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1、目 录前言11.绪论21.1概述21.2课题的意义31.2.1课题的研究和应用41.3研究内容和设计方法51.3.1研究方向和内容51.3.2设计的步骤61.3.3软硬件设计方案72.系统设计基础82.1通讯方案的选择82.2所用芯片的简单介绍92.2.1温湿度传感器92.2.2单片机92.2.3显示屏102.2.4与上位机的串行通讯及下载调试103.硬件电路设计113.1单片机模块113.2电源模块133.3OLED模块143.4程序调试下载模块143.5串口通信模块153.6温湿度模块164.软件设计174.1串口通信模块174.2数据帧处理模块185.系统调试215.1硬件调试215.1
2、.1单片机电路板的调试215.2软件调试235.2.1调试平台235.2.2调试问题235.2.3调试结果246.总结与展望256.1结论256.2研究对象的未来发展期望26参考文献27致谢28附录292摘要随着社会的进步，互联网和通信技术的发展将传感器、嵌入式设备和智能控制系统紧密地联系在了一起，另一方面，工业现场协议也被广泛地应用。其中MODBUS协议被越来越广泛地接受和应用。它具有简单便携的远程监控操作，在工业现场中具备适用于多种通讯设备之间、多种传播介质之上的网络连接能力。而本论文将在STM32F103C8T6单片机平台上，通过载入了MODBUS协议的温湿度传感器，来实现温度湿度数据的
3、采集，最终通过OLED显示屏显示出来当前环境下的温湿度。同时利用MODBUS-RTU通信接口实现与上位机的通信，其中使用到组态王软件进行PC端模拟，将测量出的温湿度数据通过串口上传到PC端，进行数据的界面显示和曲线分析。关键词：MODBUS协议；RS485；STM32F103C8T6单片机；温湿度数据；通信AbstractIn modern society, on the one hand, the development of Internet and communication technology has closely linked sensors, embedded devices
4、and intelligent control systems.On the other hand, industrial field protocols are also widely used. Among them, MODBUS protocol is more and more widely accepted and applied because of its simple and portable remote monitoring, control operation and network connection capability that is applicable to
5、 a variety of communication devices and over a variety of transmission media in industrial field.This paper will be on the STM32F103C8T6 microcontroller platform, through the load of the MODBUS protocol temperature and humidity sensor, to achieve the temperature and humidity data collection, and fin
6、ally through the OLED display screen to display the temperature and humidity under the current environment.At the same time, the modbus-rtu communication interface is used to realize the communication with the upper computer. Among them, the king view software is used for PC terminal simulation, and
7、 the measured temperature and humidity data is uploaded to the PC terminal through the serial port for data interface display and curve analysis.Keywords：MODBUS protocol；RS485；STM32F103C8T6SCM；temperature and humidity data；communication2基于STM32的MODBUS协议分析仪的设计与实现前言现如今，在国家政策的大力支持下，电子信息技术和网络通信得到了极大的发展，
8、集成硬件的开发和传感遥控的使用使得远程监控运用起来更加方便。渐渐地，很多工业协议也开始应用于各种工业设备中，在计算机、物联网等控制领域取得了突破性成果。但是，由于需要监控的设备及其相关的信息也越来越多，使得自动化监控和远程控制变得具有挑战性。目前工业远程控制系统有待完善，人们更多地希望能通过网络发送设备控制命令实现对现场环境及设备的参数远程监控，采集设备数据信息并进行实时处理。Modbus协议因为其协议结构简单、适应多种传播媒介的特点得到工业上的广泛推广。同时，单片机在工业自动化领域已经有较大的发展，STM32单片机功耗低、片上资源丰富、下载和移植方便、驱动代码简单、经济实用，是能更加便携的应
9、用到协议分析仪上的不二之选，所以本课题研究是通过单片机与协议的结合实现对数据的分析与监控。1.绪论1.1概述本文的数据协议分析仪是基于MODBUS通讯协议，而且比较可靠，在整个传输通讯过程中就体现了它高效利用通讯设备、实时控制数据的特点，并且凭借它操作简单和开源免费的强大优势在工厂自动化的领域应用十分普遍。该协议是在1979年创建的，现在它可以称作上是全球排名第一的被广泛应用于工业的现场总线协议。MODBUS协议大多是被应用在各种电子控制器上起到操控不同设备之间通讯的作用。通过这个协议，控制器和控制器之间，控制器和其它外围设备之间都可以获得高效的通讯。这样，不同的工业生产商之间只需要调试控制一
10、个由无数个操控器设备组建的网络，就可以使得数据进行跨空间的传输，还可以将数据进行集中分析和监控管理。1运用MODBUS协议进行网络间的通讯时，该协议内容中就定义了消息域和公共格式，还规定了接收端通过读取到的消息采取什么样相应的行为。通讯时，发送端通过协议发送给接收端其设备地址，接收端获取接收到的发送端地址，进而识别消息类型、读取消息内容、而后如果需要回复消息则再次通过MODBUS协议发送回反馈消息至发送端。由此也可以看出，在这个协议中，规定了主机请求访问其他从机设备的过程。比如，主机如何向从机发送请求，从机如何回应来自主机的请求，以及怎样侦测通讯过程中的错误并显示记录下来。2MODBUS具有以
11、下几个特点：（1）MODBUS协议的使用无关乎知识产权纠纷问题，所以可以不用上交许可证费用，使用这种通信协议，相对来说放心安全又节约成本和时间。（2）和MODBUS相关联的PC端接口及线路可以采用RS-232或者是RS-485，此外，MODBUS协议还几乎支持在各种介质上进行高速的信号传输，例如双绞线、光纤、WIFI等。（3）生产商在开发该协议时的过程十分简单，所以该协议使用的帧格式也简单易懂。随着MODBUS现场总线系统被大量使用，该协议也被发展的越来越完善。MODBUS主要是被应用于各生产电子厂，通过这个通讯协议将不同生产商的设备连接起来构成大型网络，然后通过后台操作，对收集到的产品数据进
12、行整合、分析，而且也可以对数据实行监控网络化。协议分析仪就是被使用到这里的一种数据流，在监视数据通信系统中，它是一种专用测试工具，能够用来检验数据交换是否正确地按照此协议的规定进行，现在是主要被用在通信协议的开发、评价以及分析中。便携式MODBUS协议分析仪能帮助工程技术人员进行MODBUS现场总线系统的安装和配置，在实现数据的监测分析和网络故障诊断上具有很大的实际应用价值。3经过了41年的发展，MODBUS协议已经成为了一种通用工业标准并于2004年正式作为国家标准，现在正一直为中国工业通信做出巨大的贡献。1.2课题的意义一方面，在现代社会的工业生产中，因为被控制对象以及检测控制装备等设备位
13、置的分散，再加上控制和监控等一些工作的要求，设备和设备之间的现场信息交互和传递也越来越多。由于传统的工业控制软件存在着不开放、每个部分联系紧密、系统复杂程度高等问题，使得系统在进行维护、扩展和更新的时候变得较为困难，系统任何一部分的修改都可能对其他部分产生很大的影响，再次修改可能需要大幅度地调整软件和硬件。如果调整软件，就是重复编写代码，但是软件不能重复的利用和修改，即使是使用了高级语言的函数库，也只能对源代码进行重复使用，不可能对可执行的工程文件进行重复使用。如果修改电路硬件，也容易造成人力和物力的浪费。无论是在家庭生活中还是现代工业生产中，温湿度的监测在各个领域都有着极其重要的作用，所以就
14、需要创造这样一种监控系统，本课题就是采用计算机科学技术和工业现场总线技术集成了一个温湿度监测系统。在这样的系统里面，温度和湿度的变化情况是上位机通过智能节点来监测的，上位机会把监测到的温度和湿度数据传输到对应的智能节点，然后利用界面显示温度和湿度。在工厂里面，可以通过增加驱动设备来监测环境中的温度和湿度的数据，然后根据需求，对环境中的温度和湿度进行调控。另一方面，现在工业现场控制领域广泛的运用现场总线控制技术和网状网络监控技术，而MODBUS协议分析仪就是这样一个可以应用在工业领域内的数据分析仪。协议分析仪实质上就是一种专用的测试在数据通信的过程中数据流的流量和使用、检验数据的交换过程是否按照
15、MODBUS协议规定执行的工具。便捷的MODBUS分析仪在通信的开发和检测过程中起到了重要的作用。为广大工业工程技术监管人员的现场总线分析、数据交换通信、进行网络互连故障诊断提供很大的实际应用价值。4因此，如果不同的生产设备之间相互连接构成一个大的网络结构，更能实现集中的控制管理。因此，可以在组网连接时，将工业现场设备连接到中枢总控制系统或者总的计算机操作系统、PLC系统，将传统的采用双绞线或者电缆直接连接控制换成更高效便捷的MODBUS网络方式。通过这样来实现工业生产设备中的数据采集和信息传输，也方便控制系统进行统一的数据调度、保存、管理，还能实时地监控设备生产状况。5所以本课题设计基于MODBUS协议的对温湿度数据分析的仪器，能远程监控室内温湿度的变化，这不但解决了人们的日常焦点关注问题，也在一定程度上满足了工业生产线上的需要。1.2.1课题的研究和应用（1）协议的研究和问题首先，MODBUS协议是由Modicon公司在1971年首次提出的，此后就又发展产生了MODBUS RTU和MODBUS ASCII。后来，Modicon公司被施耐德公司收购。为了更好地在以太网上的分布式普及和推动MODBUS使用，随后，施耐德公司建立了MODBUS-IDA组织，将MODBUS协议的所有权分离出去。6现在MODBUS协议的所有使用权已经全部移交给了ID
