版本：第一版 作者：毛鵬 楊帥 日期：20151108

簡介

4-20mA電流環(huán)具有廣泛的應(yīng)用前景，在許多行業(yè)中都發(fā)揮著重要作用。本文主要介紹了以太網(wǎng)接口的4-20mA電流采集模塊在VC#環(huán)境下進行溫度采集，實現(xiàn)WINDOWS平臺對數(shù)據(jù)的采集、分析及顯示。

系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(wǎng)接口的GM4008電流采集模塊，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并通過以太網(wǎng)接口與上位機進行通訊。

上位機：制作上位機界面，實現(xiàn)被測數(shù)據(jù)的采集、分析和顯示。

系統(tǒng)工作過程中，當溫度發(fā)生變化時，PT100鉑電阻溫度傳感器的電阻值發(fā)生變化，其阻值經(jīng)過SBWZ溫度變送器轉(zhuǎn)

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(xiàn)溫度的采集、分析及顯示。

電流采集模塊

系統(tǒng)采用以太網(wǎng)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(shù)據(jù)傳送給上位機，保證系統(tǒng)的效率，而且可以使系統(tǒng)的信息傳輸更加穩(wěn)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(nèi)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(wěn)定性提供保障。模塊內(nèi)置1500V雙隔離電源模塊，使得供電輸入、模擬測量精度、模塊穩(wěn)定性及通用性提供保證。

模塊內(nèi)置百兆以太網(wǎng)電路，可完成遠距離4-20mA數(shù)據(jù)采集功能。長時間使用穩(wěn)定可靠，抗干擾強、不掉線。

模塊內(nèi)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(fù)提供技術(shù)保證。

VC#上位機程序設(shè)計

VC#開發(fā)環(huán)境介紹

該通信測試界面采用Visual studio2015(VC#)實現(xiàn)，軟件界面如圖2所示。Visual studio2015是微軟公司推出的開發(fā)軟件，具有基本完整的開發(fā)工具集，包括了如UML工具、代碼管控工具、集成開發(fā)環(huán)境等工具，可實現(xiàn)基于C#的Modbus串口通信，該界面設(shè)計簡潔清晰，操作簡單，便于實現(xiàn)。

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(shè)置IP；

2. 在Port里面設(shè)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(wǎng)，此按鍵變?yōu)閐isconnect；

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(wǎng)，清除數(shù)據(jù)。

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(diào)用函數(shù)組成，程序的第128至148行，是寄存器的設(shè)置。第149至第162行，是將數(shù)據(jù)存入寄存器并讀取數(shù)據(jù)。第163至166是將data的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成float類型存入value中。

（2）顯示通道數(shù)據(jù)

顯示通道數(shù)據(jù)代碼如附錄2所示，此段程序主要截取的為0通道顯示數(shù)據(jù)，由三個主要函數(shù)組成，其余的7個通道可用與之相同的方法實現(xiàn)。

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(wǎng)接口8通道4-20mA電流采 集模塊（GM4008）；

5. Aligent 3440A臺式六位半數(shù)字萬用表；

6. 開發(fā)環(huán)境：Visual Studio 2015（所需軟件 由用戶自行下載）；

7. 操作系統(tǒng)：WIN7以上。

系統(tǒng)連接方法

本次實驗主要采集兩個通道的電流數(shù)據(jù)，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(tǒng)主要硬件連接如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主要硬件連接圖

測試步驟

1. 根據(jù)系統(tǒng)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(shè)定為打火機火焰測試數(shù)據(jù)采集通道，CH1設(shè)定為熱水數(shù)據(jù)采集通道；

3. 然后在程序界面設(shè)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(tǒng)會自動連接以太網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，操作簡單方便）。

測試結(jié)果

實驗采集到的數(shù)據(jù)如圖4所示，為了證明測試結(jié)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(shù)據(jù)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(lián)到SBWZ溫度變送器后端的電路中，將萬用表的電流讀數(shù)與上位機顯示的電流度數(shù)進行對比。實驗結(jié)果如表1所示，經(jīng)過多次實驗，兩組數(shù)據(jù)結(jié)果基本相同。

表1 實驗各項數(shù)據(jù)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(guān)系，得出實際測得電流與溫度之間符合關(guān)系式：

y=25*x-100

對應(yīng)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(shè)備）與實際相符。

由測試可知：本系統(tǒng)基于VC#開發(fā)環(huán)境通過以太網(wǎng)測得的數(shù)據(jù)是真實可靠的，可應(yīng)用于實際中。

總結(jié)

本文通過Visual studio 2015上位機編程實現(xiàn)了VC#環(huán)境下以太網(wǎng)的Modbus通信，可完成工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的遠程數(shù)據(jù)采集及監(jiān)測等功能。該通信系統(tǒng)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(guān)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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http://pan.baidu.com/s/1mgLCzmo

源代碼包下載：（基于 VC#2015）

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總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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