一 : 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
苏州大学
硕士学位论文
基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
姓名：陆晓峰
申请学位级别：硕士
专业：计算机技术
指导教师：王宜怀
20090501
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现中文摘要
中文摘要
恒温振荡培养箱是生物、制药、食品、医学、卫生、环保、农林等科研和生产部门不可缺少的实验设备，可以为生化实验提供一个恒定的环境，其市场需求量也在快速增长。目前，国内生产的同类产品大多采用机械定时或８位微控制器控制，功能比较单一，数据处理能力弱。因此，研发高性能、多功能、数据处理能力强的恒温振荡培养箱是非常必要的。
本文选用３２位微控制器ＬＰＣ２３６８和８位微控制器ＡＴ８９Ｃ５５，采用双微控制器结构，设计并实现了一款基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器，具有高性能、可靠性高、实时性好、数据处理能力强、易操作的特点。
论文阐述了恒温振荡培养箱控制器的开发过程。首先给出了恒温振荡培养箱控制器整体结构设计：其次给出了系统硬件模块设计；接着分析了Ｍｏｄｂｕｓ协议，结合控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议功能码进行裁减，用它实现了两个微控制器间的可靠通信；分析了１２Ｃ总线协议，编程实现了微控制器对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器的读写：给出了系统软件模块的流程图；然后，总结了系统调试方法，调试过程中遇到的问题和解决措施；最后，对项目进行了总结与展望。本课题的成果可以为其它高性能工业控制器的研发提供借鉴和参考。
经生产厂家测试和实际运行表明，基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器工作稳定可靠，实时性好，有较强的抗干扰能力。
关键词：恒温振荡培养箱，微控制器，ＬＰＣ２３６８，ＡＴ８９Ｃ５５，Ｍｏｄｂｕｓ协议，ｉ２ｃ总线
作者：陆晓峰指导教师：王宜怀
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｓｔａｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｃｕｂｍｏｒＳｈａｋｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄＯｎＭｏｄｂｕｓＰｒｏｔｏｃｏｌ
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Ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｉｓｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓｕｃｈａｓｂｉｏｌｏｇｙ，ｐｈａｒｍａｃｙ，ｆｏｏｄｓｔｕｆｆ，ｉａｔｒｏｌｏｇｙ，ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ＿ｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｆｏｒｅｓｔｒｙ，ｅｔｃ．Ｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｎｉｎｖａｒｉａｂｌｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｂｉｏｌｏｇｙａｎｄｃｈｅｍｉｓｔｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ，ｉｔｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒａｐｉｄｌｙ．Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ｍｏｓｔｏｆｔｈｅｓａｍｅｐｒｏｄｕｃｔｓａｒｅｕｓｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｉｍｉｎｇｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙ８一ｂｉｔＭＣＵａｔｈｏｍｅｗｈｉｃｈｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｓｉｎｇｌｅｎｅｓｓ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｓｌｏｗ．Ｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｔｈａｔｈａｓｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｓｔｒｏｎｇｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ、＾，ｉｔｌｌｄｏｕｂｌｅＭＣＵａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎＭｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃ０１．ｎｌｅｄｏｕｂｌｅＭＣＵａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａ３２－ｂｉｔＭＣＵＬＰＣ２３６８ａｎｄａｌｌ８?ｂｉｔＭＣＵＡＴ８９Ｃ５５．Ｔｈｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔｒｏｎｇｄａｔａｍａｎａｇｅａｂｉｌｉｔｙ，ｂｅｔｔｅｒｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄｅａｓｉｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ．
Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈｅｗｈｏｌｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｕｓｅｓ，ｉｔａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅＭｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｒｅｄｕｃｓｃｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｄｅｔＯｓａｔｉｓｆｙｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｄｅｐｅｎｄａｂｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅ，ｅｎｔｗｏＭＣＵｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＩｔａｌｓｏａｎａｌｙｓｅｓｍｅＩｚＣｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅＭＣＵｒｅａｄｏｒｗｒｉｔｅｄａｔａｔＯｓｅｒｉａｌＥＥＰＲＯＭｍｅｍｏｒｙｂｙｒＣｂｕｓ．１１弛ｆｌｏｗｃｈａｒｔｓｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｄｅｂｕｇｍｅｔｈｏｄｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｄｅｂｕｇ，ｔｈｅｒｅｓｏｌｖｅｎｔｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．乃ｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｔｈｅｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
Ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｂｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｅｖｅｒｅｔｅｓｔｓａｎｄａｃｔｕａｌｒｕｎｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｒｕｎｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙｄｅｐｅｎｄａｂｌｅ，晡也ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｒａｎｔｉｊａｍｍｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒ，ＭＣＵ，ＬＰＣ２３６８，ＡＴ８９Ｃ５５，Ｍｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ，１２Ｃｂｕｓ
ＷｒｉｔｔｅｎｂｙＬｕＸｉａｏｆｅｎｇ
ＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＷａｎｇＹ＇ｄａｕａｉ
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苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明
学位论文独创性声明
本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。
研究生签名：日期：
学位论文使用授权声明
苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权苏州大学学位办办理。
研究生签名：丝率哪：珥垡导师签名：诹日期：掣
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第一章概述
第一章概述
保护地球环境与资源，进行合理开发和利用，是人类的共识。随着人们在生物、食品、医药、环保、育种等领域的研究不断深入和发展，恒温振荡培养箱（Ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒ，以下简称ＣＴＩＳ）作为这些领域必备的实验研究设备，其市场需求量在快速增长的同时，也对Ｃ１１Ｓ的性能和操作也提出了更高的要求。
目前，国内市场上的ＣＴＩＳ，如：苏州欧倍科学仪器有限公司、江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司、上海一恒科技有限公司等厂家生产的ＣＴＩＳ，大多采用机械定时、电子或８位微控制器（ＭＣＵ）控制，功能比较单一，数据处理能力弱。为此，受苏州捷美电子有限公司委托，自主研发了适应目前技术发展的高性能、多功能、易操作的智能化ＣＴＩＳ控制器。
智能化ＣＴＩＳ控制器需要一个人机操作和显示界面，为了方便操作和观察，这一部分放在ＣＴＩＳ的上部，而ＣＴＩＳ箱内温度、湿度、电机转速等参数的测控部分，在ＣＴＩＳ的底部，连接这两部分电缆的长度在２＂－４米之间，对于距离大于２米的信号传输因易受外界电磁干扰而可靠性较差，严重影响系统工作的稳定性。如果采用一个ＭＣＵ集中控制，将不可避免地存在上述问题。为了解决这个问题，本文设计的ＣＴＩＳ控制器采用双ＭＣＵ结构ｊ将人机交互与测控部分分开，分别由一个ＭＣＵ独立控制。
双ＭＣＵ结构的技术难点是ＭＣＵ之间数据通信的可靠性和数据内容的快速准确解析。本文采用Ｒｓ４８５串行通信接口和Ｍｏｄｂｕｓ协议，解决了上述技术难点。ＲＳ４８５接口抗干扰能力强，传输距离可达１０００米以上，解决了数据通信的可靠性问题：Ｍｏｄｂｕｓ协议是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，具有开放、简单、实时性好的特性，用户可以免费使用，而且Ｍｏｄｂｕｓ帧格式简单、紧凑，使用容易，开发便利，用它可以解决数据内容快速准确解析的问题。
本章概述了现场总线技术的历史与现状，对本文关键技术现场总线技术之一的Ｍｏｄｂｕｓ协议也进行了概述，讨论了ＣＴＩＳ控制器的功能要求，最后给出了本文的工作和论文的结构安排。
二 : 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
苏州大学
硕士学位论文
基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
姓名：陆晓峰
申请学位级别：硕士
专业：计算机技术
指导教师：王宜怀
20090501
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现中文摘要
中文摘要
恒温振荡培养箱是生物、制药、食品、医学、卫生、环保、农林等科研和生产部门不可缺少的实验设备，可以为生化实验提供一个恒定的环境，其市场需求量也在快速增长。[www.61k.com)目前，国内生产的同类产品大多采用机械定时或８位微控制器控制，功能比较单一，数据处理能力弱。因此，研发高性能、多功能、数据处理能力强的恒温振荡培养箱是非常必要的。
本文选用３２位微控制器ＬＰＣ２３６８和８位微控制器ＡＴ８９Ｃ５５，采用双微控制器结构，设计并实现了一款基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器，具有高性能、可靠性高、实时性好、数据处理能力强、易操作的特点。
论文阐述了恒温振荡培养箱控制器的开发过程。首先给出了恒温振荡培养箱控制器整体结构设计：其次给出了系统硬件模块设计；接着分析了Ｍｏｄｂｕｓ协议，结合控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议功能码进行裁减，用它实现了两个微控制器间的可靠通信；分析了１２Ｃ总线协议，编程实现了微控制器对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器的读写：给出了系统软件模块的流程图；然后，总结了系统调试方法，调试过程中遇到的问题和解决措施；最后，对项目进行了总结与展望。本课题的成果可以为其它高性能工业控制器的研发提供借鉴和参考。
经生产厂家测试和实际运行表明，基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器工作稳定可靠，实时性好，有较强的抗干扰能力。
关键词：恒温振荡培养箱，微控制器，ＬＰＣ２３６８，ＡＴ８９Ｃ５５，Ｍｏｄｂｕｓ协议，ｉ２ｃ总线
作者：陆晓峰指导教师：王宜怀
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｓｔａｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｃｕｂｍｏｒＳｈａｋｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢａｓｅｄＯｎＭｏｄｂｕｓＰｒｏｔｏｃｏｌ
ＡｂｓｔｒａＣｔ
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Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈｅｗｈｏｌｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｕｓｅｓ，ｉｔａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅＭｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｒｅｄｕｃｓｃｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｄｅｔＯｓａｔｉｓｆｙｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｄｅｐｅｎｄａｂｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅ，ｅｎｔｗｏＭＣＵｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ＩｔａｌｓｏａｎａｌｙｓｅｓｍｅＩｚＣｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅＭＣＵｒｅａｄｏｒｗｒｉｔｅｄａｔａｔＯｓｅｒｉａｌＥＥＰＲＯＭｍｅｍｏｒｙｂｙｒＣｂｕｓ．１１弛ｆｌｏｗｃｈａｒｔｓｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｄｅｂｕｇｍｅｔｈｏｄｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｄｅｂｕｇ，ｔｈｅｒｅｓｏｌｖｅｎｔｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．乃ｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｔｈｅｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．
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Ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｂｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｅｖｅｒｅｔｅｓｔｓａｎｄａｃｔｕａｌｒｕｎｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｒｕｎｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙｄｅｐｅｎｄａｂｌｅ，晡也ｔｈｅｂｅｔｔｅｒｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｓｔｒｏｎｇｅｒａｎｔｉｊａｍｍｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒ，ＭＣＵ，ＬＰＣ２３６８，ＡＴ８９Ｃ５５，Ｍｏｄｂｕｓｐｒｏｔｏｃｏｌ，１２Ｃｂｕｓ
ＷｒｉｔｔｅｎｂｙＬｕＸｉａｏｆｅｎｇ
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本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。[www.61k.com)除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。
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恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第一章概述
第一章概述
保护地球环境与资源，进行合理开发和利用，是人类的共识。（www.61k.com]随着人们在生物、食品、医药、环保、育种等领域的研究不断深入和发展，恒温振荡培养箱（Ｃｏｎｓｔａｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｕｂａｔｏｒｓｈａｋｅｒ，以下简称ＣＴＩＳ）作为这些领域必备的实验研究设备，其市场需求量在快速增长的同时，也对Ｃ１１Ｓ的性能和操作也提出了更高的要求。
目前，国内市场上的ＣＴＩＳ，如：苏州欧倍科学仪器有限公司、江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司、上海一恒科技有限公司等厂家生产的ＣＴＩＳ，大多采用机械定时、电子或８位微控制器（ＭＣＵ）控制，功能比较单一，数据处理能力弱。为此，受苏州捷美电子有限公司委托，自主研发了适应目前技术发展的高性能、多功能、易操作的智能化ＣＴＩＳ控制器。
智能化ＣＴＩＳ控制器需要一个人机操作和显示界面，为了方便操作和观察，这一部分放在ＣＴＩＳ的上部，而ＣＴＩＳ箱内温度、湿度、电机转速等参数的测控部分，在ＣＴＩＳ的底部，连接这两部分电缆的长度在２＂－４米之间，对于距离大于２米的信号传输因易受外界电磁干扰而可靠性较差，严重影响系统工作的稳定性。如果采用一个ＭＣＵ集中控制，将不可避免地存在上述问题。为了解决这个问题，本文设计的ＣＴＩＳ控制器采用双ＭＣＵ结构ｊ将人机交互与测控部分分开，分别由一个ＭＣＵ独立控制。
双ＭＣＵ结构的技术难点是ＭＣＵ之间数据通信的可靠性和数据内容的快速准确解析。本文采用Ｒｓ４８５串行通信接口和Ｍｏｄｂｕｓ协议，解决了上述技术难点。ＲＳ４８５接口抗干扰能力强，传输距离可达１０００米以上，解决了数据通信的可靠性问题：Ｍｏｄｂｕｓ协议是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，具有开放、简单、实时性好的特性，用户可以免费使用，而且Ｍｏｄｂｕｓ帧格式简单、紧凑，使用容易，开发便利，用它可以解决数据内容快速准确解析的问题。
本章概述了现场总线技术的历史与现状，对本文关键技术现场总线技术之一的Ｍｏｄｂｕｓ协议也进行了概述，讨论了ＣＴＩＳ控制器的功能要求，最后给出了本文的工作和论文的结构安排。
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第一章概述基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现１．１现场总线的历史与现状
１．１．１现场总线的产生
随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。［www.61k.com］１５０多年前出现气动控制系统和气动信号标准，标志着控制理论初步形成，但此时尚未有控制室的概念；２０世纪５０年代，随着基于０．１０ｍＡ或４－２０ｍＡ的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用，标志了电气自动控制时代的到来，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础，设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今；２０世纪７０年代，随着数字计算机的介入，产生了“集中控制＂的中央控制计算机系统，而信号传输系统大部分依然沿用４－２０ｍＡ的模拟信号，不久人们也发现了伴随着“集中控制＂，该系统存在着易失控、可靠性低的缺点，并很快将其发展为分布式控制系统ｔｌｌｆＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ，ＤＣＳ）；微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高，使分布式控制系统得到了广泛的应用，由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其最主要的特征，而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。随着微处理器的快速发展和广泛的应用，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求【２】。由此，导致了现场总线的产生。
在１９８４年，国际电工委员会（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，ＩＥＣ）正式提出了现场总线的概念，ＩＥＣ６１１５８标准中对现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）的定义为：安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线【３１。现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术。现场总线类型主要有：ＦＦ、ＰｒｏｆｉＢｕｓ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ、Ｐ－ＮＥＴ、ＩｎｔｅｒＢｕｓ、ＣＡＮ和Ｍｏｄｂｕｓ等。这些总线各有各的规范，互不兼容。
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现场总线控制系统有如下主要优点【４Ｊ：
①全数字化。具有精度高、抗干扰能力强的特性。
②全分布。各现场设备有足够的自主性，实现真正的分布式控制。③双向传输。现场总线设备在一条线上既可以向上传递传感器信号，也可以向下
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第一章概述传递控制信号。(www.61k.com]
④自诊断。现场总线仪表具有自诊断功能，便于维护。
⑤节省布线及控制室空间。节省了布线费用，降低了中央控制室的造价。
⑥多功能仪表。可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送控制器。
⑦开放性。１９９９年底现场总线协议已被ＩＥＣ批准正式成为国际标准，使现场总线成为一种开放的技术。
⑧互操作性。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，降低控制系统的成本。
⑨智能化与自治性。现场总线设备具有很高的智能，能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，大大提高了整个控制系统的可靠性。
１．１．２现场总线的现状
由于各个国家各个公司的利益之争，虽然早在１９８４年ＩＥＣ和国际标准协会（ＩＳＡ）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成【５】。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。目前现场总线市场有着以：；！Ｆ的特剧６】：
①多种现场总线并存。目前世界上存在着大约四十余种现场总线，其中常用的大概有十种总线，占有８０％左右的市场。
②各种总线都有其应用的领域。每种总线都有其应用的领域，而这些划分也不是绝对的，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗透。
③每种现场总线都有其国际组织和支持背景。大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织，力图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。
④多种总线成为国家和地区标准。为了加强自己的竞争能力，很多总线都争取成为国家或者地区的标准。
⑤设备制造商参与多个总线组织。为了扩大自己产品的使用范围，很多设备制造商往往参与不止一个总线组织。
⑥各个总线彼此协调共存。由于竞争激烈，而且还没有哪一种或几种总线能一统３
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第一章概述基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现市场，很多重要企业都力图开发接口技术，使自己的总线能和其他总线相连，在国际标准中也出现了协调共存的局面。［www.61k.com］
１．２Ｍｏｄｂｕｓ协议概述
Ｍｏｄｂｕｓ协议是Ｍｏｄｉｃｏｎ公司在１９７９年提出的一种用于工业控制器之间通信的协议【刀，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，Ｍｏｄｉｃｏｎ公司后来被施耐德电气收购，现为施耐德电气的一个品牌。由于Ｍｏｄｂｕｓ协议具有标准性、简单高效、开放性好的特点【８】，使它成为目前应用最广泛的现场总线协议之一。
Ｍｏｄｂｕｓ是面向消息的协议，可以支持多种常用的电气接口，如：ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５等【９】，因此与其它的现场总线不同，它不需要专用的芯片与硬件，现有控制器在硬件上不需做任何改动就可以实现安全可靠的通信【１０１。
为了适应分布式控制和网络应用的需要，施耐德电气在１９９９年又推出了基于以太网的ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议。ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议的应用层采用Ｍｏｄｂｕｓ协议，传输层使用ＴＣＰ协议，网络层采用Ｐ协议，因此ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ不但可以在局域网使用，还可以在广域网和因特网上使用【１１１。
２００４年Ｍｏｄｂｕｓ协议被采纳成为我国工业自动化行业标准【８】，正式发布了ＧＢ／Ｚ１９５８２．１－２００４、ＧＢ／Ｚ１９５８２．２?２００４、ＧＢ／Ｚ１９５８２．３．２００４三个有关Ｍｏｄｂｕ瓷的行业标准。２００８年４月，Ｍｏｄｂｕｓ协议正式成为工业通讯领域现场总线技术国家标准ＯＢｆｒ１９５８２．２００８１１２１。
１．３ＣＴＩＳ控制器的功能要求
ＣＴＩＳ的作用是为生化实验提供一个恒定的环境，因此ＣＴＩＳ控制器应具有如下的功能：
①对培养箱内的振荡频率、温度、湿度、运行时间进行设定；
②实时监测当前的振荡电机转速、温度、湿度值；
⑨将测量值与设定值进行比较，控制有关设备执行相应动作，使培养箱在设定时间内保持稳定振荡频率、温度、湿度。４
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第一章概述１．４本文工作与论文结构
１．４．１本文的主要工作
本文的主要工作有：
①根据系统性能指标和功能，完成系统总体结构设计。（www.61k.com]提出用双ＭＣＵ结构实现高性能ＣＴＩＳ控制器的新架构，其中一个ＭＣＵ负责人机交互处理，另一个ＭＣＵ负责测控和输入输出处理，提高了系统的可靠性和实时性。这种在一个控制器内采用双ＭＣＵ的结构，是一种全新的结构，是本文的一个创新点。
②详细分析ＴＭｏｄｂｕｓ协议，结合控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议的功能码进行了裁减，用简化的功能代码集实现了系统内两个ＭＣＵ间的可靠通信，降低了通信编程的复杂性，是本文的一个创新点。与通常将Ｍｏｄｂｕｓ协议用于不同工业控制器之间构成工业现场总线控制系统的应用不同，本文将Ｍｏｄｂｕｓ协议用于一个控制器内，为两个ＭＣＵ的可靠通信提供保障，为Ｍｏｄｂｕｓ协议开拓了一个新的应用领域，这是本文的又一个创新点。
③分析Ｔ１２Ｃ总线协议，编程实现了ＭＣＵ对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器的读写，可靠保存系统设置参数。
④实现相关硬件设计，主要内容包括：对控制器中的主控芯片、显示器等关键器件进行调研、选型；设计电路原理图；设计印刷电路板（ＰＣＢ板）图；对各部分硬件电路进行调试；构建整个硬件系统。
⑤实现相关软件设计，主要内容包括：编制、调试ＬＣＤ显示程序；编制、调试键盘扫描程序；编制、调试中文菜单程序；编制、调试系统参数设置程序；编制、调试ＥＥＰＲＯＭ存储器读写程序；编制、调试中断程序；编制、调试通信程序；编制、调试测量和控制程序；系统软件的联机调试。
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⑥项目后续工作，主要内容包括：编写相关技术文档和操作说明书；对系统进行连续运行测试；解决测试中发现的问题。对控制器进行改进。
１．４．２论文结构
第一章阐述了课题的背景及意义，对现场总线的历史与现状及Ｍｏｄｂｕｓ协议进行了概述，讨论了ＣＴＩＳ控制器的功能要求，给出了本文的工作和论文结构安排。５
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第一章概述基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第二章根据课题提出的技术指标设计控制器系统的整体结构，提出了ＣＴＩＳ控制器的总体方案。（www.61k.com）给出了系统主要器件选型和软件开发平台选择。概述了３２位高性能ＭＣＵ芯片ＬＰＣ２３６８和８位通用ＭＣＵ芯片ＡＴ８９Ｃ５５的功能特性。
第三章详细讲述了ＣＴＩＳ控制器各模块的硬件电路设计。
第四章对Ｍｏｄｂｕｓ协议进行详细分析，结合ＣＴＩＳ控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议功能码进行了裁减，实现了本项目控制器中两个ＭＣＵ之间的可靠通信，并给出了Ｍｏｄｂｕｓ协议通信的测试方法和测试实例。对１２Ｃ总线协议进行详细分析，编程实现了ＭＣＵ对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器的读写。给出了ＣＴＩＳ控制器软件各模块实现的流程图、系统主要界面。
第五章阐述了软硬件调试的步骤和方法，根据在软硬件实现过程中出现的问题，给出问题的分析、解决的措施以及项目实现过程中的一些体会。
第六章对本文的工作进行总结，对后续工作进行展望。６
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计
第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计
近几年随着电子技术的发展，３２位ＭＣＵ得到了迅速的发展，其技术越来越成熟，价格也越来越低，而它所具有的高性能、运算速度快、数据处理能力强的特点使它成为新一代高性能智能工业控制器ＭＣＵ的首选。(www.61k.com)
本章根据系统的功能需求及技术指标，提出了以３２位高性能ＭＣＵ为主，以通用８位ＭＣＵ为辅，采用双ＭＣＵ结构的系统总体方案。给出了系统主要器件选型和软件开发平台选择。概述了３２位高性能ＭＣＵ芯片ＬＰＣ２３６８和８位通用ＭＣＵ芯片ＡＴ８９Ｃ５５的功能特性。
２．１系统概述
２．１．１系统功能及组成
智能化ＣＴＩＳ控制器应具有的功能是：
①参数设置：实现对培养箱的振荡频率即电机转速，箱内温度、湿度，运行时间的设定：
②参数监测：实时测量和显示培养箱当前的电机转速、箱内温度、湿度值；
③运行控制：控制调速电机、加热设备、制冷设备、加湿设备、风扇的工作，使箱内保持在设定的转速、温度、湿度环境。为生化实验提供一个恒定的实验环境。
整个系统可分为三个组成部分：
①人机交互部分（运行参数设置、状态显示等）；
②参数测量和控制部分；
③输入输出接口部分（数据打印、存储或传输）。
２．１．２人机交互界面
ＣＴＩＳ控制器人机交互界面的部件及功能如表２．１所示。７
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第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
表２．１人机交互界面的部件及功能
部件
说明
【菜单】、【增加】、【减小】、【确认】、
功能
键盘控制系统的启动／停止，设定系统运行参数
【启／停】、【电源】６个按键
ＬＣＤ显示屏
１２８Ｘ６４点阵，可显示汉字和
字符
显示系统运行状态，实时测量值，设置菜
单，设置参数，操作提示等
红色灯亮表示加热，绿色灯亮表示制冷，黄色灯亮表示有报警
ＬＥＤ指示灯红、绿、黄３个指示灯
蜂鸣器１个蜂鸣器用于按键音响提示和声音报警
２．１．３测控参数及技术指标
ＣＴＩＳ控制器需要测量和控制的参数及技术指标如表２—２所示。［www.61k.com)
表２．２控制器测控参数及技术指标
测控参数温度测量转速测量湿度测量加热控制制冷控制转速控制加湿控制风扇控制
数量
ｌ路环境。２路箱内１路电机ｌ路箱内１路加热１路制冷１路电机１路加湿１路风扇
指标
０－－－６０℃，测量精度±０．１℃０＂－－４００ｒｐｍ，测量精度±ｌｒｐｍ０～９８％，测量精度±１％控制稳定度±１℃控制稳定度±ｌ℃控制稳定度±ｌｒｐｍ稳定度±５％
增加箱内温、湿度分布均匀性
２．１．４输入输出接口
输入输出接口包括以下４类：①打印机接口：②ＵＳＢ接口：
８
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第二章ｃｒＩＳ控制器总体设计
③Ｒｓ４８ｓ接口；
④以太网接口。[www.61k.com]
２．２系统总体结构
ＣＴＩＳ控制器中，连接人机交互晃面和测控这两部分电路的电缆长度在２＂－－４米之间，对于距离大于２米的信号传输因易受外界电磁干扰而可靠性较差，严重影响系统工作的稳定性。如果采用一个ＭＣＵ集中控制，将不可避免地存在上述问题。为了解决这个问题，本文设计的ＣＴＩＳ控制器采用双ＭＣＵ结构，将人机交互与测控部分分开，分别由一个ＭＣＵ独立控制。
双ＭＣＵ结构的技术难点是ＭＣＵ之间数据通信的可靠性和数据内容的快速准确解析。本文采用ＲＳ４８５串行通信接口１１３】和Ｍｏｄｂｕｓ协议，解决了上述技术难点。ＲＳ４８５接口抗干扰能力强，传输距离可达１０００米以上，解决了数据通信的可靠性问题；Ｍｏｄｂｕｓ协议是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，具有开放、简单、实时性好的特性，用户可以免费使用，而且Ｍｏｄｂｕｓ帧格式简单、紧凑，使用容易，开发便利，?用它可以解决数据内容快速准确解析的问题。
Ｃ１１Ｓ控制器系统总体结构如图２，１所示。
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ＬＥＤ指示灯ｌｌＬＣＤ显示屏
蜂鸣器
ＥＥＰＲＯＭ篇ＲＳ４８５晶ＶＩ接
Ｍｏｄｂｕｓ协议
ＲＳ４８５接口
３２位ＭＣＵｌ严ＩＲＳ４８５接口ＴＣＰＢＰ接口ＵＳＢ接口打印接口
温度ｌＩ湿度ｌｌ转速ｌＩ加热ＩＩ制冷ｌＩ加湿Ｉｌ风扇Ｉｌ转速
传感器ＩＩ传感器ＩＩ传感器ｌＩ控制ＩＩ控制ＩＩ控制ＩＩ控制ｌＩ控制
图２．１ＣＴＩＳ控制器系统总体结构框图９
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第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
ＣＴＩＳ控制器采用双ＭＣＵ架构，一个是３２位高性能ＭＣＵ，用于完成系统监测与控制、数据输入输出处理；另一个是８位通用ＭＣＵ，用于完成运行参数设定、数据显示和命令输入等人机交互管理。[www.61k.com］两个ＭＣＵ之间经ＲＳ４８５接口采用Ｍｏｄｂｕｓ协议通信，通信方式采用ＲＴＵ模式。另外，图２．１中３２位ＭＣＵ配置的ＴＣＰ／ＩＰ网络接口及第二个ＲＳ４８５接口，为以后联网组成分布式控制系统提供了支持。
在一个控制器中采用双ＭＣＵ的架构，具有可靠性高、实时性好、研发时间短、研发效率高的优点。两个ＭＣＵ各自负责处理不同的事务，既发挥了各自的长处，其软硬件又相互独立，使系统测控的实时性得到了提高。两个ＭＣＵ间经ＲＳ４８５接口采用Ｍｏｄｂｕｓ协议通信【１４１，使通信的可靠性得到了保障，解决了一个系统中并行数字信号传输距离大于２米时容易受干扰而不稳定的问题。
２．３器件选型及开发平台选择
对嵌入式系统的设计来说，元器件选型是非常重要的，它不仅决定了产品的性能和研发周期，还可能会影响到以后产品的生产成本和周期。ＣＴＩＳ控制器的设计目标是：高性能，易操作，可扩展。根据系统总体方案和设计目标，结合元器件性能特点，下面从ＭＣＵ和外围器件两个方面对系统所用器件进行选型，同时选择了相应的开发平台。
２．３．１ＭＣＵ选型
ＭＣＵ是嵌入式系统的核心，因此ＭＣＵ的选型是系统实现的关键。根据系统设计目标，从高性能、低价位、通用性；运算、处理能力强；拥有的外设接口类型、数量多；开发工具支持多等方面考虑，本文３２位ＭＣＵ选用基于ＡＲＭ７的高性能３２位微控制器ＬＰＣ２３６８，８位ＭＣＵ选用基于ＭＣＳ．５１的通用８位微控制器ＡＴ８９Ｓ５２。
ＡＴ８９Ｓ５２内的Ｆｌａｓｈ程序存储器为８ＫＢ，但在实际编程和调试过程中，由于人机交互处理的目标程序代码达到了１６ＫＢ，因此，８位ＭＣＵ最终选用了ＭＣＳ．５１系列中有２０ＫＢＦｌａｓｈ程序存储器的ＡＴ８９Ｃ５５微控制器。１０
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第二章Ｃ１１Ｓ控制器总体设计２．３．２外围器件选型
外围器件的选择是围绕ＭＣＵ资源、系统的技术指标和器件的电气性能进行的，依照这个原则，本文选用了以下主要外围器件：
（ＤＬＣＤ显示器：采用苏州和美光电科技有限公司生产的有背光照明的１２８Ｘ６４点阵的液晶显示器１２８６４Ｃ［１５】，可以显示汉字；
②非易失性存储器：采用１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器ＡＴ２４Ｃ１６，容量２０４８字节，用来保存系统设置参数；
（§）ＲＳ４８５接口芯片：采用ＲＳ４８５信号转换芯片ＳＮ７５１７６；
④复位电路：采用ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ８１３芯片，该芯片是电压监控和复位信号产生芯片，内部包含一个看门狗电路；
⑤运算放大器：采用高精度低失调精密运放ＯＰ０７；
⑥光电耦合器：采用晶闸管输出过零型光耦ＭＯＣ３０４１，用于交直流隔离，小功率交流控制；‘
⑦晶闸管：采用大功率晶闸管ＢＴＡｌ６，用于交流功率控制；
⑧继电器：采用欧姆龙公司的高品质继电器，作为交直流隔离的小功率交流开关。［www.61k.com]２．３．３开发平台选择
由于控制器软件全部采用嵌入式Ｃ语言编程【１６１，因此软件开发环境采用支持相应ＭＣＵ的ＫｅｉｌＣ５１Ｖ３．０【１７】和ＫｅｉｌＡＲＭＶ３．０软件。
电路设计采用Ｐｒｏｔｅｌ９９ＳＥ电路设计软件【１钔。
２．４ＭＣＵ芯片概述
ＬＰＣ２３６８概述２．４．１
ＬＰＣ２３６８是飞利浦半导体公司生产的一款基于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ．Ｓ处理器的ＭＣＵ，它具有丰富的外设接１：３，它的内部功能模块框图【１９】可参见附录Ａ．１。。
ＡＲＭ７ＴＤＭＩ?Ｓ是一个基于精简指令集计算机（ＲＩＳｅ）原理和流水线技术的高性能、低功耗３２位微处理器，采用先进微控制器总线结构（ＡＭＢＡ），具有如下特点【２０】：
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第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
ＱＡＲＭ７ＴＤＭＩ．Ｓ处理器，工作电压３．３Ｖ，最高工作频率可达７２ＭＨｚ。（www.61k.com)具有先进的高性能总线（ＡＳＳ）和先进的外设总线（ＡＰＢ）。
②片内有５１２ＫＢ的Ｆｌａｓｈ程序存储器，具有在系统编程（ＩＳＰ）和在应用编程（１ＡＰ）功能。ＡＲＭ局部总线上有高达３２ＫＢ的ＳＲＡＭ。以太网接口内有１６ＫＢ静态ＲＡＭ，也可用作通用ＳＲＡＭ。ＵＳＢ接口内有８ＫＢ静态ＲＡＭ，也可用作通用ＳＲＡＭ。外部存储器控制器支持外扩Ｆｌａｓｈ和ＳＲＡＭ。
⑨有两个ＡＨＢ系统，可以同步进行Ｅｔｈｅｍｅｔ
执行程序的操作，在这些功能中不会产生竞争。
④先进的向量中断控制器，支持多达３２个向量中断。４个外部中断输入。
⑤具有各种常用的串行接口。包括１个１０／１００Ｅｔｈｅｍｅｔ接口；１个ＵＳＢ２．０接口；４个带小数波特率发生功能的ＵＡＲＴ，其中１个带有Ｍｏｄｅｍ控制ＹＯ，１个带有ＩｒＤＡ支持，４个ＵＡＲＴ全部都带有ＦＩＦＯ；２路ＣＡＮ通道，支持ＡｃｃｅｐｔａｎｃｅＦｉｌｔｅｒ／ＦｕｌｌＣＡＮＤＭＡ、ＵＳＢＤＭＡ以及从片内Ｆｌａｓｈ模式；１个ＳＰＩ接口；２个ＳＳＰ接口，带有ＦＩＦＯ和多协议功能：３个１２Ｃ接口；１个１２Ｓ（Ｉｎｔｅｒ－ＩＣＳｏｕｎｄ）音频接口，用于数字音频的输入或输出。
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⑥具有丰富的ＡＰＢ外设。包括１个加密的数字（ＳＤ）／多媒体卡（ＭＭＣ）存储卡接口；６路１０位Ａ／Ｄ转换器；１路１０位Ｄ／Ａ转换器；４个通用定时器；１个ＰＷＭ模块，支持三相电机控制；２ＫＢ静态ＲＡＭ由ＲＴＣ电源管脚供电，当芯片的其它部分掉电时允许数据存储在ＳＲＡＭ中；１个看门狗；７０个通用Ｉ／Ｏ管脚。
⑦标准的ＡＲＭ测试／调试接口。仿真跟踪模块支持实时跟踪。
⑧４种低功耗模式，包括空闲、睡眠、掉电和深度掉电。２个独立的电源域，允许根据所需的特性对功耗进行适当的调整。
从ＬＰＣ２３６８的功能特点可以看出，它拥有丰富的外设接口、运算速度快、处理能力强，具有很高的性能价格比，完全满足ＣＴＩＳ控制器的设计需求及以后的扩展。２．４．２ＡＴ８９Ｃ５５概述
Ｉｎｔｅｌ公司于１９８０年推出了８位高性能８０５１单片机，之后不久，Ｉｎｔｅｌ公司彻底开放了８０５１单片机的技术，使很多半导体厂商加入了开发和改进８０５１单片机的行列中【２１１。兼容８０５１指令系统的８位单片机统称为ＭＣＳ．５１系列ＭＣＵ，目前该系列ＭＣＵ１２
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第二章ＣＴＩＳ控制器总体设计已发展到了几百个品种。［www.61k.com）ＭＣＳ．５１系列ＭＣＵ通用性好，开发工具支持多，开发平台价格便宜，芯片价格低，被广泛用于嵌入式控制系统中。。
ＡＴ８９Ｃ５５是ＡＴＭＥＬ公司推出的ＭＣＳ．５１系列低功耗、高性能８位ＭＣＵ，它的内部功能模块框图【２２】可参见附录Ａ．２。它具有如下特点：
①片内有２０ＫＢ在系统可重复编程的Ｆｌａｓｈ程序存储器，擦写次数达１０００次。具有三级程序存储器加密。片内有２５６×８位ＲＡＭ。
②最高工作频率达３３ＭＨｚ。
③３个１６位的定时器／计数器。
④８个中断源。
⑤３２个可编程Ｉ／Ｏ口线。
⑥具有低功耗空闲和掉电模式。
从ＡＴ８９Ｃ５５的特点可知，它既可以满足ＣＴＩＳ控制器人机交互处理的需求，又具有很好的性价比，软件开发便利。
２．５本章小结
本章根据课题提出的系统需求，分别对ＣＴＩＳ控制器系统的三个组成部分：人机’ｌ
交互部分、参数测量和控制部分、输入输出接口部分的功能及技术指标进行分析，提出了采用双ＭＣＵ结构的新架构，经ＲＳ４８５接口用Ｍｏｄｂｕｓ协议实现可靠通信的系统总体结构方案。讨论了系统元器件选型和开发平台的选择，对所选用的两款ＭＣＵ功能特点进行了概述。
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计
根据基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的ＣＴＩＳ控制器设计的总体结构方案，整个系统由人机交互部分、参数测量和控制部分、输入输出接口三大部分组成。[www.61k.com］本章根据设计方案，对各部分硬件模块进行详细设计。其中输入输出接口是３２位ＭＣＵ的内部模块，不需要添加相应的外部电路模块。
硬件设计首先要进行的是电路原理图设计，然后在电路原理图基础上实现ＰＣＢ设计。
３．１ＣＴＩＳ控制器面板
ＣＴＩＳ控制器面板是系统的人机交互界面，它由１２８Ｘ６４点阵ＬＣＤ显示屏，绿、红、黄３个状态指示灯，６个按键组成。６个按键分别为菜单键、增加键、减小键、确认键、启／停键、电源键。ＣＴＩＳ控制器面板如图３．１所示。
图３－１ＣＴＩＳ控制器面板１４
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计
３．２人机交互子系统硬件设计
人机交互部分需要完成系统运行参数设定、操作控制、当前运行参数和状态显示等功能。［www.61k.com]下面给出人机交互子系统硬件模块的详细设计。
３．２．１
ＡＴ８９Ｃ５５系统电路
为了在串行通信时产生准确的波特率，ＡＴ８９Ｃ５５系统晶体振荡器采用频率为
１１．０５９２ＭＨｚ的石英晶体，振荡电容为２０ｐＦ。
ＡＴ８９Ｃ５５系统电路如图３－２所示。在靠近电源输入引脚处需要加一个０．１ｕＦ的滤波电容，对大多数Ｉ／Ｏ引脚需要加１０ＫＱ的上拉电阻。图中各引脚信号的含义将在后
面各部分电路中描述。
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＾ＩＥ耐ｌ时丽ｉ云匿
Ｘ“吐－！追，计ｐ
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Ｉ兜翟可
图３．２
ＡＴ８９Ｃ５５系统电路
３．２．２键盘电路
控制器设有“菜单＂、“增加＂、“减小＂、“确认’’、“启／停’’、“电源’’６个按键，信
号分别为ＭＥＮＵ、ＵＰ、ＤＯＷＮ、ＯＫ、ＰＡＵＳＥ、ＰＯＷＥＲ，由Ｐ２．０一－－ｐ２．５引脚输入到
ＡＴ８９Ｃ５５内部，用程序进行按键判别。键盘电路如图３．３所示。
１５
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
图３．３键盘电路
３．２．３ＬＯＤ显示器接口电路
６４点阵ＬＣＤ显示器用来显示字符和数据。[www.61k.com］采用２０针单排连接，其接口电１２８Ｘ
路如图３－４所示。图中电位器ＷＲｌ是用来调节显示屏背光亮度的，ＬＥＤＫ信号是背光电源的控制脚，由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ２．７引脚驱动三极管８０５０来控制；八位数据信号Ｄ０－～Ｄ７由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ０端口Ｐ０．０－～Ｐ０．７提供，控制信号ＳＣＬＫＥ、ＳＴＲＲＷ、ＳＤＡＤＩ、ＣＳｌ、ＣＳ２分别由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ３．７、Ｐ３．６、Ｐ３．５、Ｐ３．３、Ｐ３．４引脚给出。
ＬＣＤ
图３－４ＬＣＤ显示器接口电路１６
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计３．２．４ＥＥＰＲＯＭ存储器电路
ＥＥＰＲＯＭ存储器电路如图３．５所示。（www.61k.com)ｆｃ总线的时钟信号ＳＣＬ和数据信号ＳＤＡ由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｉ／Ｏ引脚Ｐ１．０和Ｐ１．１通过软件模拟来实现。
ＶＣＣ
ｊｒＡＴ２４Ｃ１６
图３．５ＥＥＰＲＯＭ存储器电路
３．２．５ＬＥＤ指示和蜂呜器电路
ＬＥＤ指示和蜂鸣器电路如图３－６所示。红、绿、黄３个ＬＥＤ指示灯的控制信号ＬＥＤ—Ｒ、ＬＥＤ—Ｇ、ＬＥＤ—Ｙ分别由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ１．３、Ｐ１．２、Ｐ１．４引脚来控制，蜂鸣器的发声由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ１．５引脚驱动三极管８０５０来控制。
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图３－６ＬＥＤ指示和蜂鸣器电路
３．２．６ＲＳ４８５接口电路
ＲＳ４８５接口电路如图３．７所示。ＲＳ４８５接１３采用差分信号，由Ａ、Ｂ两根信号线传输，两根信号线之间需要１２０欧姆的匹配电阻；ＲＳ４８５接口采用半双工方式通信，１７
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第三章Ｃ＇ｌＴＳ控制器硬件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现因此需要一个传输方向控制信号，见图中的ＲＳ４８５Ｅ信号，它由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ２．６引脚来提供；收／发信号ＲＳ４８５Ｒ、ＲＳ４８５Ｄ接到ＡＴ８９Ｃ５５的串行接口收／发引脚ＲＸＤｆＰ３．ｏ）、ＴＸＤｆＰ３．１）。(www.61k.com)ＳＮ７５１７６将１］ｒＬ电平串行信号转换成ＲＳ４８５差分信号。在ＲＳ４８５接口上用Ｍｏｄｂｕｓ协议实现ＡＴ８９Ｃ５５与ＬＰＣ２３６８的通信。
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图３．７ＲＳ４８５接口电路
３．２．７看门狗与复位电路
看门狗与复位电路采用的是ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸＳｌ３芯片，该芯片是电压监控和复位信号产生芯片，内部包含一个看门狗电路，看门狗的计时时间为１．６秒，被广泛应用于嵌入式系统中，其应用电路如图３．８所示。ＭＡＸ８１３的复位输出信号ＲＥＳＥＴ接到ＡＴ８９Ｃ５５的复位输入引脚ＲＳＴ（第１０脚），看门狗数据清除信号ＷＤＩ由ＡＴ８９Ｃ５５的Ｐ３．２提供。系统正常工作时，在小于１秒钟的时间内就会由程序输出一个ＷＤＩ信号，该信号使ＭＡＸＳｌ３内的看门狗计时器清零，不会产生复位信号；如果程序“跑飞”或进入死循环，在１．６秒钟内就不会输出ＷＤＩ信号，看门狗计时器计满１．６秒就会产生一个复位信号，使ＭＣＵ复位并重新开始运行程序。使用看门狗可以显著提高系统可靠性。
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图３－８看门狗与复位电路
１８
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
苎王坚！！坠！塑丛生焦望垂董堕苎堕墼型墨堡生皇塞堡塑三皇塑！堡塑墨堡壁量盐３．３人机交互子系统ＰＣＢ板
图３－９是人机交互子系统ＰＣＢ板实物照片
图３－９人机交互子系统ＰＣＢ板
３．４测控于系统硬件设计
测量和控制子系统需要完成对ＣＴＩＳ电机转速、箱内温度、湿度进行实时测量，控制调速电机、加热、制冷、加湿、风扇等设备的工作，使ＣＴＩＳ内按照设定值保持在一个恒定的实验环境。(www.61k.com）下面给出测控子系统硬件模块的详细设计。
３４．１ＬＰＣ２３６８系统电路
３２位高性能ＭＣＵＬＰＣ２３６８是测控子系统的核心，采用１００引脚的ＴＱＦＰ封装它的基本系统电路如图３一ｌＯ所示。
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图３．１０
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ＬＰＣ２３６８系统电路
３．４．２
５Ｖ转３．３Ｖ电源电路
系统中的３．３Ｖ电源是５Ｖ电源经ＮＣＰ５５０４集成稳压器转换得到的，转换电路如图３．１１所示。
图３－１１
５Ｖ转３．３Ｖ电源电路
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计
图中ｐｏｗｅｒ是５Ｖ电源指示灯，ＮＣＰ５５０４是双路２５０ｍＡ低压差线性稳压器，其中１路输出为３．３Ｖ固定电压ＶＯＵＴＩ，另１路输出是１．２５Ｖ＂５Ｖ可调电压ＶＯＵＴ２，ＶＯＵＴ２＝１．２５×（１＋Ｒ１６／Ｒ２１）Ｖ。(www.61k.com)
３．４．３湿度测量电路
：湿度测量电路如图３．１２所示。湿度传感器的输出信号ＷＥＴＩＮ经过精密运放ＯＰ０７放大后送到ＬＰＣ２３６８的ＡＤＣ输入引脚ＡＤ３上，在ＬＰＣ２３６８内经过模／数转换后可计算出湿度值。湿度传感器输出信号范围为０＂－－５Ｖ，而ＬＰＣ２３６８的电源电压为３．３Ｖ，因此要将ＷＥＴＩＮ降到３．３Ｖ内，图中ＡＤ３＝ｌ／２×（Ｉ＋２／１０）ＷＥＴＩＮ＝０．６ＷＥＴＩＮ，即ＡＤ３范围为０＂－３Ｖ。ＣＴＩＳ内湿度范围为３０％＇－－＇９８％。
图３．１２湿度测量电路
３．４．４温度测量电路
温度传感器采用Ｐｔｌ００，它具有精度高、稳定性好的特点。温度测量电路如图３．１３所刁写ｏ，ｒ－一
温度传感器连到插座Ｊ１Ａ上，构成双线制电桥测量电路，从温度传感器来的信号经过精密运放ＯＰ０７放大后送到ＬＰＣ２３６８的ＡＤＣ输入引脚ＡＤＯ上，在ＬＰＣ２３６８内经过模／数转换后计算出温度值。控制器内有３路相同的温度测量电路，其中１路是周围环境温度，２路是ＣＴＩＳ内不同位置的温度，用来判断ＣＴＩＳ内温度的均匀程度。ＣＴＩＳ内温度范围为４＂－＇６０℃。２ｌ
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第三章ｃｒｌｓ控制器硬件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
Ｊ１Ａ
图３．１３温度测量电路
３．４．５风扇和照明控制电路
风扇和照明控制电路如图３．１４所示。［www.61k.com]ＬＰＣ２３６８的控制信号经过驱动芯片ＵＬＮ２８０３后为ＤＲｌ，由它控制继电器Ｒｅｌａｙ的开合，直接对风扇和照明灯的供电进行控制。
＋１２
图３．１４风扇和照明控制电路
３．４．６加热和制冷控制电路
加热和制冷设备的控制电路如图３．１５所示。由于加热或制冷时需要根据温度控制它们的功率，因此采用两级控制。第一级，ＬＰＣ２３６８的控制信号经ＵＬＮ２８０３后为ＤＲ２，它驱动继电器来控制设备的交流供电；第二级，ＬＰＣ２３６８的控制信号ＣＴＲＬ先经过过零型晶闸管输出光电耦合器ＭＯＣ３０４１进行交直流隔离，ＭＯＣ３０４１的输出信号再驱动大功率的晶闸管ＢＴＡｌ６，用来控制加热或制冷设备的功率，配合软件的
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垩±坚塑！堕塑垫鲤望望壅堕堑壹堕垫型墨堡生量壅垫差三差璺！！墨塑量霎壁堡盐ＰＩＤ（ｋＢ例积分微分）控制算法，实现对温度准确、稳定控制。[www.61k.com）ＭＯＣ３０４１的最大驱动电流为ＩＡ，ＢＴＡｌ６的最大驱动电流为１６Ａ，加热、制冷设备的功率在５００Ｗ～１２００Ｗ之间，还不到ＢＴＡｌ６最大驱动功率５０％，因此该驱动电路完全满足系统需求。
图３－１５加热和制冷控制电路
３４７电机驱动控制电路
图３－１６是电机驱动和控制电路。ＣＴＩＳ内电机转速范围为０～４００ｒｐｍ。
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圈３－１６电机驱动控制电路２３
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蔓三至鲤！塑型璺堡壁塑生至士丛生堕塑堡盟望塑塑董塑壹堕墼型量盟壁型３．５测控子系统ＰＣＢ板
测量和控制于系统ＰＣＢ板实物照片如图３－１７和图３－Ｉ８所示。[www.61k.com]
图３－】７测控子系统主控ＰＣＢ板
图３－Ｉ８测控子系统驱动ＰＣＢ板
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第三章ＣＴＩＳ控制器硬件设计３．６本章小结
本章给出了ＣＴＩＳ控制器人机交互子系统和测控子系统各硬件模块的详细设计以及ＰＣＢ板实物照片。[www.61k.com］
Ｅ‘人机交互子系统硬件模块设计包括：８位微控制器ＡＴ８９Ｃ５５系统电路设计、键盘电路设计、ＬＣＤ显示器接口电路设计、ＥＥＰＲＯＭ存储器电路设计、ＬＥＤ指示和蜂鸣器音响电路设计、ＲＳ４８５接口电路设计、看门狗与复位电路设计。
测控子系统硬件模块设计包括：３２位微控制器ＬＰＣ２３６８系统电路设计、５Ｖ转３．３Ｖ电源电路设计、湿度测量电路设计、温度测量电路设计、风扇和照明控制电路设计、加热和制冷控制电路设计、电机驱动控制电路设计。
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计
对于嵌入式系统，硬件电路设计完成以后，系统的功能将依赖于系统软件来实现。(www.61k.com）系统能否正确、可靠地工作，除了合理、正确的硬件设计外，还需要有功能完善的软件设计。本章通过详细分析Ｍｏｄｂｕｓ协议，对Ｍｏｄｂｕｓ协议功能码进行了裁减，用它实现了两个ＭＣＵ之间的可靠通信，并给出了Ｍｏｄｂｕｓ协议通信测试的方法和实例。此外，还通过分析１２Ｃ总线协议，编程实现了ＭＣＵ对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器的读写。之后，给出了系统人机交互子系统和测控子系统软件模块的功能和流程图，在本章最后举例给出了系统运行和操作的界面。
４．１Ｍｏｄｂｕｓ协议分析
Ｍｏｄｂｕｓ传输模式４．１．１
Ｍｏｄｂｕｓ协议采用主．从方式通信，总线上只能有一台主设备，其余都是从设备【２３１，每个从设备都必须分配一个设备地址。每次通信都由主设备发起，主设备可以单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信，如果单独通信，从设备返回一个消息作为回应，如果是以广播方式通信的，则从设备不作任何回应。设备地址０是广播地址，从设备的有效地址范围为１＂＇２４７［２４１。
Ｍｏｄｂｕｓ协议有ＡＳＣＩＩ和ＲＴＵ两种传输模式。在一个Ｍｏｄｂｕｓ总线上的所有设备都必须采用同一种传输模式。
在ＡＳＣＩＩ模式中，每个８ｂｉｔ值都作为两个ＡＳＣＩＩ字符发送，高位字符在前，低位字符在后。这种模式的主要优点是字符的时间间隔可达到１秒而不产生错误【２５１。
在ＲＴＵ模式中，每个８ｂｉｔ值包含两个４ｂｉｔ的十六进制字符。这种模式的主要优点是在同样的波特率下，可比ＡＳＣＩＩ模式传送更多的数据【２６】。
４．１．２Ｍｏｄｂｕｓ帧格式
对应ＡＳＣＩＩ和ＲＴＵ两种传输模式，有两种帧格式。
ＡＳＣＩＩ帧以冒号“：＂开始（ＡＳＣＩＩ码３ＡＨ），以回车换行符结束（ＡＳＣＩＩ码０ＤＨ，２６
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计ｏｈＩ－Ｄ。（www.61k.com）总线上的从设备不断侦测“：’’字符，当有一个冒号接收到时，每个从设备都解码地址域来判断是否与自己的设各地址一致。消息中字符间的时间间隔最长不能超过１秒，。否则接收设备将认为传输错误【２７１。ＡＳＣＩＩ帧格式如图４．１所示。
Ｉ起始符
：设各地址２个字符功能代码２个字符数据域（地址、长度、数据）ＬＲＣ校验２个字符结束符０ＤＯＡ
图４．１ＡＳＣＩＩ帧格式
ＲＴＵ帧格式如图４．２所示，ＲＴＵ帧以帧间隔作为消息帧的起始符和结束符，帧间隔必须大于３．５个字符时间，整个消息帧必须连续传输【２８１。如果在一帧完成之前有超过１．５个字符时间的停顿，接收设备将刷新不完整的消息并认为下一个字节是一个新消息帧的设备地址；同样，如果一个新消息帧在小于３．５个字符时间内紧接着前一个消息帧开始，接收设备将认为它是前一消息帧的延续，上述两种情况都将导致一个错误的帧【２９】。也就是说，ＲＴＵ帧数据以设备地址开始，以ＣＲＣ校验结束，整个帧要连续传输，而消息帧之间要以大于３．５个字符时间隔开。
帧间隔（起始符）
４个字符时间设备地址８ｂｉｔ功能代码８ｂｉｔ数据域（地址、长度、数据）ＣＲＣＣＲＣ低字节高字节帧间隔（结束符）４个字符时间１６ｂｉｔ
图牝ｌ玎Ｕ帧格式
消息帧中的功能代码范围是１＂＂２５５，各功能代码的具体含义【３０】见表４．１。当消息由主设备发往从设各时，功能代码将告诉从设备需要执行哪些行为；从设备回应时，它使用功能代码来指示是正常回应（无错误）还是有某种错误发生（称作异常回应）。对正常回应，从设备回送收到的功能代码；对异常回应，从设备将功能代码的最高位置１后回送【３１１。例如，主设备发往从设备的消息要求读一个保持寄存器，功能代码为０３Ｈ，对正常回应，从设备仅回应同样的功能代码；对异常回应，则返回的功能代码为８３Ｈ。除功能代码最高位置ｌ可以作异常应答外，从设备也可以将错误代码放到回应消息的数据域中，告诉主设备发生了什么错误。
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第四章ｃ！Ｉ墨控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
表４－１
功能代码
０１
０２
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０３
０４
０５
０６
０７
０８
０９Ｍｏｄｂｕｓ功能代码一览表作用读取一组逻辑线圈的当前状态（ＯＮ／ＯＦＦ）读取一组开关输入的当前状态（ＯＮ／ＯＦＦ）名称读取线圈状态读取输入状态读取保持寄存器读取输入寄存器强置单线圈预置单寄存器读取异常状态回送诊断校验编程（只用于４８４）
控询（只用于４８４）读取在一个或连续多个保持寄存器的值读取在一个或连续多个输入寄存器的值强置一个逻辑线圈的通断状态写入一个值到保持寄存器中读取８个内部线圈的通断状态把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴使主机模拟编程器，修改ＰＣ从机逻辑可使主机与一台正在执行长程序任务从机通信，探询该１０从机是否已完成其操作任务，仅在含有功能码９的报文
发送后，本功能码才发送
可使主机发出单询问，并随即判定操作是否成功，尤其
是该命令或其他应答产生通信错误时
可使主机检索每台从机的Ｍｏｄｂｕｓ事务处理通信事件记
录。(www.61k.com）如果某项事务处理完成，记录会给出有关错误
可使主机模拟编程器功能修改ＰＣ从机逻辑１１读取事件计数读取通信事件记录编程（１８４／３８４，４８４，
５８４）
探询（１８４／３８４，４８４，
５８４）
强置多线圈
预置多寄存器
报告从机标识
（８８４和ＭＩＣＲＯ８４）
重置通信链路１２１３可使主机与正在执行任务的从机通信，定期控询该从机是否己完成其程序操作，仅在含有功能１３的报文发送后，本功能码才得发送强置一串连续逻辑线圈的通断写入多个值到连续的保持寄存器中读取指定编号从机的类型及运行状态可使主机模拟编程功能，修改ＰＣ状态逻辑１４１５１６１７１８１９发生不可修改错误后，使从机复位于已知状态，可重置
顺序字节
显示扩展存储文件中的数据信息
把通用参数写入扩展存储文件
留作用户功能的扩展编码
留作内部使用
用于异常应答２０２１２２＂－＇６４６５～７２７３～１１９１２０＂－－＂１２７读取通用参数（５８４Ｌ）写入通用参数（５８４Ｌ）保留作扩展功能备用保留作用户扩展非法功能保留保留１２８～２５５
表４．１名称栏中所标的４８４、５８４等数字是施耐德电气生产的控制器的型号，相应的功能码也是在该型号控制器中才被使用。
数据域通常包括要读／写的从设备内部存储单元起始地址（Ｍｏｄｂｕｓ协议中称之为寄存器地址）、数据长度、实际数据三部分内容【３２１。在某些消息帧中数据可以没有，即数据长度为Ｏ；数据长度最大为２５５。
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计
校验码由主设备计算并放到消息帧中，从设备在接收消息的过程中重新计算校验值，并将它与接收到的消息帧中的校验值比较，如果两个值不相等，说明有错误【３３】。（www.61k.com]
在ＡＳＣＩＩ模式传输时，帧校验采用ＬＲＣ纵向冗余校验码【３４】，它是一个８位二进制值的字节，它的产生比较简单，计算方法是将消息帧中的设备地址、功能代码、数据域的每个８Ｂｉｔ字节连续累加，丢弃进位即可。
。在ＲＴＵ模式传输时，帧校验采用ＣＲＣ循环冗余校验码【３５１，它是一个１６位的二进制值，包含两个字节。
４．２Ｍｏｄｂｕｓ协议实现
Ｍｏｄｂｕｓ功能代码裁减４．２．１
对于Ｍｏｄｂｕｓ协议定义的功能码，在实际测控系统中，通常只用到其中的几个功能码，一般只要有读／写单个寄存器和连续读／写多个寄存器的功能就能满足系统的控制需求。
．在ＣＴＩＳ控制器设计时，根据系统实际需求，对Ｍｏｄｂｕｓ协议的功能代码进行了裁减，仅定义了读单个寄存器、写单个寄存器、连续读多个寄存器、连续写多个寄存器四个功能代码，构成简化的Ｍｏｄｂｕｓ协议功能代码集，如表４．２所示。它可以满足并实现ＣＴＩＳ控制器中各控制参数的设置、操作命令的发送、运行状态的读取等所有功能，而具体的参数、命令、状态定义于不同的寄存器地址中，由数据域的地址确定。表中的四个功能代码也可以定义成０１、０２、０３、０４四个连续的值。
表４－２
功能代码
０３（０３Ｈ）
０４（０４Ｈ）
０６（０６Ｈ）
１６（１０Ｈ）ＣＴＩＳ控制器功能代码定义功能主机读取从机单个寄存器数据主机读取从机多个连续寄存器数据主机写入从机单个寄存器数据主机写入从机多个连续寄存器数据
４．２．２功能码消息帧格式定义
ＣＴＩＳ控制器中两个ＭＣＵ之间的通信采用Ｍｏｄｂｕｓ协议的ＲＴＵ模式。下面，对裁减后简化的Ｍｏｄｂｕｓ协议功能代码集中各功能代码的ＲＴＵ消息帧格式，给出详细
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现的定义。[www.61k.com）由于Ｍｏｄｂｕｓ协议采用主．从应答方式进行通信，因此主机每发出一个消息，从机都要回答一个消息。各功能码消息帧格式定义如下：
①功能码０３的ＲＴＵ消息帧
０３功能码主机发送的ＲＴＵ消息帧格式为：
Ｉ从机号ｌ功能码ｌ寄存器地址Ｉ寄存器长度ＩＣＲＣ低字节ＩＣＲＣ高字节ｌ
Ｉ整旦ＩＱ！旦Ｉ幽Ｉ型型Ｉ型ｌ
０３功能码从机回送的ＩＵＵ消息帧格式为：
Ｉ从机号ｌ功能码ｌ数据字节数Ｉ数据低字节ｌ数据高字节ｌＣＲＣ低字节ＩＣＲＣ高字节Ｉｌ型ｌＱ：蔓Ｉ丝坚ｌ型Ｉ趔ｌ趔坠旦Ｉ其中，ｘｘＨ为实际使用时相应的数值，下同。
②功能码０４的ＲＴＵ消息帧
０４功能码主机发送的ＲＴＵ消息帧格式为（ｎ＝０＂－１２７）：
Ｉ从机号ｌ功能码ｌ寄存器地址起始ｌ寄存器长度ｌＣＲＣ低字节ｌＣＲＣ高字节ｌ
ＩｘｘＨ０４ＨＩｘｘＨｎＪｘｘＨｘｘＨＩ
０４功能码从机回送的ＲＴＵ消息帧格式为：
从机号功能码
ｘｘＨ０４Ｈ数据数据１数据ｌ字节数低字节高字节２ｎｘｘＨｘｘＨ数据ｎ低字节ｘｘＨ数据ｎ高字节ｘｘＨＣＲＣＣＲＣ低字节ｘｘＨ高字节ｘｘＨ
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③功能码０６的ＲＴＵ消息帧
０６功能码主机发送的ＲＴＵ消息帧格式为：
Ｉ从机号Ｉ功能码ｌ寄存器地址ｌ数据低字节Ｉ数据高字节ｌＣＲＣ低字节ｌＣＲＣ高字节ＩｌｘｘＨ１０６ＨＩｘｘＨＩｘｘＨｘｘＨＩｘｘＨｘｘＨＩ０６功能码从机回送的ＲＴＵ消息帧格式为：
ｌ从机号ｌ功能码ｌ数据字节数Ｉ数据ＣＲＣ低字节ｌＣＲＣ高字节Ｉ
Ｉ翌璺ｌＱ鱼坚Ｉ！！坚ｌＱＱ旦堕！！旦ｌ翌塑Ｉ翌塑ｌ
其中，返回的数据为００Ｈ时，表示从机正确接收到数据；返回的数据为０１Ｈ时，表示通信异常，从机没有正确接收到数据，下同。
④功能码１６的ＲＴＵ消息帧
１６功能码主机发送的ＲＴＵ消息帧格式３０（ｎ－－０＂－－１２７）．３０
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计
从机号功能码
ｘｘＨ
１０Ｈ
数据数据１数据１字节数低字节高字节
２ｎ
ｘｘＨ
数据ｎ低字节
ｘｘＨ
数据１＂１
高字节
ｘｘＩ－－Ｉ
ＣＲＣＣＲｃ
低字节
ｘｘＨ
高字节
ｘｘＩ－Ｉ
ｘｘＨ
１６功能码从机回送的Ｒ１Ｕ消息帧格式为：ｌ从机号Ｉ功能码ｌ数据字节数ｌ
Ｉ
ｘｘＨ
数据
ＩＣＲＣ低字节ＩＣＲＣ高字节ｌ
ｘｘｌｑ
Ｉ
１０Ｈ
ｉ
０１Ｈ
ｆＯＯＨ或０１Ｈｆ
ｆ
ｘｘＨ
Ｉ
４．２．３消息帧ＣＲＣ校验码计算
Ｍｏｄｂｕｓ协议ＲＴＵ消息帧中ＣＲＣ校验码的产生有两种方、法【３６１：第一种是查表法，需要预先将校验码计算出来，组成一张ＣＲＣ校验码表，使用时直接查表得到ＣＲＣ校验码，其优点的产生校验码的速度快，缺点是需要占用较多存储器；第二种是直接计算法，用程序计算得到ＣＲＣ校验码，其优点是节省存储器空间。［www.61k.com)本文ＣＴＩＳ控制器中采用第二种方法产生ＣＲＣ校验码。ＣＲＣ码计算方法【２４１如下：
①初始化～个１６位寄存器，置所有数位均为１，即初值为ＦＦＦＦＨ。
②取消息帧的第一个８位字节与１６位寄存器进行“异或”运算。运算结果放入这个１６位寄存器。③把１６位寄存器向右移一位。
④若向右移出的数位是１，则用生成多项式１０１００００００００００００１（Ａ００１Ｈ）和１６位寄存器进行“异或’’运算；若向右移出的数位是Ｏ，则不做运算。⑤重复第３步和第４步，直到移出８位，一个字节的数据处理结束。⑥取下一个８位字节与十六位寄存器进行“异或”运算。
⑦重复３～６步，直至消息帧所有字节均与１６位寄存器进行“异或＂运算并移位
８次。
⑨１６位寄存器的内容即为２字节ＣＲＣ校验码。
下面给出计算ＣＲＣ校验码的函数，为了使函数具有通用性，减少重复劳动，函数内部全部采用局部变量。
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
函数名：Ｃｒｃｌ６０
入１２］参数：?ｄｐ一数据帧首地址指针，ｌｅｎ—数据帧长度（字节数）
返回值：数据帧的１６位ＣＲＣ校验码
ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔＣｒｅ１６（ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ’ｄｐ，ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｌｅｎ）
｛
ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｉｊ，ｆｌａｇ．＿ｅｒｅ；／／定义８位局部变量
ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｍｃｒｃ；／／定义１６位ＣＲＣ校验码寄存器
ｃｒｃ＝０ｘｆｆｆｆ；／／初始化ＣＲＣ校验码寄存器
ｆｏｒ（ｉ＝Ｏ；ｉ＜ｌｅｎ；ｉ＋＋）肝面是１６位ＣＲＣ校验码计算过程
｛
ｃｒｃｈ－ｄｐ［ｉ］；
ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜Ｓｊ＋＋）
｛
ｆｌａｇ＿ｅｒｅ＝ｃｒｅｅｌ；
ｃｒｃ＞＞＝ｌ；
ｉｆ（ｆｌａｇ＿＿ｅｒｅ）ｃｒｃＡ＝Ｏｘａ００１；
）
）
ｒｅｔｕｒｎｃｒｃ；／／返回１６位ＣＲＣ校验码
．．：｝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一—一．４．２．４Ｍｏｄｂｕｓ寄存器地址定义
Ｍｏｄｂｕｓ协议实现通信时，主机要读／写的数据是由信息帧中数据域的寄存器地址决定的。［www.61k.com)在ＣＴＩＳ控制器中，寄存器的地址有三类，它们是：当前运行参数和状态、命令、设定参数。这些寄存器的地址要在编程之前先进行定义，根据定义的寄存器地址，主／从机双方才能正确识别数据和执行命令，它们是控制器通信的基础。控制器内三类寄存器地址的详细定义见表４．３、表４４和表４．５。
表４－３当前运行参数和状态寄存器地址定义
寄存器地址数值类型数值含义
当前温度，范围４．０＂－－６０．０＂Ｃ，实际为×１０后的整
０１Ｈｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
数，即４０～６００
０２Ｈｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ电机当前转速，范围３０一－４００ｒｐｍ
０３Ｈ、０４Ｈ、０５Ｈｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ剩余运行时间的小时值、分钟值、秒值
０６Ｈ、０７Ｈ、０８Ｈｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ实时时钟的年、月、日
０９Ｈ、ＯＡＨ、ＯＢＨｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ实时时钟的时、分、秒
ＯＣＨｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ设备工作状态，０：待机、１：运行、２：暂停、３：故障
０ＤＨｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ当前运行时段，设备可有４个运行时段，范围０＂－－３３２
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计
表４．４命令寄存器值定义
寄存器地址
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０ＥＨ数值类型ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ数值含义启动命令，需要从机返回是否执行状态暂停命令，需要从机返回是否执行状态ＯＦＨ１０Ｈ１１Ｈ１２Ｈ数据存入Ｕ盘命令，需要从机返回执行及完成状态关外围部件电源命令，需要从机返回是否执行状态开外围部件电源命令，需要从机返回是否执行状态
表４．５设定参数寄存器值定义
寄存器地址
１３Ｈ
１４Ｈ
１５Ｈ
１６Ｈ
１７Ｈ
１８Ｈ
１９Ｈ
１ＡＨ
１ＢＨ、１ＣＨ
１ＤＨ、ｌＥＨ数值类型ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ数值含义运行时段１温度设定值，范围４＂－－６０℃运行时段２温度设定值，范围４＂－６０℃运行时段３温度设定值，范围４＂６０＂（２运行时段４温度设定值，范围４＂－６０℃运行时段１电机转速设定值，范围３０＂－－４００ｒｐｍ运行时段２电机转速设定值，范围３０＂－－－４００ｒｐｍ运行时段３电机转速设定值，范围３０＂－４００ｒｐｍ运行时段４电机转速设定值，范围３０＂－４００ｒｐｍ运行时段１时间设定值，０＂９９９小时、０＂－＇５９分钟运行时段２时间设定值，０～９９９小时、０＂－－＇５９分钟
运行时段３时间设定值，Ｏ～９９９小时、０＂－＇５９分钟
运行时段４时间设定值，０～９９９小时、０＂－５９分钟
总时间设定值，０～９９９９小时、０～５９分钟ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ１ＦＨ、２０Ｈ２１Ｈ、２２Ｈ２３Ｈ、２４Ｈ
２５Ｈ
２６Ｈ
２７Ｈｕｎｓｌｇｎｅ，ｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｌｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｔｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ
ｕｎｓｉｇｎｅｄｓｈｏｒｔ运行湿度设定值，范围３０＂－－＇９８％除霜时间设定值，００＂－１５分钟除霜间隔设定值，００＂－９９小时断电后，再上电是否自动运行，０：不运行，１：运行２８Ｈ２９Ｈ、２ＡＨ、２ＢＨ２ＣＨ、２ＤＨ、２ＥＨ２ＦＨ３０Ｈ实时时钟的年、月、日设定值，用于日期调整实时时钟的时、分、秒设定值，用于时间调整数据打印时间设定值，０＂－＇３６０小时数据打印间隔设定值，１０＂－－－６０分钟３３
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蔓婴兰婴！垄型璺塾壁堡丛薹±坚鲤！坐塑堡笪垣堂堡蔓堑壹塑墼型些堂盐皇壅里４２５Ｍｏｄｂｕｓ协议实现函数
通过ＲＳ４８５接口用Ｍｏｄｂｏｓ协议实现两个ＭＣＵ通信的主要函数及功能如表４－６所示。[www.61k.com)
表４－６Ｍｏｄｂｕｓ协议实现通信的主要函数
函数名功能
ｒｅａｄ４８５缸ｒｅｇａｄｄ０通过ＭｏｄｂｌｌＳ协议读取单个寄存器的值。实现０３功能码。ｒｅａｄ４８５ｍ（ｒｅｇａｄｄｒ，ｒｃｇｎｕｍ）通过Ｍｏｄｂｕｓ协议连续读取多个寄存器的值。实现０４功能码。ｗｒｉｔｅ４８５ｘ（ｒｅｇａｄｄｒ，ｒｅｇｄａｔａ）通过Ｍｏｄｂｌｌｓ协议写单个寄存器的值。实现０６功能码。
ｗｒｉｔｅ４８５ｍ（ｍｇａｄｄｒ，ｒｅｇｎｕｍ）通过Ｍｏ曲ｌｌｓ协议连续写多个寄存嚣的值。实现１６功能码。Ｃｒｃｌ６（＋ｄｐ，Ｉｅｎ）通过Ｍｏｄｂｕｓ协议通信时ｃＲｃｌ６校验值计算程序。
４．３Ｍｏｄｂｕｓ协议通信测试
由于ＰＣ机没有ＲＳ４８５接１３，因此对Ｍｏｄｂｕｓ协议通信测试时，将ＭＣＵ串行接口信号引出来，用外加的ＲＳ２３２模块转换成ＲＳ２３２信号，然后联到ＰＣ机的串行口，在ＰＣ机上用串口调试程序抓取通信数据，通过对抓取数据的观察和分析，可以知道Ｍｏｄｂｕｓ协议通信是否正确。通信测试连接示意图见图４－３，其中人机交互子系统是通信的主机，测控子系统是通信的从机，从机编号设定为０１。
—●Ｉ?＿咔
库弭：：步≮’啤４—『磊。?钒…一
图４－３Ｍｏｄｂｕｓ协议通信测试连接示意图
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茔士墅！坐！堡堡塑堡坚塑翌堕整塑塞型壁塑蔓量壅里璺巴至！旦！墼型堡墼堂堂盐
对Ｍｏｄｂｕｓ协议０３功能码测试的ＰＣ机屏幕截图如图４－４所示
图４－４０３功能码＊Ｉ试的ＰＣ机屏幕截圈
图中串口调试程序的窗口内抓取到了１３个字节的数据，数据为十六进制数。（www.61k.com］前面６个字节数据０１Ｈ．０３Ｈ，０１Ｈ，０１Ｈ，３１Ｈ，８８Ｈ是Ｍｏｄｂｕｓ协议主机ＡＴ８９Ｃ５５向从机ＬＰＣ２３６８发出的０３功能读取当前温度值消息帧，各字节数据含义见表４．７。
表４．７０３功能主机读取当前温度值消息帧说明
数据及顺序含义
叭从机号们Ｈ．
０３功能码０３Ｈ。
０ｌ当前温度值寄存器地址０１Ｈ。
０１读取字节数为１字节。
数据帧１６位ＣＲＣ校验值，低字节在前，高字节在届。
８８因此１６位ＣＲＣ校验值为８８３１Ｈ．
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
后面７个字节数据０１Ｈ，０３Ｈ，０２Ｈ，９６Ｈ，００Ｈ，Ｄ７Ｈ，Ｅ４Ｈ是从机ＬＰＣ２３６８向主机ＡＴ８９Ｃ５５回送的当前温度值消息帧，各字节数据含义见表４．８。（www.61k.com]
表４—８
数据及顺序
０１０３功能从机回送的当前温度值消息帧说明含义从机号０１Ｈ。
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功能码０３Ｈ。
数据字节数为２字节。０３０２
９６
００
Ｄ７
ＦＡ当前温度值，低字节在前，高字节在后。温度值数据为００９６Ｈ＝１５０。实际温度有１位小数，需要除以１０，即１５０÷１０＝－１５．０℃。数据帧１６位ＣＲＣ校验值，低字节在前，高字节在后。因此１６位ＣＲＣ校验值为ＥＡＤ７Ｈ。
对抓取的通信数据分析表明，Ｍｏｄｂｕｓ协议的功能码和通信是正确的。其它功能码的测试与０３功能码的测试过程相同，在这里就不再一一列出。
４．４１２Ｃ总线协议分析
１２Ｃ总线概述４．４．１
１２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ－ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉ０总线是一种由ＰＨＩＬＩＰＳ公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围４设备【３７】。１２Ｃ总线产生于２０世纪８０年代，最初是为音频和视频设备开发的，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态，如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数，增加了系统的安全性，方便了管理。
１２Ｃ总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此１２Ｃ总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可达２５英尺，并且能够以１０ｋｂｐｓ的最大传输速率支持４０个组件。１２Ｃ总线的另一个优点是，支持多主控，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为总３６
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计线的主控。(www.61k.com）一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控【３引。
４．４．２１２Ｃ总线工作原理
１２Ｃ总线是由数据线ＳＤＡ和时钟线ＳＣＬ构成的串行总线，可发送和接收数据。在ＣＰＵ与被控ＩＣ之间、ＩＣ与ＩＣ之间进行双向传送，最高传送速率１００ｋｂｐｓ。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，１２Ｃ总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。ＣＰＵ发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
１２Ｃ总线在传送数据过程中共有三种类型的信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：ＳＣＬ为高电平时，ＳＤＡ由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
’应答信号：接收数据的ＩＣ在接收到８ｂｉｔ数据后，向发送数据的ＩＣ发出特定的低电平脉冲，表示己收到数据。ＣＰＵ向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发回一个应答信号，ＣＰＵ接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。
目前有很多半导体集成电路上都集成了１２Ｃ接口。带有１２Ｃ接口的单片机有ＣＹＧＮＡＬ的Ｃ８０５１ＦＯＸＸ系列、ＰＨＩＬＩＰＳＰ８７ＬＰＣ７ＸＸ系列、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ的ＰＩＣｌ６Ｃ６ＸＸ系列等。很多外围器件，如存储器、监控芯片等也提供１２Ｃ接口。４．４．３１２Ｃ总线操作
１２Ｃ规程运用主／从双向通信。器件发送数据到总线上，则定义为发送器；器件接收数据，则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。总线必须由主器件（通常为微控制器）控制，主器件产生串行时钟（ＳＣＬ）控制总线的传输方向，３７
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现并产生开始和停止条件‘３９１。［www.61k.com]
１２Ｃ总线上的所有的操作都是由ＳＣＬ和ＳＤＡ两条线上的状态来确定的，共有四个状态：开始、停止、数据、应答。图４．５描述了四个状态的时序图【４们。
ｓ队卞ｉ：本豳曲＿ｉ斤ｓ跣甫一殄再一Ｌ．ｊＬ．．：Ｌ．－；Ｌｏ．Ｌ．．：Ｌ．ｊ
图４－５１２Ｃ总线操作时序图
ＳＤＡ线上的数据状态仅在ＳＣＬ为低电平的期间才能改变，ＳＣＬ为高电平期间，ＳＤＡ状态的改变被用来表示开始和停止条件。
在起始条件之后，必须是器件的控制字节，其中高四位为器件类型识别符（不同的芯片类型有不同的定义，ＥＥＰＲＯＭ一般为１０１０），接着三位为片选地址或片内页面号，最后一位为读／写位，１表示读操作，０表示写操作。ＥＥＰＲＯＭ控制字节格式【４１】如图４．６所示。
图４＿６１２Ｃ总线控制字节格式
１．写操作
写操作有字节写和页面写（连续写）两种操作，对于页面写根据芯片一次可装载的字节不同有所不同。字节写和页面写操作的格式如图４．７和图４．８所示。
图４．７字节写格式
图４－８页面写格式３８
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２．读操作
读操作有三种操作：当前地址读、随机读和连续读。［www.61k.com］三种读操作的格式如图４－９、图４．１０和图４．１１所示。
图４－９当前地址读格式
图４．１０随机读格式
图４－１ｌ连续读格式
４．５１２Ｃ总线操作实现函数
在ＣＴＩＳ控制器中，采用串行ＥＥＰＲＯＭ存储器ＡＴ２４Ｃ１６来存放设定的工作参数，该存储器通过１２Ｃ总线与ＭＣＵ通信，存储容量为２０４８×８位，掉电可保存数据１０年以上，为８脚的ＳＯＩＣ封装。由于ＡＴ８９Ｃ５５没有１２Ｃ总线，因此用两个Ｉ／Ｏ引脚通过软件编程模拟１２Ｃ总线时序来实现ＡＴ８９Ｃ５５对ＡＴ２４Ｃ１６的读写。
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ＡＴ２４Ｃ１６的器件类型识别符为１０１０，其内部存储单元分为８个页面，每个页２５６字节。实际使用时需要严格按照１２Ｃ总线的操作时序分别编写字节写、连续写、当前地址读、随机读和连续读五个函数，使用这五个函数就可以实现对ＡＴ２４Ｃ１６的读写。
用ＭＣＵ的Ｉ／Ｏ引脚模拟１２Ｃ总线时序实现对串行ＥＥＰＲＯＭ存储器ＡＴ２４Ｃ１６读写的函数如表４－９所示。３９
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
表４－９实现ＡＴ２４Ｃ１６读写的函数
函数名功能
１２Ｃ＿ｓｔａｒｔＯ模拟１２Ｃ总线开始状态。(www.61k.com]
１２Ｃ＿ｓｔｏｐ０模拟１２Ｃ总线停止状态。、
ａｃｋ０模拟１２Ｃ总线应答状态。
ｎｏ＿ａｃｋ０模拟１２Ｃ总线不应答状态。
ｃｈｃｃｋ＿ａｃｋＯ１２Ｃ总线应答状态检测。
ｗｒｉｔｅ．＿ｂｙｔｅ（ｃｈ）写命令或地址到ＡＴ２４Ｃ１６。
ｒｅａｄ２４ｃｌ６（ａｄｄｒｅｓｓ）读ＡＴ２４Ｃ１６指定地址数据（字节读）。
ｗｒｉｔｅ２４ｃ１６（ａｄｄｒｅｓｓ，ｄｄａｔａ）写数据到Ａ１ｒ２４Ｃ１６的指定地址（字节写）。
ｐａｇｅｗｒｉｔｅ（ｗａｄｄｒ，ｎ，?ｄａｄｄｒ）连续写ｒ１个字节到ＡＴ２４Ｃ１６中。
ｐａｇｅｒｅａｄ（ｒａｄｄｒ，ｎ，＊ｄａｄｄｒ）连续从ＡＴ２４Ｃ１６中读ｎ个字节。
４．６人机交互子系统程序设计
人机交互子系统的程序主要有：
ＡＴ８９Ｃ５５系统初始化程序、人机交互
主循环程序、定时中断处理程序、键
盘扫描程序、ＬＣＤ操作程序、中文菜
单显示程序、参数设置程序、１２Ｃ总线
读写ＥＥＰＲＯＭ程序ｉＭｏｄｂｕｓ总线通
信程序、字符和汉字点阵字库。
４．６．１ＡｌＴ８９Ｃ５５系统初始化程序
ＡＴ８９Ｃ５５系统初始化程序流程如
图４．１２所示。该程序完成ＡＴ８９Ｃ５５
系统各变量和状态标志的初始化，串
行口和定时器初始化，ＬＣＤ显示器初
始化。
图４．１２ＡＴ８９Ｃ５５系统初始化程序流程图
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计４．６．２人机交互主循环程序
人机交互主循环程序流程如图４－１３所示，该程序完成人机交互的功能，主要包括键盘扫描，设备的启／停控制，显示屏幕开／关控制，背光自动开／关，实时测量值的读取与显示，菜单程序及参数设置，声光报警处理。[www.61k.com］
图４?１３人机交互主循环程序流程图４ｌ
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第四章ｃｒＩｓ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现４．６．３ＡＴ８９Ｃ５５定时中断处理程序
ＡＴ８９Ｃ５５定时中断处理程序流程如图４．１４所示。(www.61k.com）ＡＴ８９Ｃ５５定时器的定时时间设为５０ｍｓ，定时中断处理程序主要完成看门狗复位；５０ｍｓ、２００ｍｓ、２５０ｍｓ、５００ｍｓ、１ｓ时间标志位的置１；故障计时和报警处理。
图４－１４ＡＴ８９Ｃ５５定时中断处理程序流程图４２
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章Ｃ１ｒＩＳ控制器软件设计４．６．４参数设置菜单处理程序
参数设置菜单处理程序流程如图４．１５所示。（www.61k.com）菜单处理包括菜单切换，选项的上下移动和闪烁控制。当１０秒钟没有选择操作，程序自动退出菜单显示，返回运行的主屏幕。
图４－１５参数设置菜单处理程序流程图４３
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现４．６．５参数设置操作程序
参数设置操作程序流程如图４．１６所示。［www.61k.com］
◇
型巧型珂，巧型巧型巧型巧，功＿珂型
温转定湿除复时打数
度速时度霜电钟印据
设设设设设设设设导
置置置置置置置置出
操操操操操操操操操
作作作作作作作作作
弋弋弋弋丁弋弋弋
厂、
（退出设置操作，返回设置项菜单
＼／）
图４．１６参数设置操作程序流程图
４．６．６温度设置操作程序
在参数设置操作中，温度设置操作、转速设置操作、定时设置操作、湿度设置操作、复电设置操作、时钟设置操作的程序流程类似，因此这里只给出温度设置操作程序的流程图，如图４．１７所示。
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图４．１７温度设置操作程序流程图
４．６．７除霜设置操作程序
除霜设置操作程序流程如图４．１８所示。［www.61k.com］打印设置操作程序的流程与除霜设置操作程序流程类似。４５
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图４—１８除霜设置操作程序流程图
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计４．６．８数据导出操作程序
数据导出操作程序流程如图４．１９所示。（www.61k.com）数据导出操作可以将存在控制器内部的系统运行参数和测量数据通过ＵＳＢ接口存入Ｕ盘中。
（进入数据导出操作）伍入数据导出操拓、＼／
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ｒ
向主机发送数据导出命令
显示“数据正在导出，等待……”否◇‘
ｉ
是Ｉ』
显示“数据导出完毕”
ｌ
停留３秒钟
ｌ
（丰出设置操作，返回设置项菜ｔ）
图４．１９数据导出操作程序流程图
４．６．９点阵字符和汉字显示
屏幕显示字符和汉字需要点阵字库的支持，为了节省存储空间，ＣＴＩＳ控制器中定义了专用的小字库。字符有８×８和１６×８两种点阵字库，汉字是１６×１６点阵宋体字库，字库中只包含控制器中用到的字符和汉字点阵。
１２８６４Ｃ点阵ＬＣＤ显示器将屏幕分为左右两个６４Ｘ６４点阵的区域，左右两个区域分别由一个控制器控制，并且点阵是纵向排列的【４２１，而从计算机字库中提取出来的字符和汉字点阵是横向排列的，因此需要将点阵数据进行横～纵转换后才能使用‘４３１。
８Ｘ８点阵的字符有１２个，采用数值编码，点阵数据存放在程序代码的ｃｈｒ８［］字符表中，显示时按编号调用即可。
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
１６Ｘ８点阵的字符有２８个，也采用数值编码，点阵数据存放在程序代码的ｃｈａｒｄｏｔｒＪ字符表中，显示时也是按编号调用即可。［www.61k.com]
１６Ｘ１６点阵的汉字有５３个，采用拼音作为汉字编码，每个汉字的点阵数据分别存放在以其拼音为名称的字符表中，显示时按拼音调用即可。
上述三种点阵字符及编码参可见附录Ｂ。
４．７测控子系统程序设计
测控子系统的程序主要包括ＬＰＣ２３６８系统初始化程序、测控主循环程序、温度测控程序、超温处理程序、转速测控程序、除霜控制程序、定时中断处理程序、外部中断处理程序、串行中断处理程序等。
４．７．１ＬＰＣ２３６８系统初始化程序
ＬＰＣ２３６８系统初始化程序流程如图４．２０所示。
ＴＯ定时器初始化
Ｊ
Ｔ１定时器初始化
ｉ
ＲＴＣ实时时钟初始化
ｌ
外部中断初始化
ｌ
串行ＩＺ］初始化
调用断电前的运行
参数并设运行标志调用Ａ段参数并设待机标志
ｌ
ｒＩ
图４．２０ＬＰＣ２３６８系统初始化程序流程图４８
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章Ｃ１１Ｓ控制器软件设计４．７．２测控主循环程序
测控主循环程序流程如图４．２１所示。[www.61k.com）
图４．２ｌ测控主循环程序流程图４９
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现４．７．３温度测控程序
温度测控程序流程如图４．２２所示。（www.61k.com)
图４．２２温度测控程序流程图
４．７．４超温处理程序
超温处理程序流程如图４．２３所示。
进入超温处理
置温度稳定状态／婪震爹岁＼／
燃＞一Ｉ是
设置正负４度，一一一一
翁验≯奎三！少ｌ是
执行超温处理动作
退出超温处理』是
图４－２３超温处理程序流程图
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计４．７．５超速处理程序
超速处理程序流程如图４．２４所示。(www.61k.com)
４．７．６除霜控制程序
除霜控制程序流程如图４．２５所示。
进入超速处理
判断是耍达到设＼，查置速度稳定状态，／进入除霜控制◇参‘是否按环境温度和设置温＼／度判断是否进行化霜
塞度是否超出＼设置正负５转，／否
＼／
否大于２分钟／＼／
．【是
执行超速处理动作超速时间是、＼、否根据设置温度调用化霜参数执行化霜动作
退出超速处理退出除霜程序
图４．２４超速处理程序流程图图４．２５除霜控制程序流程图
ＣＴＩＳ控制器系统软件实现的主要函数及功能参见附录Ｃ。
４．８系统人机交互界面
本节给出ＣＴＩＳ控制器人机交互的操作界面举例及说明。ＬＣＤ屏幕有系统运行主屏幕、系统设置菜单屏幕和参数设定屏幕三级。
４．８．１系统运行主屏幕系统上电复位后和正常运行时，显示第一级的系统运行主屏幕，如图４．２６所示。
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
图４．２６系统运行主屏幕
“系统状态’’位置显示的是“待机＂、“运行”、“暂停”、“故障）【Ｘ＂四种系统状态之一。［www.61k.com)其中Ｘｘ为故障代码，有０１＂－－１０十种。系统状态左边小字显示的是实时时钟。
运行时如果３０秒钟没有按下任何键，显示屏的背光自动关闭；当再按任意键后，背光自动点亮。
４．８．２系统设置菜单
进行系统设置时，首先进入第二级的系统设置菜单，如图４．２７所示。
图４．２７系统设置菜单
系统设置菜单有三个屏幕。当前可设置的项会闪动提示，按“减少”键可以向下移动当前设置项，按“增加＂键可以向上移动当前设置项；当移动到最下面一项时，就转到下一屏；当移动到最上面一项时，就转到上一屏；当前设置项闪动时，按“确认’’键可进入该项参数的设置；在设置菜单屏幕时如果１０秒钟没有按键，自动返回到第一级的运行主屏幕。５２
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第四章ＣＴＩＳ撞制墅这壁塑盐４．８．３参数设定屏幕
进行具体参数设定或操作时，进入第三级的参数设定屏幕，图４－２８所示是温度设定屏幕。［www.61k.com）
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图４．２８温度设定屏幕
温度按照Ａ—Ｂ—Ｃ—Ｄ四段的顺序进行设置；在每段中按“增加”或“减少＂键改变温度值（范围４，－－－６０＂Ｃ），长时间按住“增加＂或“减少＂键不放可以快速改变数值；按“确认＂或“启／停＂键结束本段设置进入下一段设置；没有按键时，当前设置值闪烁；当设置到温度Ｄ时，按“确认一键将保存设置参数并退回到设置菜单‘屏幕，按“启／停＂键将放弃（不保存）设置参数并退回到设置菜单屏幕。
设置菜单屏幕中的其它８项参数设定或操作与温度设定屏幕类似，这里就不再一一列出。
４．９本章小结
本章结合ＣＴＩＳ控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议功能码进行了裁减，定义了相应的功能码、各功能码数据帧格式以及寄存器地址，给出了通信时ＣＲＣ校验码的计算方法和Ｍｏｄｂｕｓ协议通信的测试方法，分析了Ｍｏｄｂｕｓ协议０３功能码通信的测试实例。通过分析ｇｃ总线协议，给出了ＭＣＵ对１２Ｃ总线串行ＥＥＰＲＯＭ存储器读写的方法及实现函数。
本章还给出了ＣＴＩＳ控制器系统软件设计，包括人机交互子系统、测控子系统各软件模块的流程图。人机交互子系统软件流程有：ＡＴ８９Ｃ５５系统初始化程序流程、
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第四章ＣＴＩＳ控制器软件设计基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现人机交互主循环程序流程、定时中断处理程序流程、键盘扫描程序流程、屏幕菜单处理程序和参数设置操作程序流程；测控子系统软件流程有：ＬＰＣ２３６８系统初始化程序流程、测控主循环程序流程、温度测控程序流程、超温处理程序流程、超速处理程序流程、除霜控制程序流程。[www.61k.com]最后给出了系统操作和运行界面屏幕显示举例。
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第五章调试与体会
第五章调试与体会
本章给出了软硬件调试步骤和方法，分析了软硬件实现过程中出现的问题，给出了解决措施以及项目实现过程中的一些体会。（www.61k.com）希望能为同行提供一些借鉴和参考。５．１调试
硬件电路设计完成后，要用电路板设计软件将电路转换成相应的印刷电路板（ＰＣＢ板）图，并交给专业厂家加工成ＰＣＢ板。
调试时要先从硬件开始，首先需要对元器件进行测试和焊接，接下来进行各模块电路测试，模块电路测试时需要编制相应的测试程序。
硬件电路调试好之后，才能在ＰＣＢ板进行软件调试，首先进行各功能模块软件的调试，然后进行总体软件的调试，最后进行整个系统的调试。
对硬件电路的调试，要从元器件焊接开始，按照一定的计划和步骤去做，循序渐进，分步焊接和测试，不能一次将所有元器件都焊接上去后再去调试。这样做可以及时发现问题，有效地分析和解决问题，才能高效、正确地将电路调试好。否则，即使是一个小问题也可能需要花费大量的时间才能得到解决，有时甚至因无法定位问题产生的原因而导致问题无法解决，从而使整个电路板报废。
根据个人在本项目实现过程中获得的经验教训，将调试步骤与方法总结如下：
①在焊接分立元件（如电阻、电容、ＬＥＤ、二极管等）之前，要用万用表先对它们进行测量，判断元件是否损坏，确定型号和参数是否正确，然后再将它们焊接到电路板上去。
②要最先焊接电源部分的元件，并通电对电源电压进行测量，确保电压正确无误。如果万一出现电压不正确的情况，由于其它元件都没有焊，因此不会导致其它元件的损坏。
③电源正常后，接下来焊ＭＣＵ及其最小系统所需要的元件。然后通电判断ＭＣＵ是否正常工作，可以用示波器观察晶振是否起振来确定；对有ＬＥＤ指示灯的系统，也可以编写一个控制指示灯闪烁的测试小程序下载到ＭＣＵ中运行，通过观察指示灯是否闪烁来判断ＭＣＵ是否能正常工作。
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第五章调试与体会基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
④在ＭＣＵ调试好之后，就可以焊接其它各部分的元件了。［www.61k.com)对ＭＣＵ之外各部分外围电路的调试，一般要结合软件进行测试，这样在调试硬件的过程中也编制和调试了相应硬件模块的软件操作函数，为软件设计打好基础。
调试ＭＣＵ外围电路及相应软件时，一般按如下顺序进行：
①显示器部分。显示器要先调试，显示器调试好以后，对其它电路的调试可以编程将状态或结果显示出来，通过观察就可以判断所调试的电路是否正常。
②按键部分。可以将不同按键的值用显示器显示出来，方便按键程序模块的调试。③其它电路调试。显示器和按键之外其它电路的调试，没有严格的顺序，只要一部分一部分逐个调试正确就可以了。
５．２遇到的问题及解决
下面是本项目实现过程中遇到的问题，以及对问题的分析过程和解决措施。
①问题１：通过１２Ｃ总线向串行ＥＥＰＲＯＭ连续写入数据时，有些数据不正确。问题分析：先对照１２Ｃ总线操作时序检查写入程序，是符合操作时序的，并且因大部分数据写入是正确的，可以排除写入程序操作不正确的可能。由连续写入数据时有数据不正确的现象，同时考虑到数据送入ＥＥＰＲＯＭ后，在ＥＥＰＲＯＭ内部真正完成写入存储单元还需要一定的时间，可能是因为连续写入数据时，各数据间的时间间隔不够导致一些数据丢失而没有写入。
解决措施：基于上面分析的可能原因，解决的方法是连续写入数据时，各数据之间给出足够的时间间隔。具体措施是在连续写入数据的程序中，每写入一个数据，插入一段软件延时。修改写入软件后，对写入程序进行测试，即先将一些数据连续写入ＥＥＰＲＯＭ的存储单元中，然后再将这些存储单元中的数据读出来显示在屏幕上，可以观察到写入与读出的数据是一致的，问题得到了解决。
②问题２：通过ＡＤＣ对温度进行测量时，温度值有波动，精度较差。
问题分析：影响ＡＤ测量稳定性和精度的因素主要有系统电源的稳定性即纹波和瞬间脉冲干扰，外界的电磁干扰。对电源的纹波可以在系统电源输入端和每个集成电路芯片电源引脚旁增加滤波电容来减小或消除；而对于有大功率电器启／停或有电机运行的环境，电源的瞬间脉冲干扰和电磁干扰无法消除，只能在测量时用软件做适当
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第五章调试与体会的处理。［www.61k.com)
解决措施：系统电源输入端和每个集成电路芯片电源引脚旁加滤波电容在电路设计时已经作了考虑，因此只能在软件上做适当处理。采用的方法是对ＡＤ测量进行中值滤波和均值滤波。中值滤波是每采样一个数据时，进行三次连续的ＡＤ转换，在三个测量数值中取中间一个数作为采样值，它可以减小或消除干扰引起的测量波动。均值滤波是每采样一个数据时，进行多次连续ＡＤ转换，一般大于１００次，然后用这些多次测量的平均值作为采样值，它可以减小由瞬间干扰引起的误差和波动，提高测量的稳定性和精度。实践证明，在软件上同时采用这两种滤波方法，具有很好的效果，问题得到了解决。
③问题３：系统运行时如果出现通信故障，报警声音会及时响起，但黄色故障指示灯点亮和故障码的屏幕显示要过一段时间才出现。
问题分析：经过对通信程序、故障报警程序、故障指示灯显示程序、故障码屏幕显示程序的查找和分析，发现通信时数据出错或接收不到应答数据时，会进行多次重新尝试，如果还是出错或接收不到应答数据时才能确认通信有故障，也就是说通信故障的确定需要一定的时间进行多次尝试，而且连续传输多个数据帧时会多次重复这样的确认过程。程序对故障的处理放在了不同的地方，其中声音报警是在定时中断程序申处理的，故障指示灯和故障码屏幕显示是在主循环程序中处理的，因此造成对通信故障的报警声与显示信息时间不一致。
解决措施：把故障指示灯和故障码屏幕显示的处理程序都放到定时中断程序中，这样既能及时提示故障，又使得声音、指示、显示的时间一致，问题得到解决。
④问题４：对按键的识别既要防止一次按键多次读取，又要能够在按住不放时可以作为连续按键，而这两种情况是矛盾的。
问题分析：对按键的识别，一般要防止一次按键多次读取，也就是说如果按下一个键比较长时间然后放开，应该认为是一次操作，而不能多次读取同一个按键进行多次操作。这种情况的处理是在按键识别程序中检测到键被按下时，然后再去检测键的释放，只有当按下的键被释放时，才确认是一次按键，才能执行一次相应的操作。而在本项目的控制器上，由于没有设置数字键，在参数输入时用增加／减小两个键操作，因此在增加／减小键按住不放时要自动多次读取，使输入数值连续增／减，输入过程类似于电子表时间、日期的调整。这就与前面的按键识别处理产生了矛盾。５７
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第五章调试与体会基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
解决措施：只能将按键的这两种处理方式分别编制两个不同的按键识别程序，而不可能用一个程序来处理。[www.61k.com]在不同的输入情况下，调用不同按键的处理程序，按此方法改进按键处理程序后，问题得到解决。
５．３体会
通过本项目的设计与实现，使本人对嵌入式系统的开发有了更深刻的了解和认识，也获得一些有用的经验。下面是项目实现过程中个人的一些体会，希望能够为同行提供一些有用的参考。
①明确系统需求，合理制定系统设计方案
在需求分析和系统方案设计阶段，应尽可能多做一些调研，了解行业目前的现状，相关技术的发展，明确产品的定位。对系统的需求进行充分、详细的分析，先制定系统的整体方案，确定采用的技术，然后才可以对各部分具体模块进行进一步的设计。
②保证电路设计的正确性与合理性
对硬件的设计，必须保证在原理正确的基础上进行。有些电路也可以使用一些电路仿真软件进行仿真。对于某些关键电路可以先在实验板上搭建并进行测试。在设计ＰＣＢ时，要注意元件的布局，合理的布局可以使得布线变得简单。布线时可以先用手工固定一些关键的走线，如地线、电源线、易产生干扰的时钟线等；然后再采用自动布线完成剩余走线。自动布线之后，还要对一些不合理的走线用进行手工调整。另外，设计电路板时还要添加一些测试点，方便调试和测量。
③充分考虑系统的抗干扰能力
电磁干扰会影响系统运行和测量的稳定性，因此系统的抗电磁干扰能力相当重要。尤其在嵌入式系统中，其工作环境往往有电磁干扰源存在，很容易使ＭＣＵ的运行或数据测量受到干扰。提高电磁抗干扰能力主要通过正确选用元件、合理接地、增加去耦电容、屏蔽和优化电路等方法来实现。在选用元件时，尽量选择可靠性高的元件；对容易产生电磁辐射的器件应做好接地和屏蔽工作：在设计电路板时，也要合理地布局、布线，尽量使那些易受干扰的器件远离干扰源。
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第五章调试与体会
④软件设计要有规范
为了便于程序的阅读、维护和有效复用，程序的规范很重要。[www.61k.com)合理的注释有助于阅读和理解程序；程序设计中要尽量使用函数或子程序，这不仅使程序结构清晰，也便于日后的维护；尽量将各个功能分割成不同的子模块，便于代码的重复利用，在调试时出现问题后，也便于寻找和分析问题所在。另外，软件编制过程中要编写相应的设计文档，对软件修改过程进行记录，理清设计的整体思路。
⑤调试要有计划有步骤
对硬件电路的调试，要从元器件焊接开始，按照一定的计划和步骤去做，循序渐进，分步焊接和测试，不能一次将所有元器件都焊接好再去调试，这样可以及时发现问题，有效地分析和解决问题，才能高效、正确地将电路调试好，达到和完成设计目标。
５．４本章小结
本章总结了ＣＴＩＳ控制器软硬件调试步骤和方法，这些步骤和方法对其它嵌入式系统的开发也有一定的借鉴和参考价值。针对软硬件调试过程中出现的４个主要问题，给出了问题的分析过程和解决的措施。最后交流了项目实现过程中的一些体会。
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第六章总结与展望基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
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第六章总结与展望
６．１总结
本文基于Ｍｏｄｂｕｓ协议采用双ＭＣＵ结构设计实现了一个高性能ＣＴＩＳ控制器，解决了采用单ＭＣＵ集中控制时数字信号传输距离较长易受外界电磁干扰而严重影响系统稳定性的问题，解决了双ＭＣＵ结构系统中ＭＣＵ之间数据通信的可靠性和数据内容快速准确解析的技术难点。［www.61k.com）基于Ｍｏｄｂｕｓ协议通信的双ＭＣＵ结构ＣＴＩＳ控制器具有可靠性高、实时性好的优点。
本文的创新点如下：
①提出用双ＭＣＵ结构实现高性能ＣＴＩＳ控制器的新架构，提高了系统的可靠性和实时性。
②结合控制器的实际需求对Ｍｏｄｂｕｓ协议的功能码进行了裁减，用简化的功能代码集实现了系统内两个ＭＣＵ间的可靠通信，降低了通信处理程序的复杂性。
③与通常将Ｍｏｄｂｕｓ协议用于不同工业控制器之间构成工业现场总线控制系统的应用不同，本文将Ｍｏｄｂｕｓ协议用于一个控制器内，为两个ＭＣＵ的可靠通信提供保障，为Ｍｏｄｂｕｓ协议开拓了一个新的应用领域。
本文的主要工作总结如下：
①根据ＣＴＩＳ控制器系统的功能需求和技术指标，设计了系统总体方案。采用双ＭＣＵ结构，用Ｍｏｄｂｕｓ协议保证可靠通信。将控制器分为人机交互子系统、测控子系统、输入输出接口三个组成部分。对ＭＣＵ及外围器件进行选型，选定了软硬件开发环境。
②在选定了ＭＣＵ及外围器件的基础上，完成了系统硬件设计和调试。给出了硬件各组成部分电路模块的详细设计。
③针对ＣＴＩＳ控制器数据传输的特点，本文在深入分析Ｍｏｄｂｕｓ通信协议在基础上，对Ｍｏｄｂｕｓ协议定义的功能代码进行了裁减，构建了既适合本项目ＣＴＩＳ控制器需求又具有一定通用性的简化Ｍｏｄｂｕｓ功能代码集，给出了各功能消息帧格式和寄存
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现第六章总结与展望器地址的详细定义，实现了两个ＭＣＵ之间实时、可靠通信。（www.61k.com)并给出了Ｍｏｄｂｕｓ协议通信的测试方法和测试实例。
④在详细分析１２Ｃ总线协议的基础上，给出了经ＭＣＵ的Ｉ／Ｏ口用软件模拟１２Ｃ总线时序的编程方法，实现了ＭＣＵ对串行ＥＥＰＲＯＭ存储器ＡＴ２４Ｃ１６的读写，节省了Ｉ／Ｏ１：３线，可靠保存了系统运行参数。为没有１２Ｃ总线的ＭＣＵ用Ｉ／Ｏ口线实现１２Ｃ总线操作提供了一定的参考。
。⑤完成了系统软件的设计和调试。给出了软件各程序模块实现的流程图。
⑥最后，对系统实现过程中软硬件调试的步骤和方法进行了总结，给出了软硬件调试过程中出现的几个主要问题、原因分析、解决措施以及一些体会。
一个好的开端是成功的一半。做一个项目时，在硬件电路设计和软件设计之前首先要有计划，在设计过程中要遵循一定的方法和原则，善于学习别人的经验，总结自己的经验教训，最终才能取得好的结果。
ＣＴＩＳ控制器在设计完成之后，经过一段时间的测试、改进，其功能和指标均达到了设计要求，实现了高性能、易操作的目标。目前该系统已经应用在苏州捷美电子有限公司三种型号的ＣＴＩＳ产品中（产品实物照片参见附录Ｄ），经测试和实际运行表明、，本文的控制器性能稳定、可靠，在工业控制领域有着较好的应用前景。
６．２展望
本项目控制器在目前已经实现的功能基础上还可以有进一步改进和提高的地方。比如测控微控制器ＬＰＣ２３６８的以太网和ＣＡＮ总线接口还没有充分利用起来，后续可以增加基于以太网或ＣＡＮ总线通信的程序模块，使得控制器具有联网功能，可以构建分布式或远程测控系统，以开拓更广的应用领域。
另外，还可以对ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议进行分析和研究，在ＣＴＩＳ控制器上开发基于ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议通信的程序模块，用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ协议构建分布式或远程测控系统。
另外，在目前的系统中，用Ｍｏｄｂｕｓ协议的ＲＴＵ模式进行通信时，需要使用ＣＲＣｌ６循环冗余校验码进行校验。在本文Ｍｏｄｂｕｓ协议实现部分，给出了计算ＣＲＣ码的方法和步骤，在软件中也编制了相应的函数。这种用软件计算的方法虽然节省程序存储器空间，但需要一定的计算时间；如果要进一步提高程序运行速度，可以采用查表的６ｌ
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第六必结与展望～——～——基王Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现方法，但需要占用比较多的程序存储器空间。（www.61k.com]
远程控制和联网控制将是嵌入式控制的一个发展方向，本项目设计的控制器在设计时就考虑ＮＴ今后的发展，预留了远程控制和联网控制的硬件接口，具有一定的可扩展性，可以适应技术发展的需求。
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现参考文献
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附录ＡＭＣＵ内部功能模块框图Ａ．１ＬＰＣ２３６８内部功能模块框图
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基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现附录ＡＡ。（www.61k.com）２ＡＴ８９Ｃ５５内部功能模块框图
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恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
附录Ｂ基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
附录Ｂ系统字符和汉字编码
Ｂ．１８×８点阵字符及编码
８Ｘ８点阵字符共１２个，括号前面的数字是字符编码，括号内是对应字符：
Ｏ（０）、１０）、２（２）、３（３）、４（４）、５（５）、６（６）、７（７）、８（８）、９（９）、１０（：）、１１（一）、１２（．）。［www.61k.com］Ｂ．２１６×８点阵字符及编码
１６Ｘ８点阵字符共２８个，括号前面的数字是字符编码，括号内是对应字符：
Ｏ（０）、１（１）、２（２）、３（３）、４（４）、５（５）、６（６）、７（７）、８（８）、９（９）、１０（．）、１１（：）、１２（／）、１３（％）、１４（？）、１５（Ａ）、１６（Ｂ）、１７（ｃ）、１８（Ｄ）、１９∞、２０（ｉ）、２１（ｍ）、２２ｉｎ）、２３∽、２４（ｒ）、２５（１）、２６（ｆ）、２７（空格）、２８㈠。
Ｂ．３１６ｘ１６点阵汉字及编码
１６Ｘ１６点阵汉字共５３个，括号内是对应汉字的编码：
感（ｇａｎ）、谢（ｘａｅ）、您（ｎｉｎ）、使（ｓｈｉ）、用（ｙｏｎｇ）、精（ｊｉｎｇ）、骐（ｑｉ）、公（ｇｏｎｇ）、Ｎ（ｓｉ）～产（ｅｈａｎ）、品①ｉｎ）、温（ｗｅｎ）、湿（ｓｈｉｄ）、度（ｄｕ）、转（ｚｈｕａｎ）、速（ｓｕ）、定（ａｉｎｇ）、余（ｙｕ）、时（ｓｈｉｊ）、Ｎ（ｊｉａｎ）、待（ｄ神、机（ｊｉ）、运（ｙｕｎ）、行（Ｘｉｌｌｇ）、暂（ｚａｎ）、停（ｒｉｎｇ）、故（ｇｕ）、障（ｚｌａａｎｇ）、设（ｓｈｅ）、置（ｚｈｉ）、除（ｔｈｕｓ）、霜（ｓｈｕａｎｇ）、复（柚、电（ａｌｌａｎ）、打Ｏａ）、印（ｙ岫、数（ｓｈｕ）、据（ｊｕ）、导（ｄａｏ）、出（Ｃｈｕ）、隔（ｇｅ）、断（ｄｕａｎ）、恢０ａｕｉ）、的（ｄｅ）、状（ｚｈｕａｎｇ）、态（ｔａｉ）、吗（ｍａ）、等（ｄｅｎｇ）、完（ｗａｎ）、毕Ｃｏｉ）、是（ｓｈｉ０、否（ｆｏｕ）、＂Ｃ（ｅｓｄ）。
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现附录Ｃ
附录Ｃ系统函数及功能
Ｃ．１人机交互部分函数及功能
函数名功能
Ｓｅｒｉａｌｌｎｉｔ０串行口初始化。（www.61k.com)ＳｃａｎＫｅｙ０键盘扫描，具有单次按键和连续按键识别。Ｌｃｄｌｎｉｔ０ＬＣＤ显示屏初始化。ＬｃｄＣｌｅａｒ０清除显示屏幕。ＬｃｄＣｏｍｍａｎｄＷＬ（ｃｍｄｗｌ）左半屏幕命令写入。ＬｃｄＣｏｍｍａｎｄＷＲ（ｃｍｄｗｒ）右半屏幕命令写入。ＬｃｄＤａｔａＷＬ（ｄａｔｗｌ）左半屏幕数据写入。ＬｃｄＤａｔａＷＲ（ｄａｔｗｒ）右半屏幕数据写入。ＬｃｄＰａｇｅＬ（ｐａｇｅｌ）置左半屏幕显示的页号。ＬｅｄＰａｇｅＲ（ｐａｇｃｒ）置右半屏幕显示的页号。ＬｃｄＲｏｗＬ（ｒｏｗｌ）置左半屏幕显示的行号。ＬｃｄＲｏｗＬ（ｒｏｗｌ）置右半屏幕显示的行号。ＬｃｄＣｏＩＬ（ｃｏＵ）置左半屏幕显示的列号。ＬｃｄＣｏｌＲ（ｃｏｌｒ）置右半屏幕显示的列号。ＤｉｓｐＨｚｌ６（ｚｙ，ｐａｇｃ，ｃｏｌ，＊ｈｚ）在屏幕指定位置显示一个１６×１６点阵汉字。ＤｉｓｐＣｈｒ（ｚｙ，ｐａｇｅ，ｃｏｌ，ｎｕｎｌ）在屏幕指定位置显示一个１６Ｘ８点阵字符。ＤｉｓｐＣｈｒ８（ｚｙ，ｐａｇｅ，ｃｏｌ，ｓｕｍ）在屏幕指定位置显示一个８×８点阵字符。ＳｃｒｅｅｎＳｔａｒｔ０系统开机屏幕。ＳｃｒｅｅｎＲｕｎ０系统运行屏幕。ＳｅｔＭｅｎｕ０参数设置菜单。ＤｏＭｅｎｕ０菜单操作处理。Ｒｕｎ０启动系统运行。Ｐａｕｓｅ０暂停系统运行。ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＷＤ０温度设置显示与处理。ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＺＳ０电机转速设置显示与处理。
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
附录Ｃ基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
（续表）
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＤＳＯ
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＳＤＯ
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＣＳＯ
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＤＤＯ
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＳＪ０
ＳｅｒｅｅｎＳｅｔＤＹ０
ＳｃｒｅｅｎＳｅｔＤＣ０
ＲｅａｄＲｕｎＯ
ｔｉｍｅｒ００ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ１ｕｓｉｎｇ１定时时间设置显示与处理。（www.61k.com]湿度设置显示与处理。除霜设置显示与处理。掉电处理设置。实时时钟调整程序。打印设置程序。系统运行与测量数据导出程序。向测控ＭＣＵ读实时测量数据。Ｔ０定时中断服务程序。
Ｃ．２测控部分函数及功能
函数名
ｃｏｒｍｇ＿］ｏｏ
ＲＴＣＩｎｉｔＯ
ＡＤＣＩｎｉｔ（ＡＤＣＣｌｋ）
ＵＡＲＴＩｎｉｔ（Ｂａｕｄｒａｔｅ）
ｉｎｉｔ＿ｔｉｍｅｒＯ（ｔｉｍｅｒＩｎｔｅｒｖａｌ）
ｉｎｉｔ功能Ｉ／ＯＤ初始化。实时时钟初始化。ＡＤＣ初始化．串行口初始化。定时器０初始化。定时器ｌ初始化。
Ｆｌａｓｈ存储器初始化。ｔｉｍｅｒＩ（ｔｉｍｅｒＩｎｔｅｒｖａｌ）Ｆｌａｓｈ＿Ｉｎｉｔｏ
Ｇｐｉｏ＿Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ＿＿Ｉｎｉｔ０
ＦｌＯ＿Ｓｅｔ（ｐｏｒｔ，ｐｉｎ）
ＦＩＯ＿Ｃｌｒ（ｐｏｒｔ，ｐｉｎ）
ｅｎａｂｌｅ＿ｔｉｍｅｒ（ｔｉｍｅｒ＿ｎｕｍ）
ｄｉｓａｂｌｅ＿ｔｉｍｅｒ（ｔｉｍｅｒ＿ｎｕｍ）
ｒｅｓｅｔ＿ｔｉｍｅｒ（ｔｉｍｅｒｎｕｍ）
ＡＤＣＤｏｎｅ（ｅｈａｎｎｅｌＮｕｍ）
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ＤＡＣ（ｖａｌ）通用Ｉ／０口中断初始化。Ｉ／０１１１置位。Ｊ／ｏ口清零。启动定时器运行。禁止定时器运行。定时器复位。～ＩＤ测量处理程序。ＤＡＣ控制程序，控制电机转速。
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现附录Ｃ
（续表）
ＵＡＲＴＳｃｎｄ（＋ＢｕｆｆｅｒＰｔｒ，Ｌｅｎｇｔｈ）
ＵＡＲＴＩ串行口数据发送程序。[www.61k.com]Ｈａｎｄｌｅｒ０＿＿ｉｒｑ串行口中断服务程序。
实时时钟时间修改程序。ＲＴＣＳｅｔＴｉｍｅ（?ｄａｔａ）
ＲＴＣＧｃｔＴｉｍｅ（?ｄａｔａ）读取实时时钟时间．
实时时钟中断服务程序。
用Ｍｏｄｂｕｓ协议从ＲＳ４８５接口收到数据的处理程序。用Ｍｏｄｂｕｓ协议从Ｒ￥４８５接口发送数据。
Ｍｏｄｂｕｓ协议ＣＲＣ１６校验码产生程序。
Ｍｏｄｂｕｓ协议ＣＲＣｌ６校验程序。
一ＲＴＣ＿ｉｒｑ吐ｉｒｑＰｒｏｃｅｓｓ－ｌ乇￥４８５０Ｓｅｎｄ（１ｅｎｇｔｈ）Ｂｕｉｌｄ＿Ｃｒｅ（幸ｄａｔａ，ｌｅｎｇｔｈ）ＣｒｃＣｈｅｃｋ（?ｄａｔａ，ｌｅｎｇｔｈ）
ＧｅｔＷｄＯ
ＡｖｅｒａｇｅＷＤＯ
Ａｖｅｒａｇｅ＿Ｅｎｖｉ＿ＷＤ０
ＡｄｊｕｓｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ０
Ｒｕｎ＿Ｍｏｔｏｒ０
Ｓｔｏｐ＿ＭｏｔｏｒＯ
ＳｅｌＳｅｃｔｏｒ（ｓｃｃｌ，ｓｅｅ２）
ＥｒａｓｅＳｅｃｔｏｒ（ｓｅｃＩ，ｓｅｃ２）
ＲａｍＴｏＦｌａｓｈ（ｄｓｔ，ｓｒｃ，ｎｏ）
Ｃｏｍｐａｒｅ＿Ｄａｍ（ｄｓｔ，ｓｒｃ，ｎｏ）
ＷｒｉｔｅＰａｒａＴｏＦｌａｓｈ（?ｄａｔａ）采集温度值。计算平均温度。采集并计算环境温度的平均值。温度调节控制程序。启动电机运行。停止电机运行。选择Ｆｌａｓｈ存储器的扇区。擦除Ｆｌａｓｈ存储器的扇区。将内存中的数据写入Ｆｌａｓｈ存储器。比较内存与Ｆｌａｓｈ存储器中的数据。将系统设置参数写入Ｆｌａｓｈ存储器保存。７ｌ
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
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附录Ｄ恒温振荡培养箱实物照片
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恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现攻读学位期间公开发表的论文及科研成果
攻读学位期间公开发表的论文及科研成果
【１】陆晓峰．Ｍｏｄｂｕｓ协议以及在恒温振荡培养箱中的应用．军民两用技术与产品．
２００８，１０．
【２］陆晓峰，王宜怀，刘晓升．一种ＦＬＡＳＨ存储器擦写方法．发明专利，已受理，受理号：２００８１０２４３１４２．５．
恒温振荡培养箱 基于Modbus协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
致谢基于Ｍｏｄｂｕｓ协议的恒温振荡培养箱控制器设计与实现
致谢
衷心感谢我的导师王宜怀教授，由于王老师的悉心指导和严格要求，使我的论文能够胜利完成。（www.61k.com)在此过程中，王老师渊博的知识、严谨的治学态度和忘我的工作精神，使我学会了做研究、做事和做人的态度和方法，这些将使我终身受益。
同时，还要感谢朱巧明老师和陈小平老师以及帮助过我的所有的人，他们在我完成项目和论文的过程中给了我很多的帮助。
其次，要感谢苏州大学Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ嵌入式实验室为我提供了很好的开发和调试环境。
最后，感谢我的家人，感谢单位的有关领导和同事，感谢他们对我的关心、支持和鼓励。７４
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三 : 恒温振荡培养箱：恒温振荡培养箱-性能介绍，恒温振荡培养箱-使用说明
恒温振荡培养箱采用微处理器控制，具有监测、控制温度和保护等功能。箱内照明灯可观察箱内培养物。不锈钢内胆。
恒温振荡培养箱_恒温振荡培养箱 -性能介绍
恒温振荡培养箱适用于细菌、霉菌、微生物、组织细胞与培育与保存，植物栽培，育种试验，酶学，酶工程研究，生物制品，药品、疫苗、血液和各种标本的保存与试验。是遗传工程，医学、农业、林业、环境科学、畜牧、水产等生产和科研部门理想的试验设备。
恒温振荡培养箱采用微处理器控制，具有监测、控制温度和保护等功能。箱内照明灯可观察箱内培养物。不锈钢内胆。
恒温振荡培养箱_恒温振荡培养箱 -使用说明
1使用条件：
A、环境温度：10-30℃；
B、无强烈光照、无强烈腐蚀性气体、通风良好、相对湿度85%以下；
C、使用电源： 200V±10%，50HZ。容量不小于1KW，备有地线的电源插座；
2使用方法：
A、接通电源：将三芯插头插入电源插座，把面板上电源开关置“开”的位置，此时仪表出现数字显示，表示设备进入工作状态。
B、按温度设定方法设定好实验温度（温度控制说明书另附），待温度恒定之后就可以开始工作。
C、智能式和特种要求另付使用说明书。
D、需要摇床工作时，打开摇床电源开关，调节转速旋钮至所需转速就可以。
E、详细设置请参阅仪表说明书。
恒温振荡培养箱恒温振荡培养箱_恒温振荡培养箱 -主要技术参数
型 号：BS-1E
控温范围：5-50℃
分辨率：±0.1℃
控温波动度：数显型≤±1.5℃ 智能型≤±1℃
温度均匀性：±1℃
电 源：220V±10%、50HZ
功 率：加热器：300W、压缩机：180W 振荡器：60W
恒温振荡培养箱振 幅：20 mm恒温振荡培养箱_恒温振荡培养箱 -结构特点
1、本设备外箱是冷轧钢板、表面采用静电喷塑工艺、内胆为不锈钢、保温层由聚氨脂发泡形成，透光窗采用双层玻璃以确保箱内的保温性能（低温培养箱和BOD等要求不透光的培养箱无玻璃窗），箱体内部有冷、热气流风道使箱内气体循环流畅、温度更加均匀。
2、设备的控温系统，智能型应用先进的电子电路，实现模拟控制。采用自调整PID系统，加热执行系统采用“过零”无触点开关电路技术，因而实现了脉冲调宽方式加热，使其温度控制波动范围小于等于1℃。
恒温振荡培养箱_恒温振荡培养箱 -注意事项
a）本设备落地后，如地面不平应以垫平。
b）设备的搬动要平行移动，任何一方向倾斜角应小于45度。
c） 本设备在正常运行时，箱内载物摆放应不影响空气流通，以保证箱内温度均匀。
d）箱壁内胆和设备表面要经常擦拭，以保持清洁。
e）设备长期不用，应拨掉电源线，以防止设备带电伤人。并应定期（一般一季度）按使用条件运行2-3天，以驱除电气部件的潮气，避免损坏有关器件。
f） 其产品 如发生故障，应由专业人员维修解决。
恒温振荡器具有的功能及应用领域
恒温振荡摇床主要是用于对温度、震荡频率有较高要求的细菌，发酵，杂交和生物化学反应以及细胞组织研究等。
恒温振荡器主要具有以下几种功能：
1）具有最先进的变频功能（省电，耐用性强，噪音小）
2）液晶显示系统（美观），占地面积小，载瓶量大。
3）转速均匀，不会过冲，使之平稳加速，在瞬间开停不会甩开瓶子，保证实验的安全。
4）可根据北京时间设定所要的时间，具有加热，超温保护功能。
5）转速可调，并且可升级C02、湿度、RS485等功能，实现一机多用。
6）可以选配多种弹夹，常用万能弹簧夹，固定夹具等等。
恒温摇床（恒温振荡培养箱）是植物、生物、微生物、遗传、病毒、环保、医学等科研，教育和生产部门作精密培养制备不可缺少的实验室设备，适用于医学、生物学、分子学、各大中院校、油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固态化合物的振荡培养。
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