《物联网安装与调试》课件-2.2农业气象站监测系统-数据解析

项目二农业气象站监测系统物联网工程设计与应用开发小型气象监测站的监测要素有很多种，包括：温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、辐射、负氧等几十种气象要素。这些气象要素都是通过传感器来实现监测的，每种要素都对应一个传感器！风速的监测就是用风速传感器、湿度的监测对应湿度传感器....对于这些气象要素的选择，其实也是就气象传感器的选择，传感器可以根据实际使用需求选择，可以选择其中的某几个气象监测要素！本章农业气象站系统监测的数据主要有三项：室外环境的风速、二氧化碳、大气压力。摘要掌握农业气象站监测系统在仿真软件中的连线图掌握农业气象站监测系统的安装与调试掌握农业气象站监测系统的数据采集掌握模拟量传感器的数据解析技能目标及能力要求教学目标

模拟量采集器数据解析任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04模拟量采集器数据解析本任务重点在于如何利用解析工具对4017模拟量采集器收集的农业气象数据进行有效解析，确保数据的准确性和可用性。同学们不仅需要理解4017模拟量采集器在农业气象监测中的作用，而且需要掌握数据解析工具的应用，对采集到的模拟信号进行数字化转换。掌握数据解析的基本流程。任务描述任务描述任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04模拟量采集器数据解析

1、协议介绍：ModBus是一种串行通信协议，是Modicon公司（现施耐德电气）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表，ModBus已经成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。ModBus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因由：公开发表并且无版权要求可以在不同设备厂商的设备上可以解析的软件层协议。Modbus协议全球第一个真正用于工业现场的总线协议，完全免费。电子控制器上的一种通用协议，多工业设备包括PCL\DCS\变频器\智能仪表等都在使用。Modbus支持多种电气接口，如RS-232、RS-485,还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、无线等。Modbus协议的版本MODBUS通信协议提供了ASCIl和RTU（远程终端单元）两种通信模式。ASCll模式的主要优点是允许字符之间的时间间隔长达1S，也不会出现错误。RTU模式的优点是在相同波特率下其传输的字符的密度高于ASCIl模式，每个信息必须连续传输。Modbus协议的组成部分

Modbus是一种单主/多从的通信协议，即：在同一时间里，总线上只能有一个主设备，但可以有一个或多个（最多247个）从设备。主设备向从设备发送Modbus请求报文的模式有两种：

单播模式：主设备寻址单个从设备。

广播模式：主设备向Modbus网络中的所有从设备发送请求报文，从设备接收并处理完毕后不要求返回响应报文。Modbus协议的组成部分ASCIl模式数据传送约定在数据格式中每个16进制字符（0~9）、（A~F）都转换成ASCll码发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达1秒，而不产生错误。Modbus协议的组成部分RTU消息帧模式，消息的发送与接收以至少3.5个字符的时间的停顿间隔为标志。当检测到地址域时，各设备都对其进行解码以判断该帧是否发给自己Modbus协议的组成部分代码功能码名称位/字操作操作数量01读线圈状态位操作单个或多个02读离散输入状态位操作单个或多个03读保持寄存器字操作单个或多个04读输入寄存器字操作单个或多个05写单个线圈位操作单个06写单个保持寄存器字操作单个15写多个线圈位操作多个16（0x10）写多个保持寄存器字操作多个Modbus协议的功能码功能码分类：公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码读线圈/离散量输出状态功能码01:读取从设备的线圈或离散量的输出状态读离散量输入值功能码02:读取从设备的离散量的输入状态读保持寄存器值功能码03：读取从设备保持寄存器的二进制数据读输入寄存器值功能码04:读取从设备输入寄存器的二进制数据写单个线圈或单个离散输出功能码05:将单个线圈或单个离散输出状态设置为“ON”或“OFF”Modbus协议的功能码从设备地址功能码起始地址寄存器个数CRC校验0101000000077DC8注意：Modbus的线圈是以位为基本单位，即：每个寄存器分别对应1个二进制位。请求报文连续读取7个寄存器的内容，将返回1个字节。发送报文：响应报文：从设备地址功能码数据字节数据（7位）CRC校验01010101

9048获取数字量状态值功能码01是读线圈状态Modbus协议的功能码从设备地址功能码起始地址寄存器个数CRC校验02030000000844

3F注意：Modbus的保持寄存器和输入寄存器是以字为基本单位，即：每个寄存器分别对应2个字节。请求报文连续读取8个寄存器的内容，将返回16个字节。发送报文：响应报文：从设备地址功能码数据字节数据（8个字）CRC校验020310

688301FBAC26FFFFE6ACFFFF1E9D01409048获取模拟量数据值功能码03是读保持寄存器Modbus协议的功能码

模拟量采集器通讯传输过程使用ModBus通讯协议，该分为RTU协议和ASCII协议，本项目中多种仪表都采用ModBusRTU通讯协议。执行过程：主要包括输入数据的采集、数据处理和输出结果的传输等几个关键环节。首先，ADAM4017通过其内置的多路输入接口，采集来自不同传感器的信号。这些信号可以是模拟量，如热电偶或热阻传感器所产生的电压或电阻变化。模块内的ADC（模数转换器）负责将模拟信号转换为数字信号，使其能够被后续的处理单元识别和分析。然后经过处理的数据通过多种通信接口（如RS-485或Modbus协议）传输至上位机或其他控制系统，供用户进行监控和决策。ADAM4017的设计使其在执行过程中的响应快速且稳定，能够满足工业环境中对温度监测的严格要求。ADAM4017解析协议说明03030000000845ee地址码功能码起始地址

读取数量（设备包含8通道）

CRC校验码请求格式分析：030310FF...FFDD91地址码功能码位数（16）8个通道16位byte值CRC校验码响应格式分析：当未连接传感器时，采集器设备默认状态下参数和指令为：波特率：9600请求：03030000000845ee响应：030310FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFDD91ADAM4017的转换公式（1）信号的变换需要经过以下过程：物理量－传感器信号－标准电信号－A/D转换-数值显示。这里只做线性的信号变换，略过传感器的信号变换过程。那得到换算公式：T=(最大量程-最小量程)/65535*模拟量值+最小量程

CRC校验码方法一：Modbus计算CRC码的步骤为：预置16位寄存器为十六进制FFFF（初始值即全为1）。称此寄存器为CRC寄存器；把第一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器；把寄存器的内容右移一位(朝低位)，用0填补最高位，检查最低位；如果最低位为0：重复第3步(再次移位);如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001（1010000000000001）进行异或；重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理；重复步骤2到步骤5，进行下一个8位数据的处理；最后得到的CRC寄存器即为CRC码。

CRC校验码使用网页版CRC计算器：可以直接使用该/crc.html，输入需要校验的数据，选择参考模型为CRC-16/MODBUS,点击计算即可，如图所示，需要注意的是这边的结果是高位在左底位在右。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04模拟量采集器数据解析安装解析工具数据获取12指令解析3任务实施安装解析工具（1）安装解析工具软件，双击打开解析工具软件安装包，按照安装向导完成解析工具的安装，可以选择安装在计算机的系统盘或其他盘。安装解析工具（2）安装完成后，将生成桌面图标“解析工具”，如下图所示。双击该图标打开解析工具软件，得到软件界面如右图所示。123任务实施安装解析工具数据获取指令解析数据获取（1）使用实训仿真软件，导入项目的仿真资源包。（2）打开典型物联网“解析工具”软件，设置好串口及波特率，点击“连接”按钮，如图所示。数据获取（3）点击“连接”。在“发送命令”输入框中输入指令（02

03

00

00

00

08

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3F），我们需要知道这个指令对应的含义。

①

02：表示地址码，是当前4017设备上显示的地址码。②

03：因为4017采集器用于获取传感器数值，所以设置为执行modbus功能码03读保持寄存器。③

0000，0008：分别为起始地址和读取量，该4017可同时连接8个传感器，所以读取量为08。数据获取④443F：表示校验码。获取校验码可以使用网页版CRC计算器，在浏览器中输入/crc.html进入网页。将获取到的指令020300000008输入文本框，选择对应的校验码类型，点击计算。注意:这边的结果是高位在左底位在右。最终获得请求指令为020300000008443F。数据获取将发送指令复制到解析工具文本框中，然后点击“发送指令”，在数据响应区得到结果，如图所示。123任务实施安装解析工具数据获取指令解析指令解析（1）经过步骤2的操作，我们将获取到模拟量采集器采集的3个传感器的值，对应三个通道的硬件设备。如图所示。指令解析（2）打开详值解析界面。采集的数据在指令解析结果的第3位表示的是16个信号端口。而16转换为16进制则为10。（3）这边以二氧化碳传感器为例，在仿真系统中连接的位置是VIN0口，那么采集的数据在指令解析结果的第4位和第5位，接下来对第4位和第5位的数据进行进制转换，得到十进制值。如图所示，数据转换请按照图例选择。指令解析（4）转换公式框内输入公式：（最大量程-最小量程）/65535*模拟量值+最小量程，得到当前监测到二氧化碳的数值。如图5-32所示，和软件计算的结果对比，是否一致。最后，同学们可以仿照二氧化碳传感器的采集方法，练习风速传感器和大气压力传感器，加强本章节学习。任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04模拟量采集器数据解析任务考核1、请参照评价标准完成自评和对其他小组的互评。2、各组请代表分析本组任务实施经验。评价指标评分细则分值得分计划与准备(10分)做好