论文总字数：22865字

摘 要

数据采集，即采集外界信息并将其生成可视化的文件，并且对其进行分析处理的过程。在最简单的形式中，技术人员将烤箱的温度记录在一张纸上就是数据采集。随着技术的日新月异，这个过程通过电子设备已经变得更加简化，而且功能也逐渐增多，采集数据的精确度以及可靠度也越来越高。

本文提出了以单片机作为从站采集信息，然后通过Modbus协议传递给主站接收并且显示所接收到的信息。本采集器是基于Modbus协议实现单片机与MCGS组态通讯的数据采集系统的设计。通过单片机上的DS18B20采集温度数据，数据处理后通过RS-485通信接口转USB接口传送至PC机。数据通讯时遵从Modbus主从协议，单片机为从站，PC机为主站。

关键词： 单片机 Modbus协议 MCGS组态软件 通信

Design of Data Collector Based on Modbus Protocol

Abstract

Data collection, that is, the collection of external information and generate visualization of the document, and its analysis and processing process. In the simplest form, the technician records the temperature of the oven on a piece of paper is the data collection. With the ever-changing technology, this process has become more simplified through electronic devices, and the function is gradually increasing, the accuracy of the data collection and reliability is also getting higher and higher.

This paper presents a single chip as a slave to collect information, and then passed to the master through the Modbus protocol to receive and display the received information. The collector is based on the Modbus protocol to achieve the microcontroller and MCGS configuration communication data acquisition system design. Through the MCU on the DS18B20 acquisition of temperature data, data processing through the RS-485 communication interface to the USB interface to the PC. Data communication to comply with Modbus master-slave protocol, single-chip for the station, PC-based station.

Key Words：Single Chip Microcomputer；Modbus Protocol；MCGS；Communication

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题简介 1

1.2 研究背景及发展现状 1

1.3 课题的主要内容 3

第二章 总体设计 4

2.1 设计思路 4

2.2 单片机的选择 5

2.3 仿真调试软件的选择 5

第三章 系统硬件设计 7

3.1 单片机 7

3.2 电路图 9

3.3.1 下载电路 9

3.3.2 RS-485通信接口电路 10

3.3.3 温度采集电路 10

第四章 系统软件设计 12

4.1编程软件 12

4.2 Modbus协议 13

4.2.1 Modbus协议概述 13

4.2.2 Modbus传输模式 14

4.2.3 Modbus协议工作原理 14

4.2.4 Modbus事务处理   16

4.3 程序设计 17

4.3.1 Modbus通信实现 17

4.3.2 DS18B20温度采集程序 20

4.4 MCGS仿真环境搭建 20

第五章 系统调试 24

5.1 串口调试 24

5.2 MCGS仿真 25

第六章 总结 27

6.1 总体成果 27

6.2 不足之处与展望 27

6.3 感悟 28

参考文献 29

附录 31

致谢 34

第一章 绪论

1.1 课题简介

现今社会计算机互联网技术飞速发展，而数据采集技术又是计算机与物理世界通信的重要通道之一。在上位机（PC）和下位机（采集器）中制定好规定的通信协议，便可以实现两者间的通讯。在生活中的很多领域，如航空，各种工程或生产等部门，特别是对通信的速度，精确度要求高亦或是采集数据的环境相对恶劣的地方，数据采集应用的重要性就愈发凸显出来。对于被采集的对象，一般都是由装换器件把需要检测的参数转换成一个可以被检测到的信号，在把这个信号送到输入输出模块中进行处理，最后则交给上位机处理I/O模块转换来的数字信号，这便是整个数据采集的基本过程。

作为现代科学测试技术的重要组成部分，因为与之相关的计算机通信及传感器技术等的飞速发展，使得数据采集技术也迅猛发展，广泛地应用于社会经济，军事国防和科学实验等众多领域。因此为了提高对数据采集的认知了解，尤其是对Modbus协议的深度研究及用法用途，基于探究的原则设计了本系统。在本文中主要讲述了数据采集的原理和方法，同时详细地分析了Modbus协议的规范，还有如何运用Modbus协议实现主从之间的通信。

1.2 研究背景及发展现状

数据采集就是把模拟的信号通过某种方式转换为数字信号，然后把数字信号进行处理的过程，而这整个系统就称为数据采集系统数据系统。数据采集系统起始于20世纪50年代，第一例是1956年，美国军方将其应用在了测试系统中，通过让非技术人员进行测试，由他们进行整个过程的操作并且任务基本上是设备自主完成的，测试人员的任务只是进行一些简单的操作。因为这种数据采集系统所独有的方式以及高速灵活的特性是在以前前所未见的，应用它可以完成传统系统无法完成的任务。由于该技术作用的强大性，不到十年，国际中便开始出现可以实际应用的整套的数据采集产品，而且快速地流行起来，但是此时的数据采集系统还不能完好地发展于民用，大多数都是服务于专属的系统。

70年代末，由于计算机技术的发展，逐渐出现了采集设备与仪表设备与计算机互相结合的采集系统，相比较即将退出历史的自动检测仪器与专属系统结合的数据采集系统而言，性能良好且使用更加简单的新的数据采集系统更加优越，所以科学家们向这方面投入了更大的精力。但是在这个时期数据采集系统就已经逐渐分为了两个方向，根据使用途径的不同分为实验室数据采集系统和工业数据采集系统，前者数据总线大多是并行的，而后者大多是串行的。到了80年代，计算机的使用在全世界流行起来，数据采集系统得到了迅猛的发展，但总体上仍然没有大的改变，而到了80年代末，数据采集系统则完全进入了另一个领域，产生不就得为控制器和集成电路以及计算机相结合，同时通过软件管理控制。这使得整个系统的体积减小，成本降低，但是原有的功能不但没有减少反而有了更多的功能，处理数据的能力也更加强大。

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