数据采集

1. 概述

全控工控板系列是广州全控科技股份有限公司自主研发生产的工业控制与采集核心板，支持标准MODBUS RTU协议，支持RS485通讯，波特率选用9600(8数据位，1停止位，无校验)。

QK-X4Y3A4O2工控板集成了3路开关量控制继电器输出、4路输入开关量检测、4路电流模拟量采集、2路电流模拟量输出。该设备支持9-26V宽电压供电。输入开关量12-40V，输出开关量控制最大5A电流的继电器输出。电流模拟量采集支持量程4-20mA，电流模拟量输出最大20mA。

Modbus最开始由莫迪康(Modicon)开发，而现如今由Modbus用户组织管理。Modbus是开放的主站/从站应用协议，可应用于多个不同的物理层。Modbus是应用层消息协议，位置在OSI模型中的第7层。

它提供连接在不同类型总线或网络上的设备之间的客户端/服务器通讯。Modbus-RTU (远程终端单元)意味着Modbus协议用于具有RS-232，RS-485或类似物理接口的串行线缆之上。

众多的自动化系统具有Modbus-RTU接口用于通讯。Modbus设备经过Modbus用户组织的互操作性和Modbus技术规格一致性认证。

2. Modbus RTU协议

2.1 ModBus协议简介

当今世界，工业控制已从单机控制走向集中监控、集散控制。在进入网络时代的今天，工业控制器连网也为网络管理提供了方便。ModBus协议就是工业控制器的网络协议中的一种。ModBus协议是Modicon公司于1978年发明的一种用于电子控制器进行控制和通讯的通讯协议。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进行通信。它的开放性、可扩充性和标准化使它成为一个通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以简单可靠地连成工业网络，进行系统的集中监控，从而使它成为最流行的协议之一。

ModBus协议包括ASCII, RTU, PLUS, TCP等，并没有规定物理层。此协议定义了控制器能够认识和使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。标准的ModBus 是使用RS-232C 兼容串行接口， RS-232C规定了连接器针脚、接线、信号电平、波特率、奇偶校验等信息，ModBus的ASCII, RTU协议则在此基础上规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式。ModBus控制器的数据通信采用Master/Slave方式（主/从），即Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求;Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

ModBus可以应用在支持ModBus协议的PLC和PLC之间、PLC和个人计算机之间、计算机和计算机之间、远程PLC和计算机之间以及远程计算机之间（通过Modem连接），可见ModBus的应用是相当广泛的。由于ModBus是一个事实上的工业标准，许多厂家的PLC, HMI、组态软件都支持ModBus，而且ModBus是一个开放标准，其协议内容可以免费获得，一些小型厂商甚至个人都可根据协议标准开发出支持ModBus的产品或软件，从而使其产品联入到ModBus的数据网络中。因此，ModBus有着广泛的应用基础。在实际应用中，可以使用RS232, RS 485 /422 , Modem加电话线、甚至TCP/IP来联网。所以，ModBus的传输介质种类较多，可以根据传输距离来选择。

2.2 ModBus协议的通讯格式

ModBus可分为两种传输模式：ASCII模式和RTU模式。使用何种模式由用户自行选择，包括串口通信参数（波特率、校验方式等）。在配置每个控制器的时候，同一个ModBus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

2.2.1 ASCII模式

当控制器设为在ModBus网络上以ASCII模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

使用ASCII模式，消息以冒号（：）字符（ASCII码3AH）作为起始位，以回车换行符（ASCII码0DH, 0AH）作为结束符。传输过程中，网络上的设备不断侦测“：”字符，当有一个冒号接收到时，每个设备就解码下个位的地址域，来判断是否发给自己的。与地址域一致的设备继续接受其它域，直至接受到回车换行符。除起始位和结束符外，其他域可以使用的传输字符是十六进制的0…9，A…F，当然也要用ASCII码表示字符。当选用ASCII模式时，消息帧使用LRC（纵向冗长检测）进行错误检测。

2.2.2 RTU模式

当控制器设为RTU模式时，消息帧中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。

该模式下消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输过程中，网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，相应的设备就对接下来的传输字符进行解码，一旦有至少3. 5个字符时间的停顿就表示该消息的结束。

在RTU模式中整个消息帧必须作为一连续的流转输，如果在帧完成之前有超过1.5个字符时间的停顿时间，接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新消息在小于3. 5个字符时间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前一消息的延续。如果在传输过程中有以上两种情况发生的话，必然会导致CRC校验产生一个错误消息，反馈给发送方设备。

当控制器设为RTU（远程终端单元）模式通信时，消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种模式与ASCII模式相比在同样的波特率下，可比ASCII模式传送更多的数据。

3. 产品介绍

3.1 产品PCB

产品如图 3.1所示：

QK-X43A4O2 开关量4入3出电流模拟量4入2出(图1)

图 3.1 产品PCB

3.2 电器特性

符号	描述	最小值	最大值	单位
VDD	输入电压	9	24	V
Tmr	温度	-20	85	℃

3.3 引脚描述

引脚名	I/O	描述	DC特性	备注
24V	PI	模块输入电源正极	Vmax=24V Vmin=18V	外部电源必须提供达500mA的电流
0V	PI	模块输入电源负极	Vmax=24V Vmin=18V	外部电源必须提供达500mA的电流
COM	DI	电平输入公共端		X0-X3输入电平公共端
X0	DI	数字量输入1	Vin=12~24V	开关量输入地址10001	外部有输入时值为1
X1	DI	数字量输入2		开关量输入地址10002	外部有输入时值为1
X2	DI	数字量输入3		开关量输入地址10003	外部有输入时值为1
X3	DI	数字量输入4		开关量输入地址10004	外部有输入时值为1
Y0	DO	继电器输出1	IddMax=5A	线圈地址00001	写1继电器闭合
Y1	DO	继电器输出2		线圈地址00002	写1继电器闭合
Y2	DO	继电器输出3		线圈地址00003	写1继电器闭合
AD6	AI	模拟量输入1	Idd=4~20mA	输入寄存器地址30001	实际值=获取值/1000 （例如3997为3.997毫安）
AD7	AI	模拟量输入2		输入寄存器地址30002	实际值=获取值/1000
AD8	AI	模拟量输入3		输入寄存器地址30003	实际值=获取值/1000
AD9	AI	模拟量输入4		输入寄存器地址30004	实际值=获取值/1000
DA0	AO	模拟量输出1	Idd=4~20mA	保持寄存器地址40001	实际值=获取值/1000
DA1	AO	模拟量输出2	Idd=4~20mA	保持寄存器地址40002	实际值=获取值/1000
A1	DI	RS485-1输入		A1端	Modbus RTU接口
B1	DI	RS485-1 输入		B1端	Modbus RTU接口
A2	DI	RS485-2输入		A2端
B2	DI	RS485-2输入		B2端

3.4 工作状态

产品上电后，正常情况下POWER红灯会亮，RUN运行灯会闪。

4. 产品配置

4.1 软件安装与测试（部分截图）

4.1.1 RS485-1参数配置

1. 从机地址(0x50)

2. 波特率(9600)

3. 数据位(字长度8，奇偶校验无，停止位1)

4.1.2 ADC、DAC、MODBUS测试

设置DA0输出4毫安,将DA0通过万用表连到AD6，AD6得出电流3.997毫安。

QK-X43A4O2 开关量4入3出电流模拟量4入2出(图2) QK-X43A4O2 开关量4入3出电流模拟量4入2出(图3)

设置DA0输出16毫安,将DA0通过万用表连到AD6，AD6得出电流16.008毫安。

QK-X43A4O2 开关量4入3出电流模拟量4入2出(图4) QK-X43A4O2 开关量4入3出电流模拟量4入2出(图5)