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目录一、课题来源及研究的目的和意义二、国内外在该方向的研究现状及分析三、系统整体目标四、主要研究内容五、研究方案及进度安排，预期达到的目标六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施一、课题研究背景及意义在工业以及各种民用领域，测温装置广泛使用。过去，它们常常独立工作。现在，随着网络化技术的发展，人们越来越需要从远程获取温度信号，以提高系统整体上的监控能力以及全局管理水平。温度信号所需传输的距离越来越长，数据的实时性、可靠性、安全性都要有所保证。现场总线技术作为一种专为工作在恶劣环境的现场装置间进行数据交换的数字通信技术，亦被广泛应用于具有温度变送器/传感器的网络。课题研究背景及意义Modbus是Modicon公司开发的一种开放的、标准的现场总线通信协议，被认为是世界上自动化领域中最为普遍使用的一个协议。带有串行通讯接口的设备通过Modbus协议可以很容易地集成在一起，大部分组态软件（如：组态王、MCGS、Citect等）都对Modbus协议提供强有力的支持。具有Modbus协议接口的温度变送器，在日益强劲的现场总线控制系统（FCS）应用中必定会成为不可或缺的一员。课题研究目的随着Modbus的广泛应用，相关产品的需求正不断增长。目前，支持Modbus协议的PLC、智能仪表等工控产品在市场上占有较大的市场份额，带有串行通讯接口的设备通过Modbus协议可以很容易地集成在一起，大部分组态软件（如：组态王、MCGS、Citect等）都对Modbus协议提供强有力的支持。具有Modbus协议接口的温度变送器，在日益强劲的现场总线控制系统（FCS）应用中必定会成为不可或缺的一员。课题研究目的本课题研究的目的是将modbus协议具体地用在生产实践中，从远程获取温度信号，以提高系统整体上的监控能力以及全局管理水平，设计的温度变送器的温度测量范围在-50~100℃，对于在恶劣的自然环境中的温度测量有实际意义。通过单片机对用Modbus协议传输来的数据进行快速的数据分析和处理，使数据的实时性、可靠性、安全性都有所保证。二、国内外研究现状2.1国内外温度测量研究现状及分析1)温度测量技术不断向着新的测量对象与测量环境发展;2)新的测温技术首先有赖于新的测温材料发现或合成及其制造技术;3)国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展，在高新技术的推动下,正跨入真正的数字化、智能化、网络化的新时代。国内外温度测量研究现状及分析在温度测量方面各国均取得了许多可喜的成果,其中前苏联的压电石英频率温度计分辨能力可达0.0001℃,理论上可达0.00001℃,而且在-40℃～230℃范围内具有温度与频率的线性特性；日本利用所谓石英温度频率转换器-80℃～200℃的温度范围,最大分辨率达0.0001℃；美国标准局研制的电阻温度计25欧标准铂电阻温度计,电桥分辨0.00002℃；我国生产的石英温度传感器分辨率达到0.0001℃,误差在0.05℃以内,中国航天工业总公司702所研制的5901(STP-1000)型粘贴式测温片,其静态测温精度为0.5%,快速响应时间小于0.013s。国内外温度测量研究现状及分析国内现存温度传感器生产企业还处在低水平竞争形势下，技术素质、生产能力、生产规模都跟不上国际水平，价格战十分普遍，引发产品质量的下降。可见，产品质量、技术以及成本三方面的优化是国内企业在未来竞争中处于有利地位的重要因素。面对激烈的市场竞争，国内生产商应该通过各种方式降低生产成本，控制经营中的固定支出，在自主研发和技术改造上加强投入，提升综合竞争力水平。国内外MODBUS研究现状及分析为更好普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司将Modbus协议的所有权移交给IDA（InterfaceforDistributedAutomation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。Modbus已经成为自控业界主流的通信协议。现在国际上关于Modbus的研究热点有基于Modbus通信协议与OPC服务器的研究等。国外Modbus总线技术的研究与应用已经比较健全。2004年9月，中国国家标准化管理委员会发布了《基于Modbus协议的工业自动化网络规范》，包括Modbus应用协议、Modbus协议在串行链路上的实现指南和Modbus协议在TCP/IP上的实现指南.三.系统整体目标（1）温度测量范围：-50～100℃，测量误差：±0.5℃；（2）自身要有温度指示；（3）要有Modbus协议接口与网络上其它节点进行数据交换；（4）至少支持上位机或其它节点以轮询方式获取该变送器的温度数据；（5）微控制器等相关器件的选用要考虑经济性；（6）系统可显示当前温度，人机界面良好；四、主要研究内容本系统从结构上分为上、下两级，第一级是下位机(即前端采集系统)；第二级是上位机。下位机由单片机、温度传感器等组成，其任务是完成测量点的温度测量与显示，并且通过Modbus串行通信的方式向上位机传送测量数据。整体结构如下图1所示。系统的整体的工作过程如下：当系统上电时，上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般模拟量），转化成数字信号根据上位机的请求反馈给上位机。上位机通过modbus总线获知下位机变化后综合其它条件可发送相应的功能码给下位机，下位机接到功能码与自己进行匹配，匹配成功的下位机执行相应的操作。上位机节点发送功能代码经由Modbus总线查询各下位机从站状态，从站得到功能代码后执行相应操作。下位机的工作流程：电源模块为节点的各个组成部分供电，但是需要经过5V/3.3V的转换后才能为微处理器进行供电，DS18B20进行温度收集，通过输入端口进入数据缓冲器后进入微处理器进行数据处理。处理完的数据经过光耦（隔离节点和modbus总线防止电压不稳定或其它因素可能给节点带来的电危害）通过RS485收发器经由modbus总线传送给请求该数据的上位机。此外，还设置了液晶显示（使下位机也能够显示实时温度）、键盘（为了设定通信波特率）、程序储存器（为储存程序而设置）、复位电路（系统可能出现故障、问题，因此设置了系统复位电路)。上位机的结构与下位机基本一致，不同在于将输入改为8路模拟量输入，之所以设计一个8路开模拟的输入是为了检测上位机自身的工作状况及使其能独立完成相对简单的工作。五、研究方案及进度安排，预期达到的目标2012.12.17-2013.01.13：查阅文献，了解Modbus协议及了解温度测量仪器的发展现状；2013.02.25-2013.04.21：系统分析，设计原理图及PCB；2013.04.22-2013.05.19：硬件调试、编程；2013.05.20-2007.06.30：整理资料、撰写论文。六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施可能遇到的困难和问题：1）绘制电路原理图的过程中可能会遇到元器件的选取和参数选定的问题；2）在进行模拟仿真的过程中可能会遇到元器件的选取错误或连线上的错误而导致仿真失败或仿真结果不理想的问题；3）绘制电路系统的PCB时，可能遇到排板布线不规范上的问题；4）在制作出电路板后，可能遇到电路线路连接出错等问题，导致调试不出结果。5）整体性能达不到预期的目标预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施解决的措施：1）在选取元器件及设定参数之前，认真的查阅各元器件的资料，参考别人的元器件的选择与参数设定；2）将电路分为多个小模块，一个模块一个模块的认真检查，不放过每个小错误；3）对于元器件的排板布线参照技术规范，合理地进行调整；4）调试电路的每一个模块，看具体哪个方面出问题。5）找出为什么性能达不到预期目标的原因，了解设计的不足之处；感谢各位老师的指导与帮助！