RS485實驗一報告模板

實驗一基于RS485和牛頓模塊的A/D、D/A實驗實驗目的和要求（1）熟悉RS485總線與牛頓模塊的結構組成，了解其工作過程，認識其結構形式。（2）熟悉牛頓模塊的基本工作原理。（3）掌握應用RS485和牛頓模塊進行電壓輸出和電壓采集的方法。二、主要儀器設備計算機、R-8017、R-8024、R-8043D、R-8053、RS232轉RS485模塊、24V穩(wěn)壓源三、實驗內容和原理（1）RS485網絡分析RS485采用差分信號負邏輯，＋2V～＋6V表示“0”，-6V～-2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓撲結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：1>.共模干擾問題：RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。2>.EMI問題：發(fā)送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。由于PC機默認的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機的RS485電路：1>.通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，對于情況比較復雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌同時帶隔離柵的產品。2>.通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。同時本實驗采用的是第一種方法。（2）MODBUS協(xié)議標準的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗?？刂破髂苤苯踊蚪浻蒑odem組網?？刂破魍ㄐ攀褂弥?從技術，即僅一個設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)做出相應反應。典型的主設備：主機和可編程儀表。典型的從設備：可編程控制器。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建立錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去。傳輸過程如下圖：Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。標準的Modicon控制器使用RS232C實現(xiàn)串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結構、命令和就答的方式，數(shù)據(jù)通訊采用Maser/Slave方式，Master端發(fā)出數(shù)據(jù)請求消息，Slave端接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到Master端以響應請求；Master端也可以直接發(fā)消息修改Slave端的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)雙向讀寫。Modbus協(xié)議需要對數(shù)據(jù)進行校驗，串行協(xié)議中除有奇偶校驗外，ASCII模式采用LRC校驗，RTU模式采用16位CRC校驗，但TCP模式沒有額外規(guī)定校驗，因為TCP協(xié)議是一個面向連接的可靠協(xié)議。另外，Modbus采用主從方式定時收發(fā)數(shù)據(jù)，在實際使用中如果某Slave站點斷開后（如故障或關機），Master端可以診斷出來，而當故障修復后，網絡又可自動接通。因此，Modbus協(xié)議的可靠性較好。Modbus協(xié)議有ASCII和RTU兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，格式如下：ASCII模式:地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nLRC高字節(jié)LRC低字節(jié)回車換行RTU模式地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)nLRC高字節(jié)LRC低字節(jié)（3）牛頓模塊牛頓模塊（NUDAMMODULES）具有組態(tài)簡單、采集的信號穩(wěn)定、抗干擾能力強、編程容易等眾多優(yōu)點，它被廣泛地應用于工場、礦山、學校、車間等需要數(shù)據(jù)采集的場合。每一單一的牛頓模塊都是地址可編程的，它使用01-FF兩位地址代碼，因此，一條RS485總線上可以同時使用255個牛頓模塊，如果RS485總線上掛接的都是ND-7017的話，意味著整個系統(tǒng)可以完成255x8=2040路模擬信號的采集。當然牛頓模塊不僅僅是模數(shù)轉模塊，還有：數(shù)字IO模塊DO輸出模塊測頻計數(shù)模塊熱電偶測量模塊熱電阻測量模塊協(xié)議轉換模塊協(xié)議中繼模塊嵌入式控制模塊無線通訊模塊正是由于模塊的多樣性才使得構筑系統(tǒng)時更加容易。實際上，在一般情況下用戶無需進行硬件開發(fā)，只是選擇合適的模塊和變送器就行了，用戶的更多工作是在開發(fā)自己單位或部門所需的軟件。對于一般單位，軟件可以通過組態(tài)實現(xiàn)，而對于特殊的需要則必須進行專項的軟件開發(fā)。（4）原理框圖圖2原理框圖四、實驗步驟（1）連接RS485模塊箱中各模塊的電源，具體為面板上穩(wěn)壓源的24V電壓輸出插孔和0V插孔與模擬量量輸入?yún)^(qū)的24V電源輸入插孔和0V插孔相連；（2）連接模擬量輸出區(qū)的通道1與模擬量輸入?yún)^(qū)的通道1；（3）檢查RS485模塊箱的電源和RS485數(shù)據(jù)線的連接；（4）打開試驗臺電源總閘，打開RS485模塊箱電源；（5）在PC機上打開牛頓模塊控制軟件，查找RS485總線上連接的牛頓模塊；（6）修改牛頓模塊地址；（7）打開R8024和R8017參數(shù)設置對話框，設置對應的參數(shù)；（8）在R8024參數(shù)設置對話框中，調節(jié)通道0的輸出電壓，并記錄理論電壓輸出值；（9）調整好萬用表檔位，測量R8024模塊通道0的實際電壓輸出值，并記錄；（10）在R8017參數(shù)設置對話框中，采集通道0的輸入電壓，并記錄模塊采集的電壓值；（11）重復（8）~（10），用不同測量檔位測量5組電壓值。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表18024通道0電壓輸出值第1次第2次第3次第4次第5次通道0設置電壓(V)54321測量值1(V)4.9823.9852.9881.9900.994測量值2(V)4.9823.9852.9881.9900.994注：測量值1對應量程為-10~+10V，測量值2對應量程0~10V表280