基于基于Modbus总线的数据采集与控制系统的设计(2)
在早期工业中，由于设备简单，工艺落后，安全部门只需要监测温度、湿度、气压等比较简单的物理量，而且是人工监测，效率低，实时性差。但早期工业的背景注定了生产中不具备精密性等一些现代工业的要求指标，所以人工监测也勉强能胜任。但在现代工业中，随着微电子的不断发展，各种工业用品朝着精密化，微型化，高效化的方向发展，也就对生产环境产生了更高要求，往常的人工监测已不能够满足工业生产的需要，迫切需要一种新型的监测体系来代替人工监测，完成对生产安全的保障。
随着计算机技术的发展，通过微处理器的数据交流应用越来越广泛。而作为现代信息科学技术的重点，数据采集技术，信号处理技术给工业生产安全监测体系带来了新的力量。来自计算机与微机技术的数据交流技术打破了往日人机交流的牢笼，而将主从机交互变成了现代工业生产中的新元素。得益于微处理器的高速发展，现代的微处理器可靠性高，精确性好，工作环境要求低而工作效率高，能肩负控制一个系统的重任。从而，主从机通信成为工业生产中的主流，也成为国内外研究的热点。
数据采集系统（Data Acquisition System），则是将其通过各种传感器及接收器收集到的实时模拟量转化为数字量传输给控制系统，再由具备处理能力的控制系统进行对于实时数据的处理，包括数据类型转换，实时显示，数据传输和本地存储。以上后续处理的性能指标均直接取决于初始数据的采集，所以，尽可能完美的获取高精度的初始实时数据则依赖于数据采集系统的精准度。因此，工业生产的各项指标均与数据采集系统有着紧密的联系。
1.2 数据采集系统的历史及研究现状
1.3 课题要求
（1）查阅有关ModBus总线的数据采集与控制系统的相关文献资料，完成文献综述。要求综合15篇以上文献，符合文献综述撰写规范。
（2）完成开题报告，要求符合开题报告撰写规范。
（3）按基于ModBus总线的数据采集与控制系统的技术要求，选择方案，要求阐述方案工作原理。
（4）按课题技术要求设计基于ModBus总线的数据采集与控制系统的硬件电路和相关的软件程序，要求对硬件电路和相关软件程序加以必要说明。
2. 相关基本原理介绍
2.1 RS-485简介
由于企业信息化的需要，传统仪表因不能满足企业生产时的数据实时交流而日趋淘汰，新的智能仪表逐渐崭露头角。而新型的RS-485较早期的RS-232接口而言，既能实现点对点的通信方式，又能实现联网功能。
RS-485采用平衡发送和差分接受方式实现通信，信号接口电平与TTL电平兼容，发送串将串口的TTL电平信号转换为差分信号，再由具有差分接受方式的接收端将发送端发送的差分信号转换回TTL电平信号。因为采用双绞线和差分方式接受，所以抗共模干扰能力很强，抗噪声干扰性很好。下图是RS-485通信原理图。
图2.1.1 RS-485通信原理图
RS-485采用半双工工作方式，最高传输速率为10Mbps，最大通信距离为1219m，但传输速率与传输距离成反比，要求最大通信距离的情况下，就要限制100Kbps的最小传输速率，如果对传输距离有更高要求，则应该添加485中继器。RS485总线最多可以有32个节点，在使用特制芯片的情况下可达到128个节点。
当RS-485等智能仪表之间要实现数据交流的时候，在通讯接口建立后需建议一个数据传输协议，以便发送端和接收端之间能更好的处理通信所需的数据，这就是所谓的通信协议。包括ModBus协议，自定义协议两种。