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【应用笔记】【AN003】VC++环境下基于以太网的4-20mA电流采集

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发表于 2015-11-23 21:46:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
简介
4-20mA电流环具有广泛的应用前景,在许多行业中都发挥着重要作用。本文主要介绍了以太网接口的4-20mA电流采集模块在VC++环境下进行温度采集,实现WINDOWS平台对数据的采集、分析及显示。
系统组成及工作原理
系统组成主要包括PT100铂电阻、SBWZ温度变送器、4-20mA电流采集模块(GM4008)以及上位机软件组成,如图1所示。

PT100铂电阻温度传感器:利用铂金属阻值随温度的变化而变化的特性制成的一种温度传感器,主要用来测量温度的变化量。
SBWZ温度变送器:一种现场安装式温度变送单元,主要将铂电阻的信号变换成线性的4-20mA的输出信号。
4-20mA电流采集模块(GM4008):以太网接口的GM4008电流采集模块,主要实现数据的传输,并通过以太网接口与上位机进行通讯。
上位机:制作上位机界面,实现被测数据的采集、分析和显示。
系统工作过程中,当温度发生变化时,PT100铂电阻温度传感器的电阻值发生变化,其阻值经过SBWZ温度变送器转换为
4-20mA的电流信号,并通过4-20mA电流采集模块(GM4008)与上位机通讯,从而实现温度的采集、分析及显示。
电流采集模块
系统采用以太网接口的8通道4-20mA电流采集模块(GM4008),不仅能更加快速、精确的把测量数据传送给上位机,保证系统的效率,而且可以使系统的信息传输更加稳定。
GM4008简介
GM4008 8通道4-20mA电流采集模块(以下简称模块)采用全电器隔离方案,配合高性能微处理器及8通道12位ADC在较小的体积下完成了电流测量功能。
模块内置高性能电源变换电路,供电电压范围宽至7.5V-36V,且效率高达90%以上。此特性为长时间使用的电源稳定性提供保障。模块内置1500V双隔离电源模块,使得供电输入、模拟测量精度、模块稳定性及通用性提供保证。
模块内置百兆以太网电路,可完成远距离4-20mA数据采集功能。长时间使用稳定可靠,抗干扰强、不掉线。
模块内置32位的高性能ARM微处理器,它不但完成8通道、12位电流采集,而且支持固件升级功能,为后期功能升级和bug修复提供技术保证。
VC++上位机程序设计
VC++环境的介绍
该通信测试界面采用Visual Studio2015  (VC++)实现,软件界面如图2所示。Visual Studio2015是微软公司推出的开发软件,具有基本完整的开发工具集,包括了如UML工具、代码管控工具、集成开发环境等工具,可实现基于C++的Modbus串口通信,该界面设计简洁清晰,操作简单。

图2 软件界面
软件使用方法
软件界面如图2所示,操作方法如下:
  • 1.         在IP Address里设置IP;
  • 2.         在Port里面设置端口,一般固定为502端口;
  • 3.         点击connect按键,此时会自动连接以太网,此按键变为disconnect;
  • 4.         点击start按键,开始采集电流;
  • 5.         点击stop按键,停止采集;
  • 6.         点击disconnect按键后,则断开以太网,清除数据。
软件的核心代码
(1)Modbus function3功能读取保持寄存器
Modbus读取数据程序如附件1所示,该段程序由一个Modbus3函数组成,程序先是对的第324至342行,是对寄存器的设置。第346至第358行,是数据的发送与读取方式。第360至362行是数据的类型转换。
(2)显示通道数据
显示通道数据代码如附录2所示,此段程序主要为8个通道数据显示。每个通道都是从寄存器读取数据再显示出来。
测量采集演示及说明
配备工具或软件
  • 1.         12V直流电源;
  • 2.         两个PT100铂电阻温度传感器;
  • 3.         两个SBWZ温度变送器;
  • 4.         一个以太网接口8通道4-20mA电流采   集模块(GM4008);
  • 5.         Aligent 34401A台式六位半数字万用表;
  • 6.         开发环境:Visual Studio 2015(所需软件由用户自行下载);
  • 7.         操作系统:WIN7以上。
系统连接方法
本次实验主要采集两个通道的电流数据,为了保持图片连线清楚整洁,只接入1个SBWZ,另一个连接方式相同。系统主要硬件连接如图3所示。
图3 系统主要硬件连接图
测试步骤
  • 1.         根据系统主要硬件连接图(图3)连接各组件;
  • 2.         接入两个温度变送器,GM4008配置两个通道,将CH0设定为打火机火焰测试数据采集通道,CH1设定为热水数据采集通道;
  • 3.         然后在程序界面设置好IP以及端口;
  • 4.         将两个温度变送器的PT100铂电阻分别放入热水中与打火机火焰中(具体操作为点击界面的connect按钮,连接以后点start按钮,系统会自动连接以太网采集数据,操作简单方便)。
测试结果
实验采集到的数据如图4所示,为了证明测试结果的准确性以及得到准确的温度,进行精度验证与实验验证算两个步骤。

图4 实验采集数据图
(1)精度验证
为了验证所测电流值的准确度,把Aligent 34401A 六位半高精度万用表串联到SBWZ温度变送器后端的电路中,将万用表的电流读数与上位机显示的电流度数进行对比。实验结果如表1所示,经过多次实验,两组数据结果基本相同。

由SBWZ温度变送器以及PT100铂电阻的量程之间的关系,得出实际测得电流与温度之间符合关系式:(2)实验验证
y=25*x-100
对应测量的电流值对照计算知所测水温为大约87℃,火焰大约为389℃(由于火焰温度高于量程,所以到19mA以后停止实验,以免损坏设备)与实际相符。
由测试可知:本系统基于VC++开发环境通过以太网测得的数据是真实可靠的,可应用于实际中。
总结
本文通过Visual studio 2015上位机编程实现了VC++环境下以太网的Modbus通信,可完成工业自动化控制系统中的远程数据采集及监测等功能。该通信系统编程模式简单、易于使用、有较强的实用性。
参考资料
  • 《Effective C++》;
  • 《C++程序设计语言》
相关资源下载
1Visual Studio 2015下载地址:
2、GM4008 简易手册:
3、GM4008 用户手册:
4、GM4008 购买地址:
5、本资料源代码包、PDF 文档下载:
链接: http://pan.baidu.com/s/1sj6Aifj 密码: jw9g


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 楼主| 发表于 2015-11-23 21:55:54 | 显示全部楼层
重点在二楼!

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发表于 2016-3-31 11:35:29 | 显示全部楼层
学习一下    谢谢楼主

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