modbus协议的数据采集系统数据远程传输终端设计(附件)
本文介绍了一种基于Modbus协议的远程数据传输系统的设计，该系统使用RS485总线实现Modbus RTU模式的数据传输，并且通过GPRS网络连接服务器，实现远程传输。设计了适应实时监控要求较高的生产环境的解决方案。系统核心控制部分是具有独立双串口的STC12C5A60S2单片机，使用MAX485芯片来提供RS485总线所需的接口电路，使用SIM900A模块建立与上位机的通信链路，实现远程数据传输。系统内部采用C语言编写主机（单片机）程序，上位机使用VB语言编写。可以实现远程服务器对挂载在主机所在的Modbus网络上的从机的数据读取和控制。系统操作简单，对网络环境要求低，硬件和软件均采用模块化设计，容易维护优化。关键词 Modbus协议，GPRS网络，RS485总线，串口通信，VB上位机目 录
1 概要 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究意义 3
2 系统设计 3
2.1 总体概述 3
2.2 硬件部分 4
2.2.1 MCU模块 4
2.2.2 主从通信模块 5
2.2.3 远程通信模块 6
2.3 软件部分 7
2.3.1 通过双串口实现的数据转发 8
2.3.2 Modbus协议在程序设计中的体现 10
2.3.3 GPRS网络和AT指令 12
2.3.4 上位机程序设计 14
3 系统调试 18
3.1 系统各部分连接说明 18
3.2 系统调试 18
3.2.1 硬件调试 18
3.2.2 软件调试 19
3.2.3 总体调试 23
3.3 测试异常总结 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录A：系统原理图 30
附录B：系统源代码 31
B1 主机部分代码（C语言） 31
B2 上位机软件（VB语言） 37
1 概要
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
> 3.2.3 总体调试 23
3.3 测试异常总结 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录A：系统原理图 30
附录B：系统源代码 31
B1 主机部分代码（C语言） 31
B2 上位机软件（VB语言） 37
1 概要
1.1 引言
当今世界科技和生产发展的趋势，就是以数字通信网络技术和计算机技术为基础，让我们的生活和生产更加高效便捷。我们逐渐发现并享受物联网，实时获取新信息所带来的诸多快捷。通过网络，朋友之间可以“面对面”交流，跨国的贸易也不再是几万公里的长途跋涉，这一切都是以庞大的信息洪流为基础，来让很多以前看来不可能的沟通变得触手可及。
在信息技术飞速发展的21世纪，传统工业生产的主要承载者—企业也不可避免地受到新技术的冲击，这些企业也根据自身的需求，制定了顺应信息化潮流的生产模式。现场总线技术（FieldBus），则是现代信息技术向工业自动化生产领域延伸的典型体现。它的出现和迅速发展，促使了传统的非信息化的自动化生产方式发生重大变革。
对工业生产环节的自动化控制一直在演进，在其不断发展的过程中，每个过程都出现了具有一定代表性的核心技术，因此，按照各自的技术特点，可划分为五个阶段：
（1）初级控制阶段，即生产状况完全又各个独立的仪表显示，每个仪表不能与外界有信息交互，只有通过人工巡查等方式才能发现生产过程中的问题。
（2）模拟仪表控制阶段，在此阶段人类制造大规模集成电路的技术日益成熟，该阶段的主要特点就是把生产中的各种状态变化通过电流变化反映到统一的控制室中（集中控制室）。
（3）集中数字控制阶段，微型计算机的普及给单一的点对点的物理模拟信号控制带来了新的思路和方法，但是由于当时的微型计算机的价格昂贵，效率低下，所以经常会发生控制端瘫痪的情况。
（4）集散控制阶段（DCS），该方式的好处就是可以随时替换出现故障的仪表来维持系统的平稳运行。各自厂家生产的设备都有自己独立的通信方式，统一协议不能互联的设备比比皆是。
（5）现场总线阶段，把生产现场的各种设备接入统一的信息网络中并进行有效的监控，即现场总线技术。把封闭的专有的解决方案变成了公开化、标准化的解决方案。把控制彻底下放到生产现场，实时而高效。
当前的现场总线技术都具有基础性、灵活性、开放性、交互性、自治性、适应性的诸多优点，作为工业网络的底层协议，现场总线技术是为了获取或控制生产过程中的涉及电子设备中的元件状态，相当于是直接操作终端的底层信息。
于是各大公司纷纷推出了自己的现场总线技术，如基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN、LonWorks、HART、Modbus等。其中，Modbus协议是世界范围内的首个成熟完备的用于生产现场的协议，Modbus具有复杂而完整的从适应不同需求的数据传输模式，到协议的帧格式，再到网络的整体框架的一系列内容。在其出现到发展的30多年里，Modbus仍然活跃在当今生产的第一线。
Modbus是由Medicon公司(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它提供了不同设备生产厂商的各种类型的终端产品在组网进行工业控制时“交流”所需的“通用语言”，目前通过以下方式实现Modbus通信（1）各种媒质，如EIA/TIA232、EIA422、EIA/TIA485-A、光纤无线射频等。（2）Modbusplus，一种高速令牌传递网络。（3）以太网上的TCP/IP。
本课题以RS485串口通信来完成Modbus协议的数据采集及通信然后通过GPRS网络与上位机通信，RS485总线提供了运行Modbus协议介质，Modbus协议在本系统中的实现就是通过RS485总线来完成的。从机获取的命令再由主机转发，按照AT指令的格式来与上位机通信。在自动化领域，在RS422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和灵敏度很高的RS485总线标准。从遥测终端与多个传感器之远距离有线通信的诸多方案分析看，RS485/Modbus通信总线因具备硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点，非常适合作为远程数据采集传输系统组网应用的传输标准。
1.2 国内外研究现状
上世纪50年代出现了最早的数据采集系统，当时的美军在测试系统中首先提出了数据采集的概念，其主要是为了在进行一些危险的测试中不需要相关的技术人员来实时测试获取实验数据，而是自动完成并采集。这就大大降低了实验危险性并显著提高了实验效率。于是，在60年代，该项技术开始在民用市场上出现，渐渐流行起来，但是该时期的数据采集设备基本是根据用户需要设置安装专有的设备和专用的系统。
70年代伊始，数据采集系统发展成为两大部分，一种是依靠并行的数据总线来完成采集功能的实验室数据采集系统，另一种以串行数据中线为基础的工业数据采集系统。到了80年代，计算机技术给数据采集系统注入了新的活力，以至于在90年代的军事、航空电子等高新技术领域，越来越多的自动化数据采集系统以单片采集的形式出现在人们的视线中。
一直以来，西方国家都特别重视传感器和数据采集技术发展，中国在八十年代开始重视数据采集技术和传感器技术的发展，在国家的“九五”，“十五”和“ 十一五”国家重点科技攻关计划和“863”项目中，一直把智能化仪器仪表的技术作为重点攻关技术[1]。
1.3 研究意义
中国近年来已经超越日本，成为
1 概要 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究意义 3
2 系统设计 3
2.1 总体概述 3
2.2 硬件部分 4
2.2.1 MCU模块 4
2.2.2 主从通信模块 5
2.2.3 远程通信模块 6
2.3 软件部分 7
2.3.1 通过双串口实现的数据转发 8
2.3.2 Modbus协议在程序设计中的体现 10
2.3.3 GPRS网络和AT指令 12
2.3.4 上位机程序设计 14
3 系统调试 18
3.1 系统各部分连接说明 18
3.2 系统调试 18
3.2.1 硬件调试 18
3.2.2 软件调试 19
3.2.3 总体调试 23
3.3 测试异常总结 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录A：系统原理图 30
附录B：系统源代码 31
B1 主机部分代码（C语言） 31
B2 上位机软件（VB语言） 37
1 概要
1.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
> 3.2.3 总体调试 23
3.3 测试异常总结 25
结 论 27
致 谢 28
参考文献 29
附录A：系统原理图 30
附录B：系统源代码 31
B1 主机部分代码（C语言） 31
B2 上位机软件（VB语言） 37
1 概要
1.1 引言
当今世界科技和生产发展的趋势，就是以数字通信网络技术和计算机技术为基础，让我们的生活和生产更加高效便捷。我们逐渐发现并享受物联网，实时获取新信息所带来的诸多快捷。通过网络，朋友之间可以“面对面”交流，跨国的贸易也不再是几万公里的长途跋涉，这一切都是以庞大的信息洪流为基础，来让很多以前看来不可能的沟通变得触手可及。
在信息技术飞速发展的21世纪，传统工业生产的主要承载者—企业也不可避免地受到新技术的冲击，这些企业也根据自身的需求，制定了顺应信息化潮流的生产模式。现场总线技术（FieldBus），则是现代信息技术向工业自动化生产领域延伸的典型体现。它的出现和迅速发展，促使了传统的非信息化的自动化生产方式发生重大变革。
对工业生产环节的自动化控制一直在演进，在其不断发展的过程中，每个过程都出现了具有一定代表性的核心技术，因此，按照各自的技术特点，可划分为五个阶段：
（1）初级控制阶段，即生产状况完全又各个独立的仪表显示，每个仪表不能与外界有信息交互，只有通过人工巡查等方式才能发现生产过程中的问题。
（2）模拟仪表控制阶段，在此阶段人类制造大规模集成电路的技术日益成熟，该阶段的主要特点就是把生产中的各种状态变化通过电流变化反映到统一的控制室中（集中控制室）。
（3）集中数字控制阶段，微型计算机的普及给单一的点对点的物理模拟信号控制带来了新的思路和方法，但是由于当时的微型计算机的价格昂贵，效率低下，所以经常会发生控制端瘫痪的情况。
（4）集散控制阶段（DCS），该方式的好处就是可以随时替换出现故障的仪表来维持系统的平稳运行。各自厂家生产的设备都有自己独立的通信方式，统一协议不能互联的设备比比皆是。
（5）现场总线阶段，把生产现场的各种设备接入统一的信息网络中并进行有效的监控，即现场总线技术。把封闭的专有的解决方案变成了公开化、标准化的解决方案。把控制彻底下放到生产现场，实时而高效。
当前的现场总线技术都具有基础性、灵活性、开放性、交互性、自治性、适应性的诸多优点，作为工业网络的底层协议，现场总线技术是为了获取或控制生产过程中的涉及电子设备中的元件状态，相当于是直接操作终端的底层信息。
于是各大公司纷纷推出了自己的现场总线技术，如基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN、LonWorks、HART、Modbus等。其中，Modbus协议是世界范围内的首个成熟完备的用于生产现场的协议，Modbus具有复杂而完整的从适应不同需求的数据传输模式，到协议的帧格式，再到网络的整体框架的一系列内容。在其出现到发展的30多年里，Modbus仍然活跃在当今生产的第一线。
Modbus是由Medicon公司(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是OSI模型第7层上的应用层报文传输协议，它提供了不同设备生产厂商的各种类型的终端产品在组网进行工业控制时“交流”所需的“通用语言”，目前通过以下方式实现Modbus通信（1）各种媒质，如EIA/TIA232、EIA422、EIA/TIA485-A、光纤无线射频等。（2）Modbusplus，一种高速令牌传递网络。（3）以太网上的TCP/IP。
本课题以RS485串口通信来完成Modbus协议的数据采集及通信然后通过GPRS网络与上位机通信，RS485总线提供了运行Modbus协议介质，Modbus协议在本系统中的实现就是通过RS485总线来完成的。从机获取的命令再由主机转发，按照AT指令的格式来与上位机通信。在自动化领域，在RS422标准的基础上，EIA研究出了一种支持多节点、远距离和灵敏度很高的RS485总线标准。从遥测终端与多个传感器之远距离有线通信的诸多方案分析看，RS485/Modbus通信总线因具备硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点，非常适合作为远程数据采集传输系统组网应用的传输标准。
1.2 国内外研究现状
上世纪50年代出现了最早的数据采集系统，当时的美军在测试系统中首先提出了数据采集的概念，其主要是为了在进行一些危险的测试中不需要相关的技术人员来实时测试获取实验数据，而是自动完成并采集。这就大大降低了实验危险性并显著提高了实验效率。于是，在60年代，该项技术开始在民用市场上出现，渐渐流行起来，但是该时期的数据采集设备基本是根据用户需要设置安装专有的设备和专用的系统。
70年代伊始，数据采集系统发展成为两大部分，一种是依靠并行的数据总线来完成采集功能的实验室数据采集系统，另一种以串行数据中线为基础的工业数据采集系统。到了80年代，计算机技术给数据采集系统注入了新的活力，以至于在90年代的军事、航空电子等高新技术领域，越来越多的自动化数据采集系统以单片采集的形式出现在人们的视线中。
一直以来，西方国家都特别重视传感器和数据采集技术发展，中国在八十年代开始重视数据采集技术和传感器技术的发展，在国家的“九五”，“十五”和“ 十一五”国家重点科技攻关计划和“863”项目中，一直把智能化仪器仪表的技术作为重点攻关技术[1]。
1.3 研究意义
中国近年来已经超越日本，成为
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