基于Modbus协议的空间分布式温湿度测控系统设计，结合CAN总线通信原理的自然环境应用

目前，大型基地（如仓库）对其空间内部的温度和湿度参数非常关注，因为这直接关系到其中储存的设备是否能够无腐蚀、完好的被保存。因此，能够自动测量空间内的温湿度并在需要的时候开启风机以控制温湿度是很有必要的。本文提出用分布式系统结合Modbus协议来高稳定高可靠地收集数据，同时在PC机上利用ACCESS的强大功能分析和处理数据并发出风机指令，从而实现温湿度的自动测控。

系统构成

该温湿度测量控制系统属于传感器空间立体分布式测控系统，采用PC主机和一台上位机、以及若干台下位机来实现主从式通信，同时使用RS485通信方式并采用Modbus协议组成工业级485网络，然后再加上风機、打印機等。从而构成一套完整的系统来实现对基地の温度湿度参数进行监测和控制。下位机采用一线总线(12wireinter2face)温度传感器来和shtll湿度传感器精确地采集温湿度信号，并应用PIC16单片机来把处理的信号通过RS-485总线发送给上位机。上位机会AT89S52中央控制单元，可进行数据处理和数据储存，并可与PC机会实现数据交互，进而通过该网络驱动風機開關通斷。图1所示为系統總體框圖。

Modbus协议

Modbus协议适用于半双工의RS-485总线。这类总线通常可以有一个主机关多个从机关，每个从机关分配唯一地址。在工作时采用命令——应答模式，即每一种命令帧都对应着一种应答帧；主机关可以向要访问從机关发出命令帧，然后由地址匹配從機進行响應，再向主館發出與命令帧對應之應答帧；地址不匹配從機不响应命令帧。此种问答沟通方式，可以大大提高了數據傳輸中的正確性。

标准MODBUS规定了许多功能代码，不同功能代码要求不同的回复行为MODBUS protocol 分为ASC码模式 和RTU模式，一般应用都希望在较短时间内尽可能扩大數據傳輸量，因此，大多数情况下采用RTU方式，无论是命令还是应答消息，在起始及结束处必须至少保持3.5个字符时间长停顿作为标志；此外，还有from machine address 指明该命令应该由哪台設備接收; function code 告诉设备应该如何作出回复; register start address 告诉设备开始读取寄存器的是哪一个位置; register number 是要连续读取多少個寄存器; CRC校验码 对整个frame进行CRC-16校验，以确保正确传输。

系统硬件实现

本系統硬件採用了一台上位機與若干下位機構成了一個異步網絡，用以完成數據收集與儲存。

上位機主要由AT89S52單片機、通訊模組、儲存模組及狀態指示模組構成。

下位機主要由PIC16單片機、一線總線溫濕測試傳感器（包括12wireinterface溫濕測試傳感器）、風力調節單元及狀態指示模組構成。

系統軟件設計

本系統中溫濕監測系統軟件可通過VB語言來開發，並且基於Access資料庫進行管理。本軟體具有類似Windows界面操作方法，因為它十分簡單易用，其完成的一些主要功能包括：數據收集、系統設定、使用者管理、數據處理顯示、新規歷史資料分析報警設置設備管理輸出報表等圖形顯示等。

在這裡，有兩個重要部分：第一個是使用者管理，它涉及到添加刪除使用者的身份驗證權限修改，以及第二個則是在監控環境中設定溫濕參考值，這包括設定適當之溫濕敏感性參數並且能夠讀取或寫入裝置中的臨時記錄檔。而最後一個部分則是關於過去某些時間點或特定日期下的平均氣候條件查詢，也就是說你可以追蹤過去一年內不同月份各自平均氣候情況或者任何特定的時間點上的氣候條件，並打印相關報告或圖表供後續研究。

5 结束语

本文討論了通過基于MODBUS協議來實現空間內溫溼比自動化監測與調整措施，並結合CAN總線通信原理對自然環境進行實際應用。在文章中，我們給出了從硬體選擇到嵌入式軟體設計再到PC端程序開發的一系列具體步驟，以便于未來工程師在實際項目中能夠參考並導航。在這樣的情況下，本技術將會成為基礎設施維護人員最強大的工具之一，因為它提供了一種有效且準確地監視環境條件的手段，並能夠迅速響應變化，以保護物品免受損害。