CN110502467A - 一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，包括通讯配置文件获取模块、自定义配置文件获取模块、配置文件的读取和整理模块、日志文件生成模块、串口数据读取和分析模块；所述通讯配置文件获取模块，用于读取ini文件，获取配置信息；所述自定义配置文件获取模块，用于读取txt文件，获取所有变量相关信息；所述配置文件的读取和整理模块。本发明可基本适配各种基于modbus协议的信号采集仪表，同时支持各种输出接口，作为接口软件，进行基于串口modbus协议的报文采集、数据自动分析以及多种方式处理信号，具有较好的跨平台兼容性，运行稳定。

Description

一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统

技术领域

本发明涉及接口软件技术领域，尤其涉及一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统。

背景技术

Modbus是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。

当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上，包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。

此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用Modbus协议作为他们之间的通讯标准。

现有运用于工控系统领域的接口软件，虽然可支持较多种类的输出接口，一般支持基本modbus读写功能，但除了串口接口，现有的接口软件系统一般缺乏，文本文件生成、UDP传输、数据集中处理、界面显示和快速重启等功能，且跨平台运行适用性较差，可拓展性较差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，包括通讯配置文件获取模块、自定义配置文件获取模块、配置文件的读取和整理模块、日志文件生成模块、串口数据读取和分析模块；

所述通讯配置文件获取模块，用于读取ini文件，获取配置信息；

所述自定义配置文件获取模块，用于读取txt文件，获取所有变量相关信息；

所述配置文件的读取和整理模块，通过对各个需要采集数据点的变量名、仪表ID、数据类型、寄存器地址、有效范围、换算关系、变量含义进行逐一配置来实现兼容各种信号采集仪表，根据配置文件内的变量数量和测点数量进行界面的自适应，纵轴为每个测点，横轴为各测点测量的变量类型；

所述日志文件生成模块，用于生成log日志文件，记录软件配置信息；

串口数据读取和分析模块，用于对串口数据的接收、校验、分析以及各种I/O接口的输出；

系统处理步骤为：

第一步：读取配置文件；

第二步：初始化界面；

第三步：初始化串口；

第四步：初始化UDP接口；

第五步：开启主循环；

第六步：数据界面显示，生成“.dat文件”，数据UDP传输。

优选地，所述串口数据读取模块还包括数据界面显示模块、“.dat”文件生成模块、数据UDP传输模块；

所述数据界面显示模块，用于整理需直接显示的数据；

所述“.dat”文件生成模块，用于整理需生成dat文件的数据；

所述数据UDP传输模块，整理需发往NS100的数据。

优选地，数据的接收，通过readAll方法在下发读取指令后对报文数据进行读取；

报文的校验，为保障报文的正确性，对报文进行CRC校验处理；

数据的分析，完整读取自定义配置文件，对数据含义和变量对应关系进行对应和整理，形成各种I/O接口的原始信息。

本发明的有益效果：

作为一款主打跨平台性、面向对象、丰富API以及艺术级设计界面的开发平台，使用Qt开发软件不仅能提高开发的效率，并且代码质量也很高，因为调用的方法大多很成熟。最主要的是它的跨平台性，该软件源码可以在各种操作系统如Windows、Linux、Android等系统上编译运行，运行稳定。

本软件系统支持与各种基于modbus协议的采集仪表适配，只需在配置文件中对各个需要采集数据点的变量名、仪表ID、数据类型、寄存器地址、有效范围、换算关系、变量含义进行逐一配置即可；

另外显示界面具有可拓展性，可以按照变量数量进行自动生成和排列，软件支持在运行时重新调出配置界面，进行重新配置并快速启动。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统的结构框图；

图2为本发明提出的一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统的运行结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，包括通讯配置文件获取模块、自定义配置文件获取模块、配置文件的读取和整理模块、日志文件生成模块、串口数据读取和分析模块；

所述通讯配置文件获取模块，用于读取ini文件，获取配置信息；

所述自定义配置文件获取模块，用于读取txt文件，获取所有变量相关信息；

所述配置文件的读取和整理模块，通过对各个需要采集数据点的变量名、仪表ID、数据类型、寄存器地址、有效范围、换算关系、变量含义进行逐一配置来实现兼容各种信号采集仪表，根据配置文件内的变量数量和测点数量进行界面的自适应，纵轴为每个测点，横轴为各测点测量的变量类型；

所述日志文件生成模块，用于生成log日志文件，记录软件配置信息，log日志，通常是系统或者某些软件对已完成的某种处理的记录，以便将来做为参考，它并没有固定的格式，通常是文本文件，可以用记事本打开以查看内容，当然很可能是其它格式，直接打开就是乱码。大部分的log可以从文件名看出它的作用，比如uninstall.log或是error.log，当然前者通常是软件安装过程中生成的记录，以便将来卸载的时候可以提供给卸载程序使用，后者通常是用来记录一些软件运行中的错误信息等等；

串口数据读取和分析模块，用于对串口数据的接收、校验、分析以及各种I/O接口的输出，I/O接口是主机与被控对象进行信息交换的纽带。主机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。目前，绝大部分I/O接口电路都是可编程的，即它们的工作方式可由程序进行控制。目前在工业控制机中常用的接口有:1、并行接口，如8155和8255；2、串行接口，如RS485/RS422和RS232；3、直接数据传送接口，如8237；4、中断控制接口，如8259；5、定时器/计数器接口，如8253等。此外，由于计算机只能接收数字量，而一般的连续化生产过程的被测参数大都为模拟量，如温度、压力、流量、液位、速度、电压及电流等，因此，为了实现计算机控制，还必须把模拟量转换成数字量，即进行A/D转换，进行端口地址译码设备选择；

系统处理步骤为：

第一步：读取配置文件，创建QSetting对象，调用其value()方法获取存储基本配置信息的iniconfig.ini文件内容，.ini文件是Initialization File的缩写，即初始化文件，是windows的系统配置文件所采用的存储格式，统管windows的各项配置，一般用户就用windows提供的各项图形化管理界面就可实现相同的配置了。但在某些情况，还是要直接编辑ini才方便，一般只有很熟悉windows才能去直接编辑；

创建QFile对象，调用readLine()方法逐行读取存储测点信息的配置文件，并将读取到的内容解析存储至结构体数组中；

第二步：初始化界面，初始化配置界面：代码生成数个CombBox和LineEdit控件使用label控件进行命名，根据读取到的配置文件内容对相应控件内的值进行初始化，在QT中，Combo Box(组合框)控件很简单，可以节省空间，从用户角度来看，这个控件是由一个文本输入控件和一个下拉菜单组成的，用户可以从一个预先定义的列表里选择一个选项，同时也可以直接在文本框里面输入文本；

初始化主界面：根据结构体数组内容，在界面上对测点KKS变量、数据种类和报警状态进行初始化配置；

第三步：初始化串口，创建QSerialPort串口对象，调用其open(QIODevice::ReadWrite)方法开启串口，分别调用setBaudRate()、setDataBits()、setParity()、setStopBits()以及setFlowControl()方法对串口的波特率、数据位、奇偶校验位、停止位和流控制进行初始化配置，串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议(不要与通用串行总线universal serialbus或者usb混淆)，大多数计算机包含两个基于rs232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多gpib兼容的设备也带有rs-232口，同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据；

第四步：初始化UDP接口，创建QUdpSocket读对象和写对象，使用bind方法配置读对象监听端口，UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，UDP协议基本上是IP协议与上层协议的接口，UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。

UDP提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据，UDP传输的可靠性由应用层负责，常用的UDP端口号有：DNS 53、TFTP 69、SNMP 161；

UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差，但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等；

第五步：开启主循环，利用多线程内执行while(true)方法做主循环，根据结构体数组内容生成查询报文，并下发至串口；

读取来自串口内容，经过modbus CRC16校验、报文解析和数据整理后做界面显示、重要数据传输和数据库存储，CRC-16错误校验程序如下：报文(此处只涉及数据位，不指起始位、停止位和任选的奇偶校验位)被看作是一个连续的二进制，其最高有效位(MSB)首选发送，报文先与X↑16相乘(左移16位)，然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除，X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示为二进制数11000，0000，0000，0101，整数商位忽略不记，16位余数加入该报文(MSB先发送)，成为2个CRC校验字节，余数中的1全部初始化，以免所有的零成为一条报文被接收，经上述处理而含有CRC字节的报文，若无错误，到接收设备后再被同一多项式(X↑16+X↑15+X↑2+1)除，会得到一个零余数(接收设备核验这个CRC字节，并将其与被传送的CRC比较)；

第六步：数据界面显示，生成“.dat文件”，数据UDP传输。

其中，所述串口数据读取模块还包括数据界面显示模块、“.dat”文件生成模块、数据UDP传输模块；

所述数据界面显示模块，用于整理需直接显示的数据；

所述“.dat”文件生成模块，用于整理需生成dat文件的数据；

所述数据UDP传输模块，整理需发往NS100的数据。

其中，数据的接收，通过readAll方法在下发读取指令后对报文数据进行读取；

报文的校验，为保障报文的正确性，对报文进行CRC校验处理；

数据的分析，完整读取自定义配置文件，对数据含义和变量对应关系进行对应和整理，形成各种I/O接口的原始信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，其特征在于，包括通讯配置文件获取模块、自定义配置文件获取模块、配置文件的读取和整理模块、日志文件生成模块、串口数据读取和分析模块；

所述通讯配置文件获取模块，用于读取ini文件，获取配置信息；

所述自定义配置文件获取模块，用于读取txt文件，获取所有变量相关信息；

所述配置文件的读取和整理模块，通过对各个需要采集数据点的变量名、仪表ID、数据类型、寄存器地址、有效范围、换算关系、变量含义进行逐一配置来实现兼容各种信号采集仪表，根据配置文件内的变量数量和测点数量进行界面的自适应，纵轴为每个测点，横轴为各测点测量的变量类型；

所述日志文件生成模块，用于生成log日志文件，记录软件配置信息；

串口数据读取和分析模块，用于对串口数据的接收、校验、分析以及各种I/O接口的输出；

系统处理步骤为：

第一步：读取配置文件；

第二步：初始化界面；

第三步：初始化串口；

第四步：初始化UDP接口；

第五步：开启主循环；

第六步：数据界面显示，生成“.dat文件”，数据UDP传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，其特征在于，所述串口数据读取模块还包括数据界面显示模块、“.dat”文件生成模块、数据UDP传输模块；

所述数据界面显示模块，用于整理需直接显示的数据；

所述“.dat”文件生成模块，用于整理需生成dat文件的数据；

所述数据UDP传输模块，整理需发往NS100的数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于串口modbus通信协议的通用采集接口软件系统，其特征在于，数据的接收，通过readAll方法在下发读取指令后对报文数据进行读取；

报文的校验，为保障报文的正确性，对报文进行CRC校验处理；

数据的分析，完整读取自定义配置文件，对数据含义和变量对应关系进行对应和整理，形成各种I/O接口的原始信息。