单片基础技术 4

项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作项目简介0

在本项目中，使用微信小程序设计操作界面，利用手机蓝牙功能和作业环境显示屏通讯，实现温度、风速、风向等参数的显示和实时调整。

服务于特种作业低压电工、高压电工等工种的实际操作考核项目。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作项目背景12025年应急管理部关于印发《安全生产考试机构和考试点管理规定》的通知中要求，登高架设作业、高压电工作业等工种的实操考核现场需配备作业环境显示屏，以设置和展示温度、雨、雪、雾、风向、风速等天气情况。本项目就是设计制作满足上述要求的显示屏。做业环境显示屏如下图8-1所示。图8-1作业环境显示屏项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作项目分析2在作业环境显示屏的设计中，需要解决几个方面的问题。1．信息的传输项目中使用河北蓝蜂物联网公司的蓝牙模块和手机蓝牙功能进行数据传输。蓝牙模块型号为BM10，工作电压DC3.3V。显示屏控制器中单片机型号为STC15H2K48S4，工作电压1.8--5.5V，通过串口2和蓝牙模块通讯，通过串口1和LED显示屏控制卡通讯。LED屏电源模块输出电压为DC5V，此电压可直接给单片机供电，DC5V经LM117-3.3V电源芯片由DC5V降压到3.3V，给蓝牙模块供电。2．手机的应用界面设备的执行项目中的手机操作界面由河北蓝蜂物联网公司的“蓝蜂云屏”小程序编写，小程序为模块化设计，界面搭建简单方便，小程序运行前打开手机的蓝牙功能、位置信息功能后即可和蓝牙模块通讯，通讯使用MODBUS协议，通过相关命令，设置寄存器数值，再通过单片机程序解码，控制LED屏内容显示。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作项目分析23．LED显示屏控制项目中LED显示屏由12块单红、半户外、P10模块组成。输入电压为AC220V，电源模块输出为DC5V/40A。显示卡为北京显通电子的CK-64E模块，工作电压DC5V，与单片机控制器通过RS485通讯。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计31．电源部分显示屏进线电压为AC220V，采用两块AC220V/5V-40A电源模块并联给显示板和控制器供电，显示屏控制器设有防反接二极管，并经LM1117-3V3降压芯片给蓝牙模块等供电。电源部分原理图如图8-2所示。图8-2电源部分原理图项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计32．功能模块部分（1）蓝牙模块

蓝牙模块采用石家庄蓝蜂科技有限公司的BM10模块，其外型如图8-3所示，参数如表8-1所示。图8-3BM10蓝牙模块项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计3（2）LED显示屏控制卡LED控制卡采用北京显通电子的CK64E模块，其外形如表8-4所示，参数如表8-2所示。图8-4显示屏控制卡项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计33．通信部分

项目中单片机控制采用双串口通讯，串口1和LED控制卡通讯，采用RS485标准，用于输出LED显示屏显示内容，串口2和蓝牙模块通讯，采用TTL电平，用于接收、解码手机微小程序发出的设置指令。

（1）LED显示屏控制卡通信

由于LED控制卡采用RS485通讯方式，所示电路中设置了485转换芯片，并根据电路特点，设置了上/下拉电阻和线路保护器件。LED控制卡通讯如图8-5所示。图8-5LED控制卡通讯部分项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计3（2）蓝牙模块通讯

由于蓝牙模块采用UART方式通讯，接口为TTL电平，所以与单片机串口2交叉连接即可，电路中设置了上/下拉电阻和限流电阻。

蓝牙模块通讯电路如图8-6所示。图8-6蓝牙模块通讯部分项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计33．电路设计汇总（1）电路原理图

作业显示屏电路原理图如图8-7所示。图8-7作业显示屏原理图项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作硬件电路设计3（2）元器件清单

作业显示屏整体原理图如表8-3所示。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计41．编程思路作业环境显示屏程序分为微信小程序模块和单片机程序模块。（1）微信小程序模块

微信小程序的编写使用河北蓝蜂信息科技有限公司的“蓝蜂云屏”方案，其基于蓝牙无线通讯实现手机对设备运行状态的在线和无线监控。可像HMI触摸屏一样实现组态画面、参数配置、启停操作、历史数据记录、报警等功能，具有成本低、显示美观、开发简单等特点。具体流程如下：项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计41）登录平台，注册账户在电脑端输入“”网址，打开蓝蜂云屏开发者平台，并根据提示，注册账号。如图8-8所示。图8-8注册蓝蜂云屏开发者账号项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计42）新增产品

产品是一种设备的参数模版，产品管理中可创建驱动、变量、事件、配方、组态画面等参数，绑定产品的设备可按照设定的参数进行工作。打开产品管理界面，点击“新增产品”按钮，参考产品创建指导文档，建立新产品。

新增产品界面如图8-9所示。图8-9新增产品界面项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计43）设置产品参数。创建产品完成后，参考表8-4~8-6，设置产品参数并保存。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计43）设置产品参数。创建产品完成后，参考表8-4~8-6，设置产品参数并保存。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计43）设置产品参数。创建产品完成后，参考表8-4~8-6，设置产品参数并保存。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计44）组态管理通过云组态，可以用拖拽方式创建设备运行的模拟画面，通过蓝蜂云屏小程序或APP查看设备各项数据，实现便捷监控与管理。具体参考组态页面中的“使用指南”进行设置。组态主页面预设大小为375*742（华为），读者可根据自己的喜好自定义操作界面宽高比。作业环境显示屏主界面如图8-10所示。图8-10作业环境显示屏主界面项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计4

在主界面中天气设置和风向设置为下拉框，其中天气设置下拉框单击事件参数表如表8-7所示，风向设置下拉框单击事件参数表如表8-8所示，项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计4在主界面中天气设置和风向设置为下拉框，其中天气设置下拉框单击事件参数表如表8-7所示，风向设置下拉框单击事件参数表如表8-8所示，项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计45）新增设备。产品设置完成后，打开左侧设备管理页面，点击“单台预添加”按钮，设置设备名称、选择产品名称、添加蓝牙模块的SN编号，完成后点击“确定”按钮，生成新设备。添加设备界面如图8-11所示。图8-11添加设备界面项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计4（2）单片机程序模块部分

系统上电后，先进行定时器、串行口的初始化工作，设置通讯参数并打开中断功能，当串口2接通过蓝牙模块收到设置命令后验证命令是否符合MODBUSRTU协议标准，如果命令合格，组织、生成显示屏显示数据报文并通过串口1发送给显示屏控制卡进行显示。作业显示屏流程图如图8-12所示。图8-12

作业显示屏流程图项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计42．相关子程序作业环境显示屏程序由C51语言编写，并在KeiluVision4版本下编译完成。（1）串行口初始化程序

在项目中，采用STC15H2K48S4单片机的两个串行口分别和显示屏控制卡和蓝牙模块通信，在设置完显示屏控制卡、蓝牙模块的通讯参数后，单片机应和两者的通讯参数一致，才可正常通讯。

下面给出串行口1的初始化子程序，仅供参考。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作软件设计4（2）串行口发送子程序在项目中，串行口2和蓝牙模块通讯，采用标准的MODUBSRTU协议，单片机收到设置命令后，需根据命令功能码，返回蓝牙模块相应编码以完成本次通讯。以下为串口2通过查询方式发送多个字节的子程序模块，仅供参考。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作系统调试5作业环境显示屏控制器外形如图8-13所示，调试过程如下：1.将作业环境显示屏接通AC220V电源，显示屏显示默认参数。2.打开手机蓝牙功能、位置信息功能，如图8-14所示。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作系统调试53.微信搜索“蓝峰云屏”小程序，如图8-15所示。使用“手机号快捷登录”或“手机号密码登录”，如图8-16所示。注意，如果使用“手机号密码登录”方式，需要先注册账号再登录。4.登录小程序后（第一次运行需点击“添加设备”，手机会自动搜索蓝牙设备，点击添加扫描出的设备，如图8-17所示），选择“我的设备”，点击“特种作业环境显示屏”，进入设置界面，根据考核需要设置相关参数。操作界面如图8-18所示。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

Modbus协议最初由Modicon公司开发出来，在1979年末该公司成为施耐德自动化(SchneiderAutomation)部门的一部分，现在Modbus已经是工业领域全球最流行的协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。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。Modbus协议包括ASCII、RTU、TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的Modicon控制器使用RS232C实现串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU协议规定了消息、数据的结构、命令和就答的方式，数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求；Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6Modbus协议常用的功能码如下表8-8所示。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（1）读可读写数字量寄存器（线圈状态）

1）计算机发送命令

命令格式[设备地址][命令号01][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[11][01][00][13][00][25][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址：在一个485总线上可以挂接多个设备，此处的设备地址表示想和哪一个设备通讯。例子中为想和17号(十进制的17是十六进制的11)通讯。

②命令号01：读取数字量的命令号固定为01。

③起始地址高8位、低8位：表示想读取的开关量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为19。

④寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个开关量。例子中为37个开关量。

⑤CRC校验：是从开头一直校验到此之前。在此协议的最后再作介绍。此处需要注意，CRC校验在命令中的高低字节的顺序和其他的相反。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

2）设备响应

响应格式：[设备地址][命令号01][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[11][01][05][CD][6B][B2][0E][1B][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址和命令号和上面的相同。

②返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。

③数据1...n：由于每一个数据是一个8位的数，所以每一个数据表示8个开关量的值，每一位为0表示对应的开关断开，为1表示闭合。比如例子中，表示20号(索引号为19)开关闭合，21号断开，22闭合，23闭合，24断开，25断开，26闭合，27闭合...如果询问的开关量不是8的整倍数，那么最后一个字节的高位部分无意义，置为0。

④CRC校验同上。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（2）读只可读数字量寄存器（输入状态）

和读取线圈状态类似，只是第二个字节的命令号不再是1而是2。

项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（3）写数字量（线圈状态）

1）计算机发送命令命令格式[设备地址][命令号05][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，

例如[11][05][00][AC][FF][00][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址和上面的相同。

②命令号05：“写数字量的命令号固定为05。

③需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的开关的地址。

项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

④下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的开关量的状态。例子中为把该开关闭合。注意：此处只可以是[FF][00]表示闭合[00][00]表示断开，其他数值非法。⑤注意此命令一条只能下置一个开关量的状态。

2）设备响应

响应格式：如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（4）读可读写模拟量寄存器（保持寄存器）

1）计算机发送命令

命令格式[设备地址][命令号03][起始寄存器地址高8位][低8位][读取的寄存器数高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[11][03][00][6B][00][03][CRC低][CRC高]，其含义如下：①设备地址和上面的相同。

②命令号03：读模拟量的命令号固定为03。

③起始地址高8位、低8位：表示想读取的模拟量的起始地址(起始地址为0)。比如例子中的起始地址为107。

④寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始读多少个模拟量。例子中为3个模拟量。注意：在返回的信息中一个模拟量需要返回两个字节。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

2）设备响应

响应格式：[设备地址][命令号03][返回的字节个数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[11][03][06][02][2B][00][00][00][64][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址和命令号和上面的相同。

②返回的字节个数：表示数据的字节个数，也就是数据1，2...n中的n的值。例子中返回了3个模拟量的数据，因为一个模拟量需要2个字节所以共6个字节。

③数据1...n：其中[数据1][数据2]分别是第1个模拟量的高8位和低8位，[数据3][数据4]是第2个模拟量的高8位和低8位，以此类推。例子中返回的值分别是555，0，100。

④CRC校验同上。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

（5）读只可读模拟量寄存器（输入寄存器）

和读取保存寄存器类似，只是第二个字节的命令号不再是2而是4。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（6）写单个模拟量寄存器（保持寄存器）

1）计算机发送命令

命令格式[设备地址][命令号06][需下置的寄存器地址高8位][低8位][下置的数据高8位][低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[11][06][00][01][00][03][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址和上面的相同。

②命令号:写模拟量的命令号固定为06。

项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6

③需下置的寄存器地址高8位，低8位：表明了需要下置的模拟量寄存器的地址。

④下置的数据高8位，低8位：表明需要下置的模拟量数据。比如例子中就把1号寄存器的值设为3。

⑤注意此命令一条只能下置一个模拟量的状态。

2）设备响应

响应格式：如果成功把计算机发送的命令原样返回，否则不响应项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（7）写入多个可读写数字量寄存器（线圈状态）功能码15用于向设备的多个数字量寄存器（线圈）写入状态值，可一次性控制多个开关量（如继电器、指示灯等）的通断状态。1）计算机发送命令

命令格式[设备地址][命令号15（十六进制0F）][起始寄存器地址高8位][起始寄存器地址低8位][写入的寄存器数高8位][写入的寄存器数低8位][字节计数][数据1][数据2]...[数据n][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[03][0F][00][05][00][0C][02][A3][01][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①

设备地址：指定485总线上的目标设备，示例中03（十六进制）对应3号设备，用于唯一标识通讯对象。②

命令号15：写入多个数字量寄存器的命令号固定为15（十六进制0F），设备收到后识别为“需写入多个线圈状态”。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6③起始地址高8位、低8位：表示写入的第一个线圈的起始地址（从0开始），示例中0005（十六进制）对应起始地址5（十进制）。④写入的寄存器数高8位、低8位：表示从起始地址开始写入的线圈总数，示例中000C（十六进制）对应12个线圈（十进制）。⑤字节计数：表示后续数据的总字节数，计算方式为“向上取整（写入线圈数/8）”（1字节=8位，对应8个线圈），示例中12个线圈需2字节（8+4），故字节计数为02（十六进制）。⑥数据1...n：每字节的8位分别对应8个线圈的状态（bit0对应第一个线圈，bit7对应第八个线圈），1表示闭合，0表示断开。示例中：数据1=A3（十六进制）→二进制10100011，表示地址5~12的8个线圈中，地址5、6、11、12闭合，其余断开；数据2=01（十六进制）→二进制00000001，表示地址13~20的8个线圈中，仅地址13闭合，其余断开（因只需写入12个线圈，该字节高位4位无意义，置0）。⑦CRC校验：从设备地址到最后一个数据的所有字节的校验值，高低字节顺序与其他字段相反（低字节在前，高字节在后）。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议62）设备响应

响应格式：[设备地址][命令号15][起始寄存器地址高8位][起始寄存器地址低8位][写入的寄存器数高8位][写入的寄存器数低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[03][0F][00][05][00][0C][CRC低][CRC高]，其含义如下：

①设备地址和命令号：与发送命令一致，确认3号设备对“写入多个线圈”命令的响应。②起始地址和写入的寄存器数：重复发送命令中的起始地址和线圈数量，告知主机“已成功写入地址5~16的12个线圈”。③CRC校验：对响应中设备地址到写入数量的所有字节的校验值，规则同上。

若执行失败（如地址超出范围），设备返回异常响应：[设备地址][8F（15+80）][异常码][CRC校验]。项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6（8）写入多个可读写模拟量寄存器（保持寄存器）

功能码16用于向设备的多个模拟量寄存器（保持寄存器）写入数值，可一次性设置多个连续的16位模拟量参数（如温度阈值、频率设定值等）。1）计算机发送命令

命令格式[设备地址][命令号16（十六进制10）][起始寄存器地址高8位][起始寄存器地址低8位][写入的寄存器数高8位][写入的寄存器数低8位][字节计数][数据1高8位][数据1低8位]...[数据n高8位][数据n低8位][CRC校验的低8位][CRC校验的高8位]，例如[05][10][00][10][00][03][06][12][34][56][78][9A][BC][CRC低][CRC高]，其含义如下：

项目八

微信小程序控制作业环境显示屏的制作知识拓展Modbus协议6①

设备地址：指定目标设备，示例中05（十六进制）对应5号设备。②命令号16：写入多个模拟量寄存器的命令号固定为16（十六进制10），设备收到后识别为“需写入多个保持寄存器数值”。③

起始地址高8位、低8位：表示写入的第一个保持寄存器的起始地址（从0开始），示例中001