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第32卷 第12期 2010-12(上

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基于STM32和MODBUS协议的多参数 数据采集卡设计

Multi-parameter data acquisition card design based on STM32 and MODBUS protocol

肖前军XIAO Qian-jun

（重庆工业职业技术学院，重庆 400050）

摘 要：为了实现工业现场数据采集的网络化和智能化，本文使用STM32作为控制器，采用MODBUS

通信协议，设计了一款高性能多参数数据采集卡。 关键词：STM32；MODBUS协议；网络化；多参数

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(201012(上-0205-04Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上.67

0 引言

在工业现场需要监控现场的工作环境和设备的运行状况，就需要测量现场的温度、湿度和设备的电压、电流等参数，以前的数据采集多采用变送器，变送器采集的数据采用模拟量传输，抗干扰能力较差，并且采集数据单一，不能完成多参数采集，由于采用模拟量传输不易实现网络化。本文提出一种多参数数据采集卡的设计

和实施方案，采用STM32作为微处理器，标准MODBUS协议作为通信规约，实现数据采集的网络化和智能化；该采集卡具有如下功能：可实现8路模拟量输入（混接），用户可将任一通道自由设置成标准电压、标准电流（加接取样电阻）、热电偶、热电阻等信号方式；8路继电器输出（控制或报警信号），报警继电器由I/O前端自行控制输出（组态），可单组或多组输出，每组输出为独立方式，报警输出触电电流≤3A；在串行通信方式（RS485）下，采用标准MODBUS协议，使采集卡与上位机或控制器进行通信；人机接口（键盘及显示），完成参数手动设置和测试结果现场显示。

1 系统总体方案

系统总体框图如图1所示，包括电源处理电路，MCU控制器，串行通信模块，信号滤波电路，放大电路和A/D转换电路，信号隔离电路，输出报警和人机接口电路。系统软件流程如图4

所示。 图1 系统框图 2 功能模块设计 2.1 电源电路设计

本部分设计各模块电路的供电电源，该项目有4组模块电路，由于信号需要隔离，故4模块电路的供电电源独立，输入电源电压为24V；输出3组5V电源、2

组3.3V电源和一组24V电源；设计功率：8W。（具体功率分配：5V电源500mA，3.3V电源各100mA，24V电源200mA）。

电源电路如图2所示，输入端接24V直流电源，TV1为 TVS管，是目前国际上普遍使用的一种高效能电路保护器件，它的外型与普通二极管相同，但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率，通过TM2594M单元电路，将电压稳定到+5 V。TM2594系列芯片为简单步降开关稳压器，转换效率高达88%，解决了78XX系列LDO型稳压器件的压差大发热大的问题。+5 V电源经过DC/DC隔离模块H0505S后产生两路+5V电源，用于信号处

收稿日期：2010-08-12

作者简介：肖前军（1974 -），男，重庆开县人，讲师，硕士研究生，研究方向嵌入式系统设计。

【206】 第32卷 第12期

2010-12(上

理、采集模块电路和串口通信模块电路使用，使用 NCP1117L产生两路+3.3 V电源用于MCU控制器