CN204576211U

CN204576211U - 一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统

Info

Publication number: CN204576211U
Application number: CN201520009652.1U
Authority: CN
Inventors: 周健; 李瑞锋; 徐华贵; 高照
Original assignee: Hefei Honen Mechanical & Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Hefei Honen Mechanical & Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2025-01-07

Abstract

本实用新型公开一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，包括上位机、测控主机、测控分机、通风控制模块、温湿度采集模块以及无线分支器，测控主机上行接口通过USB模块与上位机相连，测控主机下行接口通过SRWF-1028无线传输模块与各个测控分机相连，测控分机上的无线基站模块通过NRF24L01无线模块与无线分支器相连，所述测控主机与测控分机之间、测控主机与通风控制模块之间、通风控制模块与温湿度采集模块之间以及测控分机与无线分支器之间的数据传输格式均采用Modbus标准协议。本实用新型将Modbus标准协议用在粮情测量和控制系统中，加强系统通用性。数据格式更加简洁明了，更容易与其他系统对接。

Description

一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统

技术领域

本实用新型属于分析及测量控制技术，具体涉及一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统。

背景技术

智能粮情测控系统功能就是测量粮仓的温度、湿度等参数。目前粮情测控系统已具备粮食温湿度监测、超温报警、超湿报警、自动生成报表、自动存储历史数据、自动分析历史数据等等众多功能。虽然实现大体功能一致，但是粮情分析与测量控制系统行内无相关产品标准，导致产品规则型号各异，软硬件接口不统一等局面，同时每套系统底层数据格式各异，且行内无标准的相关的标准规定，因此常常出现系统与别的控制器之间通用性不强，软件接口不一致等问题。对使用不同产品的消费者造成管理困难、重复建设浪费资源等问题。

实用新型内容

本实用新型针对常用的智能粮情测控系统功能存在的缺陷和不足，提出一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，包括上位机、测控主机、测控分机、通风控制模块、温湿度采集模块以及无线分支器，其特征在于：所述测控主机上行接口通过USB模块与上位机相连，并且传输数据格式都是按照标准的Modbus协议；所述测控主机下行接口通过SRWF-1028无线传输模块与各个测控分机相连，并且测控主机和测控分机之间数据传输也是按照标准的Modbus协议；所述测控分机上的无线基站模块通过NRF24L01无线模块与无线分支器相连，并且测控分机与无线分支器之间传输的数据也是按照标准的Modbus协议；所述测控主机与测控分机之间、测控主机与通风控制模块之间、通风控制模块与温湿度采集模块之间以及测控分机与无线分支器之间的数据传输格式均采用Modbus标准协议，所述无线分支器可监测60个点，每个测控分机的无线基站模块可对多个无线分支器通讯，即每个测控分机至少可测量4000个点，精度为±0.5℃，分辨率为±0.1℃，通过上位机发送各种命令，简单明了的完成各个监测点的检测操作。

所述测控主机包括测控主机微处理器、主机无线传输模块、主机时钟模块、主机SD卡模块以及与上位机连接的USB通讯模块以及给各模块供电的主机供电电路，所述主机供电电路通过串口与上位机通信，所述测控主机微处理器通过485接口与无线传输模块通信，所述时钟模块、上行485通信模块、下行485通讯模块和SD卡均与测控主机微处理器电性连接。

所述测控分机用于接收命令并完成测量温湿度数据以及将数据返回等操作，包括测控分机微处理器、分机供电电路、无线传输模块、片外存储器、16路数据采集端口以及与无线分支器通讯的无线基站模块，所述测控分机微处理器通过485接口与分机无线模块连接，测控分机通过分机的无线基站使用无线与无线分支器通讯，所述测控分机微处理器与上行485通讯模块、下行485通讯模块、片外存储器、无线基站模块以及16个数据采集端口电性连接，片外存储器用来存储分机或者无线分支器采集到的数据。

所述通风控制模块包括供电电路、通风控制模块微处理器、与主机通讯的无线传输模块、继电器电路、继电器接口、按键开关电路以及485通讯模块，所述通风控制模块通过无线模块与测控主机通讯，所述通风控制模块通过485通讯模块与温湿度采集模块通讯，通风控制模块微处理器与继电器电路及接口、按键开关电路、485通讯模块电性连接。

所述无线分支器包括供电电路、无线分支器微处理器、与无线基站通讯的无线传输模块以及1-wire数据采集接口，所述无线分支器微处理器通过无线模块与测控分机的无线基站通讯，所述无线分支器微处理器与无线传输模块、1-wire数据采集接口电性连接。

所述温湿度采集模块包括供电电路、温湿度采集模块微处理器、485通讯模块以及温湿度数据采集接口，所述温湿度采集模块通过485通讯模块与通风控制模块通讯，温湿度采集模块微处理器与485通讯模块、温湿度数据采集接口电性连接。

所述测控主机微处理器采用STC15L2K16S2，通风控制模块微处理器及测控分机微处理器均采用STC15F2K16S2单片机，无线基站微处理器采用STM32F103C6T6单片机，无线分支器微处理器采用STC15W408AS单片机，温湿度采集模块微处理器采用STC15W204S，基于STC的掉电休眠模式，可将其平均功耗降到最低。

本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型将Modbus标准协议用在粮情测量和控制系统中，加强系统通用性。数据格式更加简洁明了，更容易与其他系统对接。

2、本实用新型Modbus协议传输的数据采用严密的CRC校验方式，加强了系统内部数据传输的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构。

图2为测控主机结构图。

图3为测控主机微处理器的电路原理图。

图4为测控主机USB通讯模块的电路原理图。

图5为测控主机SD卡模块的电路原理图。

图6为测控主机供电电路的电路原理图。

图7为测控主机数据缓存模块的电路原理图。

图8为测控主机时钟模块的电路原理图。

图9为测控主机485通讯模块的电路原理图。

图10为测控分机结构图。

图11为测控分机微处理器的电路原理图。

图12为测控分机片外存储器的电路原理图。

图13为测控分机供电电路的电路原理图。

图14为测控分机数据采集电路的电路原理图。

图15为测控分机485通讯模块的电路原理图。

图16为测控分机无线基站微处理器的电路原理图。

图17为测控分机无线基站供电电路的电路原理图。

图18为测控分机无线基站无线通讯模块的电路原理图。

图19为通风控制模块结构图。

图20为通风控制模块微处理器的电路原理图。

图21为通风控制模块按键开关电路的电路原理图。

图22为通风控制模块供电电路的电路原理图。

图23为通风控制模块485通讯模块的电路原理图。

图24为通风控制模块继电器电路及接口的电路原理图。

图25为无线分支器结构图。

图26为无线分支器微处理器的电路原理图。

图27为无线分支器供电电路的电路原理图。

图28为无线分支器1-wire数据采集端口的电路原理图。

图29为无线分支器无线传输模块的电路原理图。

图30为温湿度采集模块结构图

图31为温湿度采集模块微处理器的电路原理图。

图32为温湿度采集模块供电电路的电路原理图。

图33为温湿度采集模块1-wire数据采集端口的电路原理图。

图34为温湿度采集模块485通讯模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示：基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统主要包括上位机、测控主机、测控分机、通风控制模块、温湿度采集模块以及无线分支器，所述测控主机上行接口通过USB模块与上位机相连，并且传输数据格式都是按照标准的Modbus协议；所述测控主机下行接口通过SRWF-1028无线传输模块与各个测控分机相连，并且测控主机和测控分机之间数据传输也是按照标准的Modbus协议；所述测控分机上的无线基站模块通过NRF24L01无线模块与无线分支器相连，并且测控分机与无线分支器之间传输的数据也是按照标准的Modbus协议；所述测控主机与测控分机之间、测控主机与通风控制模块之间、通风控制模块与温湿度采集模块之间以及测控分机与无线分支器之间的数据传输格式均采用Modbus标准协议，所述无线分支器可监测60个点，每个测控分机的无线基站模块可对多个无线分支器通讯，即每个测控分机至少可测量4000个点，精度为±0.5℃，分辨率为±0.1℃，通过上位机发送各种命令，简单明了的完成需要的操作。

如图2所示：所述测控主机包括测控主机微处理器、主机无线传输模块、主机时钟模块、主机SD卡模块以及与上位机连接的USB通讯模块以及给各模块供电的主机供电电路，所述主机供电电路通过串口与上位机通信，所述测控主机微处理器通过485接口与无线传输模块通信。所述时钟模块、上行485通信模块、下行485通讯模块和SD卡均与测控主机微处理器电性连接。在本方案中，测控主机微处理器采用STC15L2K16S2芯片，用于指令收发、数据采集和总体控制；主机与分机通讯的无线模块采用SRWF-1028；测控主机与上位机、测控主机与通风控制模块以及测控主机与测控分机之间通讯均采用Modbus标准协议；供电电路使用L7805芯片(输出5V)和AMS1117芯片(输出3.3V)供电；时钟模块采用DS1302芯片；上行串口采用CH340G芯片与上位机通讯；下行485通讯模块采用SN65LBC184P芯片与无线传输模块相连；其他：USB接口、纽扣电池、SD卡槽等等。

如图10所示：测控分机包括测控分机微处理器、分机供电电路、无线传输模块、片外存储器、16路数据采集端口以及与无线分支器通讯的无线基站模块。测控分机用于接收命令并完成测量温湿度数据以及将数据返回等操作。测控分机微处理器通过485接口与分机无线模块连接，测控分机通过分机的无线基站使用无线与无线分支器通讯。测控分机微处理器与上行485通讯模块、下行485通讯模块、片外存储器、无线基站模块以及16个数据采集端口电性连接。片外存储器用来存储分机或者无线分支器采集到的数据。在本方案中，测控分机微处理器采用STC15F2K16S2芯片，用来实现测温以及回送数据等功能；分机无线基站模块采用STM32F103C6T6芯片，用来实现对无线分支器的命令发送及数据采集等功能；与主机通讯的无线传输模块采用SRWF-1028，分机的无线基站采用NRF24L01；分机与测控主机之间以及分机与无线分支器之间通讯均采用Modbus标准协议；片外存储器采用23K640芯片；上行、下行485通讯模块均采用SN65LBC184P芯片；分机供电电路使用L7805芯片(输出5V)和AMS1117芯片(输出3.3V)供电；其他芯片：74HC244。

如图19所示：通风控制模块包括供电电路、通风控制模块微处理器、与主机通讯的无线传输模块、继电器电路、继电器接口、按键开关电路以及485通讯模块。通风控制模块通过无线模块与测控主机通讯，通风控制模块通过485通讯模块与温湿度采集模块通讯。通风控制模块微处理器与继电器电路及接口、按键开关电路、485通讯模块电性连接。增加按键开关电路可实现通风控制的自动控制和手动控制两种方式。在本方案中，通风控制模块微处理器采用 STC15F2K16S2芯片，用来实现通风控制以及回送数据等功能；与主机通讯的无线模块采用SRWF-1028；通风控制模块与测控主机之通讯采用Modbus标准协议；485通讯模块采用SN65LBC184P芯片；通风控制模块供电电路使用L7812芯片(输出12V)和L7805芯片(输出5V)供电，12V输出主要用于继电器的驱动，5V输出主要用于通风控制模块微处理器及各芯片的供电。

如图25所示：无线分支器主要包括供电电路、无线分支器微处理器、与无线基站通讯的无线传输模块、以及1-wire数据采集接口。无线分支器微处理器通过无线模块与测控分机的无线基站通讯。无线分支器微处理器与无线传输模块、1-wire数据采集接口电性连接。在本方案中，无线分支器微处理器采用STC15W408AS芯片，用来实现命令的接收以及测温功能；无线分支器与分机的无线基站模块通讯采用Modbus标准协议；无线分支器的无线模块采用NRF24L01；供电电路使用HT7333芯片供电。

如图30所示：温湿度采集模块主要包括供电电路、温湿度采集模块微处理器、485通讯模块以及温湿度数据采集接口。温湿度采集模块通过485通讯模块与通风控制模块通讯，温湿度采集模块微处理器与485通讯模块、温湿度数据采集接口电性连接。在本方案中，温湿度采集模块微处理器采用STC15W204S芯片，用来实现测温功能以及数据收发处理；温湿度采集模块与通风控制模块之间采用Modbus标准协议通讯；485通讯模块采用SN65HVD3082芯片；供电电路采用HT7550芯片供电。

如图3所述为测控主机微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STC15L2K16S2芯片，STC15L2K16S2芯片有44个引脚，STC15L2K16S2芯片采用3.3V直流直流电压供电，40号和41号引脚分别接两个LED通讯灯，用来判断软件功能的实现；4号和5号引脚与USB通讯模块电性连接，实现与上位机的通讯功能；7、8、9、10号引脚与23K640芯片电性连接，实现数据的处理功能；6、8、9、10号引脚与SD卡模块电性连接，实现数据的读写功能；11、12、25号引脚与485通讯模块电性连接；30、31、32号引脚与时钟模块电性连接；18、19号引脚引出接插件，用于程序的烧录；39号引脚接一ROOT开关。

图4为测控主机USB通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用CH340芯片，CH340芯片采用3.3V直流直流电压供电；CH340芯片有16个引脚；7、 8号引脚接12MHz的晶振；2、3号引脚与测控主机微处理器连接。

如图5所示为测控主机SD卡模块的电路原理图。由图可见，SD卡模块有8个引脚，电路使用3.3V直流直流电压供电；2、3、5、6、7号引脚与测控主机微处理器电性连接。

如图6所述为测控主机供电电路的电路原理图。由图可见，电路采用L7812芯片、L7805芯片和AMS1117-3.3芯片，分别稳定输出12V、5V、3.3V直流直流电压。

如图7所示为测控主机数据缓存模块的电路原理图。由图可见，电路采用23K640芯片，23K640芯片有8个引脚；采用3.3V直流电压供电，1、2、5、6号引脚与测控主机微处理器电性连接。

如图8所示为测控主机时钟模块的电路原理图。由图可见，电路采用DS1302芯片，DS1302芯片有8个引脚；采用3.3V直流电压供电；2、3号引脚接3.2768MHz晶振；5、6、7号引脚与测控主机微处理器电性连接；8号引脚接CR2302纽扣电池。

如图9所示为测控主机485通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用SN65LBC184芯片，SN65LBC184芯片有8个引脚；采用5V直流电压供电；1、2、3、4号引脚与测控主机微处理器连接；6、7号引脚与接插件电性连接。

如图11所示为测控分机微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STC15F2K16S2芯片，STC15F2K16S2芯片有44个引脚；采用5V直流电压供电；40、41、42、30、35、36、37、23、24、25、26、27、28、29、38、39号引脚通过74ACT244芯片分别与16个数据采集端口连接；7、8、9、10号引脚与片外存储器电性连接；4、5、11、12号引脚与485通讯模块电性连接；1号引脚接ROOT开关；21、32号引脚接LED通讯灯。

如图12所示为测控分机片外存储器的电路原理图。由图可见，电路采用23K640芯片，23K640芯片有8个引脚；采用3.3V直流电压供电；1、2、5、6号引脚与微处理器电性连接。

如图13所示为测控分机供电电路的电路原理图。电路采用L7812芯片、L7805芯片和AMS1117-3.3芯片，分别稳定输出12V、5V、3.3V直流直流电压。

如图14所示为测控分机数据采集电路的电路原理图。由图可见，电路采用 74HC244和74ACT244芯片，两个芯片均是20个引脚；74HC244和74ACT244芯片使用5V直流电压供电；74ACT244的2、4、6、8、11、13、15、17号引脚与测控分机微处理器电性连接；3、5、7、9、12、14、16、18号引脚连接数据采集端口。

图15为测控分机485通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用SN65LBC184芯片，SN65LBC184芯片有8个引脚；采用5V直流电压供电；1、2、3、4号引脚与测控分机微处理器连接；6、7号引脚与接插件电性连接。

图16为测控分机无线基站微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STM32F103C6T6芯片，STM32F103C6T6芯片有48个引脚；采用3.3V直流电压供电；30号引脚接ROOT开关；21号引脚接LED通讯灯；14、15、16、17、18、19号引脚与无线模块电性连接。

图17为测控分机无线基站供电电路的电路原理图。由图可见，电路采用HT7333芯片，可稳定输出3.3V直流电压。

图18为测控分机无线基站无线通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用Nrf24L01芯片；采用3.3V直流电压供电。

图20为通风控制模块微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STC15F2K16S2芯片，STC15F2K16S2芯片有44个引脚；采用5V直流电压供电；41、42、43、44、1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13号引脚分别与16个继电器电路电性连接；40、32、33、34、35、36、37、20、21、22、23、24、25、26、27、38号引脚与按键电路电性连接；18、19、39、6号引脚与485通讯模块电性连接；30号引脚接LED通讯灯；31号引脚接ROOT开关。

图21为通风控制模块按键开关电路的电路原理图。由图可见，按键开关电路与通风控制模块微处理器的IO口电性连接。

图22为通风控制模块供电电路的电路原理图。电路采用L7812芯片、L7805芯片，分别稳定输出12V、5V直流直流电压。

图23为通风控制模块485通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用SN65LBC184芯片，SN65LBC184芯片有8个引脚；采用5V直流电压供电；1、2、3、4号引脚与通风控制模块微处理器连接；6、7号引脚与接插件电性连接。20)图24为通风控制模块继电器电路及接口的电路原理图。由图可见，电路采用943-1C-12DS继电器；采用12V直流电压供电。

图26为无线分支器微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STC15W408AS芯片，STC15W408AS有16个引脚；采用3.3V直流电压供电；1、2、3、4、5、14号引脚与NRF24L01无线模块电性连接；12、13与1-wire数据采集端口电性连接；9、10号引脚引出，用来烧录程序；7号引脚接LED通讯灯；11号引脚接ROOT开关。

图27为无线分支器供电电路的电路原理图。由图可见，电路采用HT7333芯片，可稳定输出3.3V直流电压。

图28为无线分支器1-wire数据采集端口的电路原理图。由图可见，1-wire数据采集端口与无线分支器微处理器电性连接。

图29为无线分支器无线传输模块的电路原理图。由图可见，电路采用Nrf24L01芯片；采用3.3V直流电压供电。

图31为温湿度采集模块微处理器的电路原理图。由图可见，电路采用STC15W204S芯片，STC15W204S有16个引脚；采用5V直流电压供电；1、16号引脚与温湿度数据采集端口电性连接；9、10、11号引脚与485通讯模块电性连接；9、10号引脚引出，用来烧录程序。

图32为温湿度采集模块供电电路的电路原理图。由图可见，电路采用HT7550芯片，可稳定输出5V直流电压。

图33为温湿度采集模块温湿度数据采集端口的电路原理图。由图可见，温湿度数据采集端口采用5V直流电压供电；温湿度数据采集端口与无线分支器微处理器电性连接。

图34为温湿度采集模块485通讯模块的电路原理图。由图可见，电路采用SN65HVD3082芯片；使用5V直流电压供电；与温湿度采集模块微处理器电性连接。

Claims

1.一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，包括上位机、测控主机、测控分机、通风控制模块、温湿度采集模块以及无线分支器，其特征在于：所述测控主机上行接口通过USB模块与上位机相连，所述测控主机下行接口通过SRWF-1028无线传输模块与各个测控分机相连，所述测控分机上的无线基站模块通过NRF24L01无线模块与无线分支器相连，所述通风控制模块通过无线模块与测控主机通讯，所述温湿度采集模块通过485通讯模块与通风控制模块通讯，所述测控主机与上位机之间、所述测控主机与测控分机之间、通风控制模块之间、温湿度采集模块之间以及测控分机与无线分支器之间均采用Modbus标准协议进行数据传输，所述测控分机的无线基站模块可对多个无线分支器通讯，每个无线分支器可监测60个点，每个测控分机监测至少4000个点，通过上位机发送命令完成多个无线分支器的监测操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述测控主机包括测控主机微处理器、主机无线传输模块、主机时钟模块、主机SD卡模块、与上位机连接的USB通讯模块以及给各模块供电的主机供电电路，所述主机供电电路通过串口与上位机通信，所述测控主机微处理器通过485接口与无线传输模块通信，所述时钟模块、上行485通信模块、下行485通讯模块和SD卡均与测控主机微处理器电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述测控分机包括测控分机微处理器、分机供电电路、无线传输模块、片外存储器、16路数据采集端口以及与无线分支器通讯的无线基站模块，所述测控分机微处理器通过485接口与分机无线模块连接，测控分机通过分机的无线基站与无线分支器通讯，所述测控分机微处理器与上行485通讯模块、下行485通讯模块、片外存储器、无线基站模块以及16个数据采集端口电性连接，片外存储器用来存储分机或者无线分支器采集到的数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述无线分支器包括供电电路、无线分支器微处理器、与无线基站通讯的无线传输模块以及1-wire数据采集接口，所述无线分支器微处理器通过无线模块与测控分机的无线基站通讯，所述无线分支器微处理器与无线传输模块、1-wire数据采集接口电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述通风控制模块包括供电电路、通风控制模块微处理器、与主机通讯的无线传输模块、继电器电路、继电器接口、按键开关电路以及485通讯模块，所述通风控制模块通过无线模块与测控主机通讯，所述通风控制模块通过485通讯模块与温湿度采集模块通讯，通风控制模块微处理器与继电器电路及接口、按键开关电路、485通讯模块电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述温湿度采集模块包括供电电路、温湿度采集模块微处理器、485通讯模块以及温湿度数据采集接口，所述温湿度采集模块通过485通讯模块与通风控制模块通讯，温湿度采集模块微处理器与485通讯模块、温湿度数据采集接口电性连接。

7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的一种基于Modbus协议的无线粮情分析和测量控制系统，其特征在于：所述测控主机微处理器采用STC15L2K16S2，测控分机微处理器及通风控制模块微处理器均采用STC15F2K16S2单片机，无线基站微处理器采用STM32F103C6T6单片机，无线分支器微处理器采用STC15W408AS单片机，温湿度采集模块微处理器采用STC15W204S。