基于ARM处理器和MODBUS-RTU协议的温控系统设计

发布时间：2017-09-03 13:37

  本文关键词：基于ARM处理器和MODBUS-RTU协议的温控系统设计

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【摘要】：随着现代医学对医疗器械的要求不断提高,温度的测量和控制在医疗器械相关领域中显得尤为重要。肿瘤深部热疗是一种用热能治疗肿瘤的绿色疗法,目前最常用的肿瘤深部热疗机是基于内生场的深部热疗机,水袋紧贴人体皮肤,起到共振和给体表降温作用,在热疗过程中,一旦水袋温度过高,通过病人主观感觉自主报警提醒医生更换冷水袋。为了避免热耐受高的患者皮肤烫伤,而热耐受低的患者因为频繁中断治疗更换水袋影响疗效,设计一种能够对水袋温度进行实时监控并且高精度地控制水温的温控系统有着十分重要的临床意义。目前市场上存在的温控设备主要基于PLC或者单片机进行控制,由于PLC主要针对重复较少或数据量较小的工程,适用范围较窄,并且存在成本较高的缺点;而单片机虽然具有低功耗高效率且廉价的优点,但其抗干扰能力差,故障率较高。为了克服现有设备存在的缺点和适应现代化技术革新以满足临床应用,本文的主要研究工作是设计一种基于ARM架构和MODBUS-RTU通讯协议的温控系统,由于该系统将ARM处理器与MODBUS-RTU通讯协议的优点充分结合,所以较之传统的温控系统,其主要优点是可靠性高,响应速度快,能够实现多路水温同时快速精确控制。本文首先论述了嵌入式操作系统的组成并简要介绍了MODBUS-RTU通讯协议,然后设计了温度控制系统的硬件系统,包括通信模块,JTAG电路,测温模块和继电器控制模块等。在该系统的软件设计部分中主要将MODBUS-RTU通讯协议进行移植,编写主板控制程序,温度数据采集程序等。本文监控模块选用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103VBT6增强型微处理器芯片作为控制器设计硬件电路和监控程序,整个温控系统通过RS232/485总线组成二级通信网络,采用MODBUS协议“主-从”方式通信。监控中心计算机对整个网络中的传感器节点进行监控,通过监控软件实时采集各个终端的温度数据并对各个终端进行温度调节和控制。
【关键词】：ARM MODBUS-RTU 温度控制 热电偶
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 课题研究的背景10-11
• 1.2 课题研究的目的及意义11
• 1.3 课题研究的主要内容11
• 1.4 小节11-13
• 第2章 相关技术简介13-20
• 2.1 ARM处理器简介13-16
• 2.1.1 ARM Cortex-M3简介14
• 2.1.2 STM32F103VBT6特性14-16
• 2.2 MODBUS通信协议简介16-18
• 2.2.1 MODBUS通信协议特点16-17
• 2.2.2 MODBUS-RTU协议特点17-18
• 2.3 热电偶传感器简介18-19
• 2.4 小节19-20
• 第3章 系统总体设计20-24
• 3.1 需求分析20
• 3.2 系统构成方案20-23
• 3.2.1 监控模块设计方案21-22
• 3.2.2 系统网络组建方案22-23
• 3.3 系统功能及性能23
• 3.4 小结23-24
• 第4章 硬件设计24-32
• 4.1 硬件系统的设计原则24
• 4.2 主控板硬件24-28
• 4.2.1 主控板CPU电路25-26
• 4.2.2 RS485总线电路26-27
• 4.2.3 RS232总线电路27-28
• 4.3 Sensor板硬件28-31
• 4.3.1 CPU控制模块电路29-30
• 4.3.2 数据采集电路30-31
• 4.4 小结31-32
• 第5章 软件设计32-42
• 5.1 软件总体设计32-34
• 5.2 初始化程序设计34-36
• 5.2.1 JTAG初始化34-35
• 5.2.2 时钟初始化35
• 5.2.3 串口初始化35-36
• 5.3 MODBUS-RTU通信实现36-39
• 5.3.1 网络通信程序36-38
• 5.3.2 MODBUS-RTU数据帧中的CRC校验码计算38-39
• 5.4 温度采集模块程序设计39-41
• 5.5 小结41-42
• 第6章 系统测试42-44
• 6.1 测试和结果42-43
• 6.2 小结43-44
• 第7章 结论与展望44-46
• 7.1 结论44-45
• 7.2 展望45-46
• 参考文献46-48
• 致谢48

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本文编号：785341