摘要：为了实现工业现场温度采集的网络化和智能化，本文使用STC单片机作为控制器，采用MODBUS通信协议，设计了一款新型智能温度变送器。
关键词：STC、MODBUS协议、网络化、温度
中图分类号：TP212 文献标志码：A文章编号：16711009(2010)12015801
在工业现场，需要对温度、压力、速度、角度、湿度、流量等各类非电物理量进行测量，测量这些非电物理量时，首先需要转换成模拟量电信号，然后通过导线传输到几百米外的控制中心或显示设备上。这种将物理量转换成标准信号 4～20 mA 或（1～5 V）的仪表称为变送器。工业上主要有电压、电流两种变送器。本方案不但可以将工业现场采集的温度转换成标准信号 4～20 mA 和（1～5 V），满足老用户的需求，还可以根据新用户需要实现温度数据采集的网络化和智能化，把现场采集的温度通过STC单片机处理后，通过总线把温度值传输到控制中心。
一、系统总体方案图1 系统框图
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，信号采集、电路，放大电路，校准电路，1-5V输出电路和V/I转换电路。
各部分的原理及功能如下：
1）电源处理电路。本部分电路把24V电压转换为一路基准电压源和一路单片机工作电源。
2）传感器。制作温度变送器需要用到传感器，传感器完成温度的采集，该项目中采用 Pt100 热电阻来采集温度信号。
3）调理电路（采集、放大和校正电路）。信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。本电路包括放大、仪器放大电路和校正电路。
4）V/I 变换电路。V/I 变换器是一种可以用电压信号控制输出电流的电路，本部分电路电压信号转换成0-20mA电流信号。
5）1-5V转换电路。把前级电路的信号放大，输出1-5V信号。
6）MCU采用STC12C5A60S2单片机，其主要性能，高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍；低功耗设计：掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒；工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz多达62K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上；ISP / IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器；8通道，10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用；高速SPI串行通信端口。单片机完成数据采集，并通过总线把温度值传输到控制中心。还可以接收控制中心的指令，实现智能化采集［1］。
二、通信模块设计
串行通信模块实现变送器与上位机或控制器进行通信，通信速度为4800 Bps～19200 Bps，可以实现上位机或控制器设置变送器的用户参数，变送器可以将采集的数据传送给上位机或控制器，实现数据采集的智能化。采用美信公司的max485芯片实现TTL电平和计算机电平之间的转换，通信协议采用MODBUS协议，传输距离可达1200米；多个采集卡可以与上位机组成局域网，采用MODBUS协议进行通信，实现数据采集网络化。
（1）ModBus基本规则
所有RS485通信回路都遵照主/从方式。按照这种通信方式，数据可以在一个主站(如：上位机或控制器)和32个子站(如：变送器)之间传输；主站将初始化和控制信息在RS485通信回路上进行传输；任何一次通信都由主站发起，子站不能发起通信；在RS485回路上的所有通信都以“信息帧”格式传输；如果主站或子站接收到含有未知命令的信息帧，则不响应［2］。
（2）数据帧格式
通信传输为异步方式，并以字节(数据帧)为单位。在主站和子站之间传递的每一个数据帧都是11位的串行数据流。1位起始，8位数据，1位校验和1位停止。
（3）通信规约
当主站（上位机）把通信命令发送到子站(变送器)时，符合相应地址码的变送器接收通信命令，并除去地址码，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给主站。收发信息以数据帧为单位，包括地址码（ADD）8bit、执行任务的功能码8bit、执行任务后的数据N×8bit，以及错误校验码(CRC) 2×8bit。如果出错就不发送任何信息。
通信部分的电路采用6N137，实现电气隔离，max485作为电平转换芯片。通信流程图如图2所示。
三、软件设计
项目的软件主要包括系统程序，AD采集程序和通信程序三部分，流程如图如图2所示。图2 软件流程图
参考文献
［1］宏晶科技《STC12C5A60S2》数据手册.
［2］宋凤娟.STC12C5A60S2单片机高速A/D转换方法［J］.煤矿机械》 2010，（6）.