【應用筆記】【AN005】Qt開發環境下基於RS485的4-20mA電流採集

XiaomaGee發表於2017-02-20

筆記QT開發環境

簡介

4-20mA電流環具有廣泛的應用前景，在許多行業中都發揮著重要作用。本文主要介紹在Qt開發環境下基於RS485實現4-20mA電流採集，實現WINDOWS平臺對資料的採集、分析及顯示。

系統組成及工作原理

系統組成主要包括PT100鉑電阻、SBWZ溫度變送器、4-20mA電流採集模組（GM4008）以及上位機軟體組成，如圖1所示。

PT100鉑電阻溫度感測器：利用鉑金屬阻值隨溫度的變化而變化的特性製成的一種溫度感測器，主要用來測量溫度的變化量。

SBWZ溫度變送器：一種現場安裝式溫度變送單元，主要將鉑電阻的訊號變換成線性的4-20mA的輸出訊號。

4-20mA電流採集模組（GM1008）：RS485介面的GM1008電流採集模組，主要實現資料的採集與傳輸，並通過RS485介面與上位機進行通訊。

USB轉485模組（EVC8001）：實現GM1008的RS485介面與上位機的USB介面成功連線。

上位機Qt：製作上位機介面，實現被測資料的採集、分析和顯示。

系統工作過程中，當溫度發生變化時，PT100鉑電阻溫度感測器的電阻值發生變化，其阻值經過SBWZ溫度變送器轉換為電流訊號，並通過4-20mA電流採集模組（GM1008）及USB轉RS485模組（EVC8001）與上位機通訊，從而實現溫度的採集、分析及顯示。

電流採集模組

系統採用RS485介面的8通道4-20mA電流採集模組（GM1008），不僅能更加快速、精確的把測量資料傳送給上位機，保證系統的效率，而且可以使系統的資訊傳輸下回穩定。

GM1008簡介

GM1008 8通道4-20mA電流採集模組（以下簡稱模組）採用全電器隔離方案，配合高效能微處理器及8通道12位ADC在較小的體積下完成了電流測量功能。

模組內建高效能電源變換電路，供電電壓範圍寬至7.5V-36V，且效率高達90%以上。此特性為長時間使用的電源穩定性提供保障。模組內建1500V雙隔離電源模組，使得供電輸入、模擬測量精度、模組穩定性及通用性提供保證。

模組內建基於耦合隔離的高品質RS485電路，長期使用穩定可靠，抗干擾強、不掉線。

模組內建32位的高效能ARM微處理器，它不但完成8通道、12位電流採集，而且支援韌體升級功能，為後期功能升級和bug修復提供技術保證。

Qt上位機程式設計

Qt開發環境介紹

Qt是一個跨平臺C++圖形使用者介面應用程式開發框架。它既可開發GUI程式，也可用於開發非GUI程式，提供給應用程式開發者建立藝術級的圖形使用者介面所需的所有功能。它是物件導向的框架，使用特殊的程式碼生成擴充套件以及一些巨集，易於擴充套件，允許元件程式設計。

軟體使用方法

圖2 軟體介面

軟體介面如圖2所示，操作方法如下：

1、在Port裡設定埠（商品號由查詢裝置管理器獲得）；

2、在Baudrate裡面設定波特率，一般固定為9600；

3、在Parity裡面設定奇偶校驗，一般固定為None（無校驗）；

4、在 Stop Bits裡面設定停止位，一般固定為1（一個停止位）；

5、在Address裡面設定從機地址，固定為1；

6、點選Open按鍵，自動連線RS485，此按鍵變為Close；

7、點選Start按鍵，開始採集電流；

8、點選Stop按鍵，停止採集；

9、點選Close按鍵，則斷開RS485，清除資料。

軟體的核心程式碼

核心程式碼主要是資料的接收與顯示，附錄1所示。

其中，從87行到91行是通道分配的程式碼，分配置8個通道；105到112行是資料轉換與顯示程式碼。

測量採集演示及說明

配備工具或軟體

1. 12V直流電源；
2. PT100鉑電阻溫度感測器；
3. SBWZ溫度變送器；
4. RS485介面8通道4-20mA電流採集模組（GM1008）
5.　　 USB轉RS485模組（EVC8001）
6. Aligent 34401A臺式六位半數字萬用表；
7. 應用平臺：Qt5.2.1（使用者自行下載）；
8. 電腦作業系統：Windows8.1 x32。

系統連線方法

本次實驗主要採集兩個通道的電流資料，為了保持圖片連線清楚整潔，只接入1個SBWZ，另一個連線方式相同。系統主要硬體連線如圖3所示。

圖3 系統主要硬體連線圖

1、電源（12V）導線1：正極連線溫度變送器正接線柱，負極連線GM1008的接地埠（GND）；

2、導線2：連線GM1008的接地埠與GM1008的供電處（POWER）的一個埠；

3、導線3：連線溫度變送器與GM1008供電處（POWER）的另一個埠；

4、導線4：連線通道與溫度變送器負接線柱；

5、導線5：連線EVC8001與GM1008的RS485模組的B-埠；

6、導線6：連線EVC8001與GM1008的RS485模組的A+埠；

7、方口USB線：連線EVC8001與電腦。

測試步驟

1. 根據系統主要硬體連線圖（圖3）連線各元件；
2. 接入兩個溫度變送器，GM1008配置兩個通道，將CH1設定為開水資料採集通道，CH0設定為打火機火焰資料採集通道；
3. 然後在程式介面設定好埠以及相關引數；
4. 將兩個PT100鉑電阻分別放入開水與打火機火焰中（具體操作為點選介面的Open按鈕，連線以後點Start按鈕，系統會自動採集資料，操作簡單方便）。

測試結果

實驗採集資料介面如圖4所示，為了驗證測試結果的準確性以及得到準確的溫度，對其進行了實驗測試。

圖4 實驗採集資料圖

（1）精度驗證

為了驗證所測電流值的準確性，把Aligent 34401A 臺式六位半數字萬用表串聯到SBWZ溫度變送器後端的電路中，將萬用表的電流讀數與上位機顯示的電流值進行對比。實驗結果如表1所示，經過多次實驗，兩組資料結果基本相同。

（2）實驗驗證

由SBWZ溫度變送器以及PT100鉑電阻的量程之間的關係，得出實際測得電流與溫度之間符合關係式：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　y=25*x-100

根據測得的電流值，計算得到所測水溫約為93℃，火焰約為394℃（由於火焰溫度高於PT100的最大測量值，所以到19mA以後停止實驗，以免損壞裝置），測試結果與實際相符。

總結

本應用系統的測試成功，充分證明了在Qt開發環境下基於RS485的4-20mA電流採集是可行的，上位機軟體製作的介面使得測量的操作簡單，資料清晰，便於使用者對工業自動化系統的資料進行實時監控，滿足行業對資料的需求。

參考資料

《Qt Creator快速入門》
《C程式設計語言》