基于LabVIEW的Modbus串口通讯协议的实现.docx

1、基于LabVIEW的Modbus串口通讯协议的实现二八年 第二期 研究报告 基于 LabVI E W 的 M odbus 串口通讯协议的实现袁 雪 陈 斌 鲁中巍 管国强(江苏大学机械学院 镇江 212013摘 要 本文简要地介绍 Modbus 通信协议 , 详细的阐述以 PC 机作为上位机 , Labvie w711作为上位机软件开发平台的主从式串口通信程序的实现 。经过测试 , 该程序可在基于 labvie w 的测控系统中加以实际应用 。关键词 Labvie w P LC 串口通信 Modbus 协议引言Lab V I E W (laborat ory virtual instru me

2、nt 2 ing workbench 境 ,软件 , 。 Lab V I E W , VX I, RS 2232和 RS 2485, 还内置了支持 T CP /I P, ActiveX 等软件标准的库函 数 , 其图形化编程语言环境 , 简单直观 , 极大节省 程序开发时间 , 可以完成各种各样的编程任务 。 本文详细介绍基于 labvie w711开发平台实现 Modbus 通讯协议的方法 , 该程序可用于上位机与 下位 P LC 的串口通讯程序 。在实际测试中 , 上位 机通过串口 RS232转 RS485与下位台达 P LC 进行 通讯 , 被测参数的大量实时信号通过串口传送给上 位 P

3、C 机 , 上位机可以对接收到的这些参数进行实 时数据显示 、 趋势图显示 、 数据查询和管理 , 还可 以对下位 P LC 进行参数控制和曲线控制 。1 M odbus 协议简介 1Modbus 通信协议是应用于电子控制器上的一 种通用语言 , 通过此协议控制器相互之间 、 控制器 经由网络和其它设备之间可以通信 , 它已经成为一 通用工业标准 。 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 。111 Mo dbu s 协议两种串口传输方式Modbus 协议定义两种数据传输方式 , 即 ASC II 模式和 RT U 模式 。 在标准的 Modbus 网络上 , 可以 设置控

4、制器为两种传输模式中的任何一种 。 在配置 每个控制器的时候 , 需选择想要的模式 , 以及串口 通信参数 (波特率 、校验方式等 , 在 Modbus 网 络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口 11Modbus 消息被传送设备作为 , 这就允许接收的设备在消息起始 , 读地址分配信息 , 判断哪一个设备被选 中 (广播方式则传给所有设备 , 判知何时信息已完 成。11211 AS C II 帧 使用 AS C II 模式 , 消息以冒号 (: 字符 (AS C II 码 3AH 开始 , 以回 车换行 符结 束 (AS C II 码 0DH, 0AH 。 其它域可以使用的传输字符 是

5、十六进制的。 网络上的设备不断侦测 “ :” 字符 , 当有一个冒号接收到时 , 每个设备都解码下个域 (地 址域 来判断是否发给自己的。 消息中字符间发送的 时间间隔最长不能超过 1s, 否则接收的设备将认为传 输错误。 一个典型消息帧 (见图 1 。起始位 设备地址 功能代码 数据 LRC 校验 结束符 1个字符 2个字符 2个字符 n 个字符 2个字符 2个字符 图 1 ASC II 消息帧11212 RT U 帧 使用 RT U 模式 , 消息发送至少 要以 315个字符时间的停顿间隔开始 。 在网络波特 率下多样的字符时间 , 这是最容易实现的 (如图 2的 T12T22T32T4所

6、示 。传输的第一个域是设备地 址 。 可以使用的传输字符是十六进制的 。 网络设备 不断侦测网络总线 , 包括停顿间隔时间内 。 当第一 个域 (地址域 接收到 , 每个设备都进行解码以 判断是否发往自己的 。起始位设备地址功能代码数据CRC校验结束符 T12T22T32T48位 8位 n 个 8位 16位 T12T22T32T4图 2 RT U 消息帧2 La bVI E W 中基于 M odbus 通信协议的串口 通讯程序实现211 La bview 与串口通讯13 现代仪器 (www 1m o de rn i n s trs 1o rg 1cn 二八年 第二期Labvie w 针对串行口

7、通信提供完整功能的组件 , 共有 6个串口通信节点 , 分别实现初始化串口 、串 口读 、 串口写 、 串口缓存检测和串口暂停以及关闭 串口等功能 , 能方便地规定主机串口地址 、 从机地 址 、 传送的数据量及一帧串行数据的格式 , 包括波 特率 、 数据位数 、有无奇偶校验位和停止位位数 等 。 各节点端口参数表参见文献 2 。利用图形 化编程语言 2G 语言直观 、快捷的优势 , 通过功能 模块的组合和连接 , 能够比较方便地开发出适合各 种不同通信协议的串行口通信程序 。在 labvie w 中进行串口通讯的基本步骤是 : (1 初始化串口 , 设置串口参数与 P LC 下位 机的串行

8、通讯参数一致 ; (2 读写端口 ; (3 延 时 ; (4 关闭串口 。212 基于 Mo dbu s根据 Labvie w , 照 Modbus 。21211 在 functi on 面板中选 择 Pr operty Node , 将其 reference 端口和 V I S A res ource na me 相连 , 右键 选 择 p r operty 2Serial set 2 ting, 设 定 进 行 串 口 通 信 的 波 特 率 , 通 讯 模 式 (RT U 或 ASC II , 奇偶校验 , 流控制 。21212 串口请求模块 这个模块的功能是将 mod 2 bus 命令

9、封装起来 , 对串口进行各种读写操作 。整 个通讯模块可以做成一个子程序 , 入口参数是功能 代码 , 数据在从机的起始地址 , 出口参数为读到的 存储器的值 , 调用起来很方便 。 完成这个功能需要 以下几个子函数 :(1 串口命令发送子函数 首 先把命令消息帧按照 Modbus 协议格式化成为计算 机 可 以 识 别 的 字 符 串 形 式 , 再 发 送 到 V I S A W rite 1vi 端口 。在发 送 之 前 需 要 选 择 信 息 发 送 的 模 式 , 在 ASC II 模式下 , 采用 LRC 错误校验 , 这个错误校验 码是一个 8位二进制数 , 可作为 2个 ASC

10、 II 十六进 制字节传送 。计算 LRC 码时 , 仅设备地址 、功能 代码 、 数据块字节参加运算 , 而冒号 (: 、回车 符号 (CR 、换行字符 (CF 不参加运算 。具体 计算 LRC 码的步骤为 :需运算的所有字节相加 , 所得之和丢弃进位 ; 将上步计算出的 8位字节取反 或由 FFFF 减去该 8位字节 ; 将取反后的值加 1即 为 LRC 码 。接收端判断接收到的信息是否正确的简单方法 是 :将除冒号 (: 、回车符号 (CR 、换行字符 (LF 以外的所有字节 , 包括码相加并丢弃进位 , 若结果为 0, 则表明信息传送正确 , 否则出错 3 。 实现 LRC 校验的子程

11、序框图 (见图 3 。图 3 LRC在 RT U 模式下 , 315个字符时间 , 200Bps, 使用 11s 模式下采用 CRC 校 CRC 码 , 放置于发送信息帧的 CRC 值 , 两者比较如果相符 , 表示接收的消息帧正确无误 , 否 则 , 说明接收的信息帧有误。 在进行 CRC 码计算时 只用 8个数据位、 起始位、 停止位及奇偶教验位都不 参与 CRC 计算。 CRC 码的计算方法 :a 1预置 2个 16位的寄存器为十六进制 FFFF, 称此寄存器为 CRC 寄 存器 ; b 1把第 1个 8位二进制数据 (即通讯信息帧的 第 1个字节 与 16位的寄存器的低 8位相异或把结

12、 果放于 CRC 寄存器 ; c 1把 CRC 寄存器的内容右移一 位 (朝低位 , 用 0填补最高位 , 并检查右移后的移 出位 ; d 1如果移出位为 0, 重复第 3步 (再次右移一 位 ; 如果移出位为 1, CRC 寄存器与多项式 A001进 行异或 ; e 1重复步骤 C 和 d, 直到右移 8次 , 这样整 个 8位数据全部进行处理 ; f 1重复步骤 b 到步骤 e, 进行通讯信息帧下一个字节的处理 ; g 1将该通讯信息 帧所有字节按上述步骤计算完成后 , 得到的 16位 CRC 寄存器的高、 低字节进行交换 ; h 1最后得到的 CRC 寄存器内容即为 CRC 码 4 。实

13、现 CRC 校验的子程序框图 (见图 4 。 (2 串口命令接收子函数 : 这个函数功能就是把写入串图 4 CRC 码程序框图口缓冲的 Modbus 消息命令帧读取出 。本框图程序 采用顺序结构 , 顺序第 1帧 , 利用 V I S A Read 节点 从 Byte Count 端口读取一个字符数 , 并与指定的从23 二八年 第二期研究报告机设备相比较 , 确定读取的从机号与实际从机相符 合 。 顺序第 2帧 , 利用 V I S A Bytes at Serial Port 1vi 和 V I S A Read 1vi 将串口输入缓存中的数据字节数 全部读出 。同时 , 利用 Tick

14、Count 1vi 计算整个读 取命令帧的时间间隔 , 如果超过给定的超时时间 (这里设为 10000m s , 程序会报超时错误 。另外 , 采用一个 while 循环结构 , 对读出字符串的校验码 进行核对 , 如果不正确 , 重新读取 , 直到读出的校 验码与发送的相符 , 中止循环 (见图 5 。顺序第 3帧 , 添加一个子函数 , String 转 Modbus Data Unit1 图 5 串口命令接收子函数程序框图vi, 其目的就是将读出的所有字符串按照 Modbus消息命令帧的格式将从机地址与功能代码和数据量(Modbus Data Unit 分开 , 为下一步解码提供函数入口

15、参数 。 (3 字符串解码子函数 :根据 Modbus 协议命令帧的功能代码 , 返回给用户实际读出的寄 存器的值 。 213 关闭串口结束通讯3 结语本文在 labvie w711软件平台上 , 利用 RS232转 RS485串口 , 成功开发基于 Modbus 协议的串口通讯 模块 , 可以方便地实现上位 PC 机与多台下位 P LC 的 主从式串行通讯 , 作。 , 可以不加任 , , 运 , 运行良好可靠。参考文献1 MOD I C ON, I nc 1Modbus Pr ot ocol Reference Guide Z 119962 杨乐平 , 李海涛 , 杨磊 .labvie w

16、 程序设计与应用 M ,北京 :电子工业出版社 , 20053 陈金平 , 吴文英 1基于 Labview 的 Modbus 协议两种校验码的实现方法 J , 仪表技术 , 2005, (2 42434 谢启 , 顾启民 , 涂水林等 1基于 Labvie w 的 Modbus RT U 通讯协议的实现 J , 煤炭机械 , 2006, 27(12 9597The rea li za ti on of the ser i a l comm un i ca ti on protocol ba sed on Labv i ewYuan Xue Chen B in Lu Zhong wei Guan

17、 Guoqiang(J iangsu University . Zhenjiang 212013Abstract The paper firstly gives a brief intr oducti on t o the modbus communicati on p r ot ocol, then expatiates therealizati on ofMaster 2Slave serial co mmunicati on p r ogra mmer with Lab V I E W as the devel opment t ool and PC as the super compu

18、er 1It is p r oved that the p r ogra mmer can be taken int o p ractice in the test and contr ol syste m based on Lab V I E W 1Key words Lab V I E W P LC Serial communicati on Modbus p r ot ocol(上接第 26页 The rap i d determ i n a ti on of trace chrom i u m i n m ed i c i n e a straga lus by flowi n jec

19、ti on chem ilu m i n escence m ethodJ iao Yanna Ren Xiaor ong Ma Hongqi ong L i Hui Pang Guo wei(College of Che m ical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China Abstract A new and effective method che m ilu m inescence 2fl ow injecti on is established 1It is based on the meas 2ure ment

20、of the light e m itted fr om the Cr 3+2catalysed oxidati on lu m inol by H 2021Cr 6+is reduced t o Cr 3+by H 2S O 3, thus the t otal chr om ium i on can be deter m ined 1Op ti m um conditi ons are obtained:app lied voltage is 2500V; lum i 2nol concentrati on is 21501024mol/L;hydr ogen per oxide conc

21、entrati on is 41001022mo1/L;pH of lum inol is 12,pH of Cr ( s oluti on is 51The linear range is 11001026mg/mL1101024mg/mLand detecti on li m it is 61601027mg/mL(S/N=3 , The relative standard deviati on (RS D is 016%f or 11measure ments of 61001026mg/mLCr 3+standard s oluti on 1The method has been successfully app lied t o the deter m inati on of chr om ium of the medicine sa mp les A stragalus 1Key words Fl ow injecti on Che m ilu m inescence A stragalus Chr om ium33