基于MODBUS协议及STM32监控设备的设计制作

基于MODBUS协议及STM32监控设备的设计制作

摘要：如今，电子技术处于快速发展阶段，就现状而言在各个行业各个领域中监控设备都是必不可少的一部分。这次使用STM32开发板也是一次新颖的设计。监控设备也可以说是一个数据采集系统，所谓的监控设备，其实是要能够对数据和状态进行一个采集和控制。利用温湿度传感器对环境进行数据采集，数据能够显示在组态屏上，这款设计有着成本低、性价比高、便携等特点，市场上对于监控设备的需求也越来越广泛，然而成本是比较高的，现在采用STM32开发板来满足这个需求，无疑是一个正确的选择。这个系统中，在STM32另一端设计GPIO、AD、DA、PWM功能的外设，同时STM32开发板与组态屏是通过MODBUS协议连接起来的，达到可以显示LED灯状态和PWM的占空比以及对温度的采集数据的效果，并且能够控制LED灯亮灭状态，可以更直观地在组态屏上查看到采集的数据以及控制LED灯的开关。从而希望这个设计制作可以用于高校的实验实训仪器，来帮助学生更好地进行学习，也为高校降低了成本。

关键词：组态屏STM32；AD；DA；PWM；GPIO

Design and Manufacture of Monitoring Equipment Based on STM32

Abstract:Nowadays, the electronic technology is in the stage of rapid development. As far as the present situation is concerned, monitoring equipment is an essential part in all fields of various industries. Now the frequency of using STM32 development board is getting higher and higher. Compared with the traditional AT89C51 single chip microcomputer, its function is much higher. Therefore, using STM32 development board this time is also a novel design. Monitoring equipment can also be said to be a data acquisition system. The so-called monitoring equipment is actually capable of acquiring and controlling data and status. Using temperature and humidity sensors to collect environmental data, the data can be displayed on the configuration screen. This design has the characteristics of low cost, high cost performance and portability. The market demand for monitoring equipment is also more and more extensive, but the cost is relatively high. Now using STM32 development board to meet this demand is undoubtedly a correct choice. In this system, peripheral devices with GPIO, AD, DA and PWM functions are designed at the other end of STM32. At the same time, the development board of STM32 is connected with the configuration screen through MODBUS protocol to achieve the effect of displaying LED lamp status, PWM duty ratio and temperature data collection, and to control the LED lamp on/off status, so that the collected data can be viewed more intuitively on the configuration screen and the LED lamp switch can be controlled. Therefore, it is hoped that this design and manufacture can be applied to experimental and practical instruments in colleges and universities to help students learn better and reduce costs for colleges and universities.

Key words: configuration screen STM32；AD；DA；PWM；GPIO

第一章绪论

1.1课题的背景和意义

自改革开放以来，人们生活水平不断提高，经济发展也非常迅速，信息化智能化也逐渐在我们日常生活中开始普及，慢慢地走向信息化时代。随之，很多行业对于管理这一方面也希望越来越信息化和智能化，对于每个行业来说，最能够体现自身价值的莫过于数据了，通过数据的展现能够更加直观的了解并对问题进行处理，从而更好地实现科学计算。换一个角度，监控设备也可以说是数据采集，即通过采集系统外部数据通过串口输入到系统系统内部，数据采集技术在各个领域都得到了广泛运用。

在监控数据采集系统还没有被推广的时候，往往采用的是通过手动来进行控制以及测量记录数据。这种传统的方式，不仅仅需要大量的人力，而且浪费时间成本，效率还很低下。科技发展的迅速带给人们的不仅仅是生活水平的提高，在数据监控这方面的意义也是十分重大的，同时也弥补了之前传统方式的缺陷。现在我们常常会遇到所要监控的环境越来越复杂，这样对于设备的要求也是越来越高了，毫无疑问，这一问题的出现肯定成本也会随之提高，过程也会更加繁琐，之前对于维护系统这一方面对于人力的需求就很多，在这个过程中人员还会发生错误，对异常的情况未能及时发现，由此，对于监控采集系统的开发和完善是越来越迫切了。

1.2国内外研究现状

监控系统逐渐开始系统化，所以在市场上的价值也是显而易见的，许多学过相关知识的人士对智能监控也产生了强烈的欲望，在发达国家中，例如：美国、法国、英国等，对这个系统都开始进行研究。在97年的时候，美国的研究署就开始着手于监控场景的设计，在数据采集上也有很大的发展和进步，根据相关的公司所表现出来的现状，可以看出设备有着丰富的功能，方便携带，占用面积及体积小的特点，对于环境的适应能力也是很高的。

互联网领域数据采集被大范围的使用，在各个领域已经发生了许多转变。在国内，这方面的研究前些年才开始，对于很多方面的技术还没有那么的成熟，需要加大力度研究并且进一步完善设计。随着发展,一个全新的信息化时代即将到来。

以往会采用STM32中的MCU作为系统的中心原件，围绕这个原件来展开制作，其中用到了数字模拟转换变量，传感器以及一些开关的设置。MCU相比于其他设备，有简单、体积小、灵活的特点，由此，比较适用于小型的数据采集系统。能够对所在环境，进行一些数据的采集和监控，对数据信息也有一定的存储功能。

现在如今人们对于监控设备的数据采集需求也是非常强烈的，监控采集系统可以说是集中了数据的汇总。需要实现这个系统，我们要利用控制技术和计算机从而来进行数据的采集以及信息的汇总，目前常见的监控系统含有以下三种：通过电话线路、通过嵌入式以及通过传输网络。

1.3课题研究的内容

对于监控设备的制作往往需要高成本，操作相对而言也是较为复杂的。对于一些行业来说，可能不会造成什么影响，但是对于学校来说，制作一个监控设备的成本可能就有点高了，并且也不是那么的方便。所以基于这一点，本次课题的设计通过仿真在组态屏上实现控制以及对数据的采集和监控，竟而希望能够来帮助高校，作为他们实训的仪器来使用，不仅经济实惠降低了成本，使用起来也是十分的方便。

在组态屏和STM32开发板之间使用串口相连接并且需要遵循MODBUS协议，在开发板的另一侧连接四个外设，分别是ADC外设、DAC外设、PWM外设以及GPIO外设。完成这个仿真，在设计中借助了Kinco组态软件，在界面中设置开关，从而控制LED的亮灭程度，能够观看到PWM的占空比的图像和状态，在温度传感器和湿度传感器的帮助下，在AD外设中采集到温湿度的数值，DA外设来控制电机的占空比速度或者LED的亮度情况。

目录

第一章 绪论 2

1.1 课题的背景和意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 课题研究的内容 3

第二章 组态软件及STM32开发板 4

2.1 方案设计 4

2.2组态软件的介绍 5

2.3 STM32F103开发板的介绍 6

2.4 设计组态屏与STM32的功能 7

第三章 MODBUS 9

3.1 MODBUS协议 9

3.2 MODBUS协议代码分析 10

3.3 CRC的检测 11

3.4 MODBUS协议在HMI中的应用 14

第四章 LED的显示和控制 15

4.1 LED的显示和控制 15

4.2 GPIO和寄存器的关系 15

4.3 端口配置寄存器 17

4.4 STM32的地址映射 18

第五章 PWM的仿真 19

5.1 实验描述及工程文件清单 19

5.2 STM32通用定时器简介 19

5.3 代码分析 20

5.4 软件仿真的操作步骤 20

第六章 ADC和DAC的转换 26

6.1 ADC的简介及过程分析 26

6.2 配置工程环境及代码分析 27

6.3 DMA控制器 28

6.4 DAC模块 29

6.5软硬件调试 30

第七章 小结与致谢 33

7.1 小结 33

7.2 致谢 33

参考文献： 35

参考文献：

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