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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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I~2C总线协议,编程实现了微控制器对I~2C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。
Constant temperature incubator shaker is indispensable experiment equipment for scientific research, such as biology, pharmacy, foodstuff, iatrology, sanitation, environmental protection, agriculture, forestry, etc. It can provide an invariable environment during biology and chemistry experimention. With the development of bioscience, its requirement is increasing rapidly. Currently, most of the same products are used mechanical timing or controlled by 8-bit MCU at home which function is singleness, precision and data management is low. So it is necessary to develop the constant temperature incubator shaker that has high performance, multi-function and strong data management.
     In this paper, a controller of constant temperature incubator shaker is designed and implemented with double MCU architecture based on Modbus protocol. The double MCU architecture consists of a 32-bit MCU LPC2368 and an 8-bit MCU AT89C55. This characteristics are high performance, high reliability, strong data manage ability, better real time and easier operation.
     This thesis describes the design of constant temperature incubator shaker controller. Firstly, it shows the whole framework design of the controller. Secondly, the designs of hardware modules are given. Thirdly, according to the practical uses, it analyses the Modbus protocol and reducse its function code to satisfy system requirement, and realizes the dependable communication between two MCU of controller. It also analyses the I~2C bus protocol, realizes the MCU read or write data to serial EEPROM memory by I~2C bus. The flowcharts of software modules are given. Then, the debug method of system is discussed. Analysing the problems in debug, the resolvents are given. At last, the summarization and expectation of this project are discussed. The results of this research provide a reference for the development of other high performance industrial controller.
     It is proved by manufacturer severe tests and actual run that the constant temperature incubator shaker controller runs consistently dependable, with the better real time performance and the stronger antijamming ability.
引文
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