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基于Modbus协议的数据采集系统的研究

王鹏  
【摘要】:伴随电子技术、计算机技术、通信技术的飞速发展,在工业生产、科学研究、国防建设等领域数字系统得到广泛地应用。其中,数字系统本身的性能高低与数据采集技术是否合理、高效息息相关。本文根据实验室关于某轴承形廓检测设备研制项目的研发需求,对数据采集系统的发展现状以及发展趋势进行了分析研究,阐明了数据采集系统的研究意义,结合现场总线技术的应用现状,选择在工业领域得到广泛应用的Modbus现场总线协议,开展了基于Modbus协议的数据采集系统的研究。首先,深入研究了Modbus技术的协议原理,包括事物处理机制、三种传输方式、差错校验方法等,为实现基于Modbus协议的数据采集系统做好了理论基础。根据研究背景,针对不同的数据采集目标,对本系统的整体方案进行了规划和设计。根据系统的需求,设计了基于DSP的主控单元和基于单片机的前端数据采集单元,分别阐述了单元内各功能模块的设计选型并附有原理图,提供了有效的本数据采集系统实现平台。然后,结合实时调度算法理论,对比分析了静态优先级调度算法与动态优先级调度算法的原理。在对数据采集系统网络结构分析的基础上,提出了基于HVF算法的系统实时调度设计方案。其次,利用数据采集系统的硬件平台,对系统软件的设计思路进行了阐述,实现了基于Modbus协议的总线通信,并针对工程中常用数字滤波算法的不足,提出了一种改进的数字滤波算法。最后,在以上软硬件的基础上搭建了完整的Modbus数据采集系统实验平台,对系统的功能及实时性、准确性进行了测试,验证了本设备具备良好的性能,基本达到了预期设定的目标。


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