【应用笔记】【AN004】VB环境下基于RS-485的4-20mA电流采集

版本：第一版作者：周新稳杨帅日期：20160226

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简介

本应用笔记主要说明如何在VB开发环境下基于RS485实现4-20mA电流采集。

系统组成及工作原理

系统组成如图1所示，主要包括 PT100铂电阻温度传感器、SBWZ温度变送器、4-20mA电流采集模块（GM1008）、USB转RS485模块（EVC8001）以及上位机VB 。

图1 系统组成框图

PT100铂电阻温度传感器：利用铂金属阻值随温度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4-20mA的输出信号。

4-20mA电流采集模块（GM1008）：RS485接口的GM1008电流采集模块，主要实现数据的采集与传输，并通过RS485接口与上位机进行通讯。

USB转RS485模块（EVC8001）：实现GM1008的RS485接口与上位机的USB接口成功连接。

上位机VB：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温度变送器转换为电流信号，并通过4-20mA电流采集模块（GM1008）及USB转RS485模块（EVC8001）与上位机通讯，从而实现DI电流的采集、分析及显示。

电流采集模块

系统采用RS485接口的8通道4-20mA电流采集模块（GM1008），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。

GM1008简介

GM1008 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、模拟测量电路及通信接口三者之间相互隔离，此特性为测量精度、模块稳定性及通用性提供保证。

模块内置基于磁耦合隔离技术的高品质RS485电路，长期使用稳定可靠，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。

VB上位机程序设计

VB开发环境介绍

VB全称为Visual Basic，是一种由微软公司开发的包含协助开发环境的时间驱动编程语言，拥有图形用户界面和快速应用程序开发系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或轻松的创建Active控件。鉴于VB的这些性能满足本系统的应用需求，故在此选择VB作为本实验的上位机开发环境。

软件使用方法

软件界面如图2所示。

图2 软件界面

软件的具体操作方法如下：

1. 在Port里设置端口（端口号由查询设备管理器获得）；

2. 在Baudrate里面设置波特率，一般固定为9600；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

3. 在Parity里面设置奇偶校验，一般固定为None（无校验）；

4. 在Stop Bits里面设置停止位，一般固定为One（一个停止位）；

5. 在Address里面设置从机地址，固定为1；

6. 点击Open按键，自动连接RS485，此按键变为Close；

7. 点击Start按键，开始采集电流；

8. 点击Stop按键，停止采集；

9. 点击Close按键，则断开RS485，清除数据。

软件核心代码

核心代码主要有两部分：CRC校验代码（见附录1）和数据处理代码（见附录2）。

1. CRC校验代码：CRC校验是为了保证数据的准确传输，其中CRC校验的方法有多种，本程序采取的是查表法，大大提高了校验速度。

2. 数据处理代码：其中modbus_fun3表示选择modbus的功能代码为3，是读取保持寄存器功能。此部分代码从214行到221行为modbus通信格式的寄存器设置部分，接下来是数据的发送命令和接收命令，以及后面对接收到的数据进行处理以方便以物理量的形式显示。

测量采集演示及说明

配备工具或软件

1. 12V电源

2. PT100铂电阻温度传感器

3. SBWZ系列温度变送器

4. RS485接口8通道4-20mA电流采集模块（GM1008）

5. USB转RS485模块（EVC8001）

6. Aligent 34401A台式六位半数字万用表

7. 应用平台：Visual Studio 2015社区版（自行下载）

8. 电脑操作系统：Windows 8.1 x32

系统连接方式

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

(1) 电源（12V）导线1：正极连接温度变送器正接线柱，负极连接GM1008的接地端口（GND）；

(2) 导线2：连接GM1008的接地端口与GM1008的供电处（POWER）的一个端口；

(3) 导线3：连接温度变送器与GM1008供电处（POWER）的另一个端口；

(4) 导线4：连接通道与温度变送器负接线柱；

(5) 导线5：连接EVC8001与GM1008的RS485模块的B-端口；

(6) 导线6：连接EVC8001与GM1008的RS485模块的A+端口；

(7) 方口USB线：连接EVC8001与电脑。

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，GM1008配置两个通道，将CH0设定为开水数据采集通道，CH1设定为打火机火焰数据采集通道；

3. 然后在程序界面设置好端口以及相关参数（从机地址Address一般固定为1）；

4. 将两个PT100铂电阻分别放入开水与打火机火焰中（具体操作为点击界面的Open按钮，连接以后点Start按钮，系统会自动采集数据，操作简单方便）。

测试结果

实验采集数据界面如图4所示，为了验证测试结果的准确性以及得到准确的温度，对其进行了实验测试。

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性，把Aligent 34401A 台式六位半数字万用表串联到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值进行对比。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。

表1 实验各项数据表

被测对象	GM1008测量值	万用表测量值	SBWZ 对应温度
水（CH0）	7.68mA	7.64mA	92℃
打火机（CH1）	19.67mA	19.65mA	393℃

（2）实验验证

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：

y=25*x-100

测得的电流值对照计算知所测水温约为92℃，火焰约为393℃（由于火焰温度高于PT100的最大测量值，所以到19mA以后停止实验，以免损坏设备），测试结果与实际相符。

故由测试可知：本系统在VB开发环境基于RS485测得的数据是真实可靠的，可应用于实际中。

总结

本应用系统的测试成功，充分证明了在VB开发环境下基于RS485的4-20mA电流采集是可行的，上位机软件制作的界面使测量的操作简单，数据清晰，便于用户对工业自动化系统的数据进行实时的监控，满足行业对数据的需求。

参考资料

1. 《VB语言程序设计》

2. 《C程序设计语言》