【应用笔记】【AN001】VC#开发环境下基于以太网的4-20mA电流采集(基于modbus tcp 协议)...
版本：第一版 作者：毛鵬 楊帥 日期：20151108
簡介
4-20mA電流環具有廣泛的應用前景，在許多行業中都發揮著重要作用。本文主要介紹了以太網接口的4-20mA電流采集模塊在VC#環境下進行溫度采集，實現WINDOWS平臺對數據的采集、分析及顯示。
系統組成及工作原理
系統組成主要包括PT100鉑電阻、SBWZ溫度變送器、4-20mA電流采集模塊（GM4008）以及上位機軟件組成，如圖1所示。
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圖1 系統組成框圖
PT100鉑電阻溫度傳感器：利用鉑金屬阻值隨溫度的變化而變化的特性制成的一種溫度傳感器，主要用來測量溫度的變化量。
SBWZ溫度變送器：一種現場安裝式溫度變送單元，主要將鉑電阻的信號變換成線性的4-20mA的輸出信號。
4-20mA電流采集模塊（GM4008）：以太網接口的GM4008電流采集模塊，主要實現數據的傳輸，并通過以太網接口與上位機進行通訊。
上位機：制作上位機界面，實現被測數據的采集、分析和顯示。
系統工作過程中，當溫度發生變化時，PT100鉑電阻溫度傳感器的電阻值發生變化，其阻值經過SBWZ溫度變送器轉
換為4-20mA的電流信號，并通過4-20mA電流采集模塊（GM4008）與上位機通訊，從而實現溫度的采集、分析及顯示。
電流采集模塊
系統采用以太網接口的8通道4-20mA電流采集模塊（GM4008），不僅能更加快速、精確的把測量數據傳送給上位機，保證系統的效率，而且可以使系統的信息傳輸更加穩定。
GM4008簡介
GM4008 8通道4-20mA電流采集模塊（以下簡稱模塊）采用全電器隔離方案，配合高性能微處理器及8通道12位ADC在較小的體積下完成了電流測量功能。
模塊內置高性能電源變換電路，供電電壓范圍寬至7.5V-36V，且效率高達90%以上。此特性為長時間使用的電源穩定性提供保障。模塊內置1500V雙隔離電源模塊，使得供電輸入、模擬測量精度、模塊穩定性及通用性提供保證。
模塊內置百兆以太網電路，可完成遠距離4-20mA數據采集功能。長時間使用穩定可靠，抗干擾強、不掉線。
模塊內置32位的高性能ARM微處理器，它不但完成8通道、12位電流采集，而且支持固件升級功能，為后期功能升級和bug修復提供技術保證。
VC#上位機程序設計
VC#開發環境介紹
該通信測試界面采用Visual studio2015(VC#)實現，軟件界面如圖2所示。Visual studio2015是微軟公司推出的開發軟件，具有基本完整的開發工具集，包括了如UML工具、代碼管控工具、集成開發環境等工具，可實現基于C#的Modbus串口通信，該界面設計簡潔清晰，操作簡單，便于實現。
圖2 軟件界面
軟件使用方法
軟件界面如圖2所示，操作方法如下：
1. 在IP Address里設置IP；
2. 在Port里面設置端口，一般固定為502端口；
3. 點擊connect按鍵，此時會自動連接以太網，此按鍵變為disconnect；
4. 點擊start按鍵，開始采集電流；
5. 點擊stop按鍵，停止采集；
6. 點擊disconnect按鍵后，則斷開以太網，清除數據。
軟件核心代碼
（1）Modbus function3功能讀取保持寄存器
Modbus function3功能讀取保持寄存器如附錄1所示，該段程序由一個調用函數組成，程序的第128至148行，是寄存器的設置。第149至第162行，是將數據存入寄存器并讀取數據。第163至166是將data的數據轉換成float類型存入value中。
（2）顯示通道數據
顯示通道數據代碼如附錄2所示，此段程序主要截取的為0通道顯示數據，由三個主要函數組成，其余的7個通道可用與之相同的方法實現。
測量采集演示及說明
配備工具或軟件
1. 12V直流電源；
2. 兩個PT100鉑電阻溫度傳感器；
3. 兩個SBWZ溫度變送器；
4. 一個以太網接口8通道4-20mA電流采 集模塊（GM4008）；
5. Aligent 3440A臺式六位半數字萬用表；
6. 開發環境：Visual Studio 2015（所需軟件 由用戶自行下載）；
7. 操作系統：WIN7以上。
系統連接方法
本次實驗主要采集兩個通道的電流數據，為了保持圖片連線清楚整潔，只接入1個SBWZ，另一個連接方式相同。系統主要硬件連接如圖3所示。
圖3 系統主要硬件連接圖
測試步驟
1. 根據系統主要硬件連接圖（圖3）連接各組件；
2. 接入兩個溫度變送器，GM4008配置兩個通道，將CH0設定為打火機火焰測試數據采集通道，CH1設定為熱水數據采集通道；
3. 然后在程序界面設置好IP以及端口；
4. 將兩個溫度變送器的PT100鉑電阻分別放入熱水中與打火機火焰中（具體操作為點擊界面的connect按鈕，連接以后點start按鈕，系統會自動連接以太網采集數據，操作簡單方便）。
測試結果
實驗采集到的數據如圖4所示，為了證明測試結果的準確性以及得到準確的溫度，進行精度驗證與實驗驗證算兩個步驟。
圖4 實驗采集數據圖
（1）精度驗證
為了驗證所測電流值的準確度，把Aligent 34401A 六位半高精度萬用表串聯到SBWZ溫度變送器后端的電路中，將萬用表的電流讀數與上位機顯示的電流度數進行對比。實驗結果如表1所示，經過多次實驗，兩組數據結果基本相同。
表1 實驗各項數據表
| 被測對象 | GM4008測量值 | 萬用表 測量值 | 換算溫度 |
| 火焰（CH0） | 19.57mA | 19.58mA | 389℃ |
| 熱水（CH1） | 7.60mA | 7.61mA | 90℃ |
（2）實驗驗證
由SBWZ溫度變送器以及PT100鉑電阻的量程之間的關系，得出實際測得電流與溫度之間符合關系式：
y=25*x-100
對應測量的電流值對照計算知所測水溫為大約90℃，火焰大約為389℃（由于火焰溫度高于量程，所以到19mA以后停止實驗，以免損壞設備）與實際相符。
由測試可知：本系統基于VC#開發環境通過以太網測得的數據是真實可靠的，可應用于實際中。
總結
本文通過Visual studio 2015上位機編程實現了VC#環境下以太網的Modbus通信，可完成工業自動化控制系統中的遠程數據采集及監測等功能。該通信系統編程模式簡單、易于使用、有較強的實用性。
參考資料
1. 《C#高級編程》
2. 《C#圖解教程》
相關資源下載
1、Visual Studio 2015下載地址：
https://www.visualstudio.com/downloads/download-visual-studio-vs
2、GM4008 簡易手冊：
http://files.cnblogs.com/files/xiaomagee/GM4008%E7%AE%80%E6%98%93%E6%89%8B%E5%86%8CV1.0.pdf
3、GM4008 用戶手冊：
http://files.cnblogs.com/files/xiaomagee/GM4008%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%89%8B%E5%86%8CV1.0.pdf
4、GM4008 購買地址：
https://item.taobao.com/item.htm?id=522185223217
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的【应用笔记】【AN001】VC#开发环境下基于以太网的4-20mA电流采集(基于modbus tcp 协议)...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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