和接收。算法实现步骤如下:1)定义一个两字节的CRC寄存器,并将其预置为FFFFh;2)从最低位开始,将待校验数据中的8位与CRC寄存器进行异或,结果存回CRC寄存器中;3)把CRC寄存器最高位补零,右移一位,并检查其最低位的值;4)若最低位为1,则把寄存器与预定义的多项式异或,(文中使用的多项式为A001h),结果存回寄存器,若最低位为0,则进入下一步骤;5)重复3、4两个步骤,直到移位8次后,完成第1个8位数据的处理;6)维持CRC寄存器的值不变,并将其与待校验数据的下一个8位异或,并按照前一个数据的操作进行8次移位,即重复步骤2-5;7)所有的数据处理完成后,CRC寄存器内的值就是最终的CRC结果。4实验数据的分析本文以VB为主要工具,实现了基于modbus协议的电力监控系统。针对20个从机的实际情况,采用了轮询