漏磁探伤作为非触摸式的无损探伤技能，其具有检测速度快、灵敏度高、无需耦合剂、易于完结自动化等特色，是钢轨探伤技能的要点研讨方向。为处理漏磁探伤研讨中的实验仿真问题，研发了依据嵌入式体系的无损探伤实验仪，经过完结MODBUS协议与变频器通讯，以此驱动沟通电机与机械实验装置，完结运动操控并进行无损探伤实验。
针对无损探伤实验仪中变频器通讯问题，依据MODBUS协议规则，运用RealView MDK开发了依据ARM Cortex-M3微操控器的嵌入式软件，完结了与变频器的MODBUS通讯，完结变频调速的运动操控功用。
1 MODBUS协议
1．1 MODBOS协议简介
MODBUS是Gould Ine注册的通讯协议商标，该协议具有纠错能力强、数据传输量大、实时性好等特色，是工业自动操控范畴运用较广泛的通讯言语，现在已成为我国工业自动化范畴的一种国家规范。
MODBUS协议界说了一个操控器能辨认的音讯结构，它描绘了操控器恳求拜访和应对回应其他设备的进程，以及过错检测和记载的规范，拟定了报文字段和内容的公共格局。MODBUS归于运用层报文传输协议，其通讯结构为一对多的主从查询形式，即主从Master-Slave形式。 MODBUS网络上能够有多个从节点，但有且只能有一个主节点，主节点依照通讯协议对从节点宣布恳求操作，从设备收到主节点的恳求后，做出相应的呼应再向主节点回复应对音讯。
1．2 MODBOS协议组成
MODBUS协议具有两种传输形式：ASCII形式和RTU形式。ASCII形式中数据以ASCH字符码标明，经过冒号、回车字符断定数据帧的开端和完毕，选用IRC数据查验；RTU形式中数据以非紧缩BCD码标明，经过时刻符号完结数据帧开端断定，选用CRC数据校验，具有数据吞吐量高、传输安稳、通讯效率高的长处。
因为变频调速体系的安全功用要求较高，所以挑选通讯效率高、时刻管理严厉的RTU传输形式。在协议帧组成上，MODBUS界说了一个根本的，与通讯层无关数据协议单元PDU(Protocol Data Unit)，并经过在PDU上增加地址、校验等附加域界说了运用数据单元ADU(Application Data Unit)，构成完好的数据帧，MODBUS RTU数据帧组成如表1所示。
在数据帧开端断定上，MODBUS RTU选用了如图1所示的时刻符号办法，即相邻的两帧之间有必要距离至少为总线发送3．5个字符的时刻，该时刻称为T3.5。
在MODBUS数据帧中，功用码是指主节点对从节点的恳求操作类型，常用的MODBUS功用码及其功用如表2所示。
MODBUS RTU选用循环冗余校验码CRC(Cyclic Redundancy Check)是一种被广泛选用的多项式编码，编码简略且误判概率很低，在串行通讯、以太网、MPEG解码等通讯范畴中得到了广泛运用。在通讯进程中，发送方用待发送数据除以一个收发两边约好的生成多项式，将得到余数作为CRC校验多项式，附加在待发送数据尾部作为一个全体发送给接纳方。接纳方将收到的数据相同除以生成多项式，若余数为零刚传输正常，若余数不为零则传输犯错。
2 电路衔接及硬件参数
在无损探伤实验仪中，选用依据ARM Cortex-M3内核的STM32F103ZET6微操控器作为处理中心，而变频器选用了烟台惠丰公司的F2000-G矢量变频酪。STM32F103ZET6经过依据MAX3485的RS485链路与F2000-G相连，依照MODBUS协议与之通讯，完结变频调速的操控功用。RS485接口电路如图2所示，STM32F103ZET6的USART3的Uart3Rx、Uart3Tx衔接到MAX3485的RO、DI以进行RS232的数据收发；STM32F103ZET6的GPI01以I ／O形式与MAX3485的接纳使能端RE、发送使能端DE相连，对RS485半双工总线的通讯方向进行一致操控；而MAX3485的差分信号端A、B则经过插座与F2000-G相连，一起为确保通讯质量，消除总线上的信号反射，需在RS485网络终端的差分总线间串联50 Ω的电阻R1。
在外设初始进程中，首要需求初始化USART3，依照F2000-G要求，选用的通讯参数为：波特率9 600 kb·s-1，8位数据位，2位中止位，无奇偶校验；其次，还需初始化STM32F103ZET6的GPI01为输出形式，以此操控RS485的通讯方向；再次，因为MODBUS RTU选用时刻符号的方法进行协议帧的开端断定，所以运用STM32F103ZET6的定时器TIM2用以断定数据帧的完毕，而MODBUS RTU中T3.5在工程运用一般取4个字符发送时刻，因而设置TIM2的溢出时刻为3 ms；终究，为处理或许的总线推迟等通讯毛病，本文运用了体系定时器SysTick作超时断定，概括考虑到变频器动作时刻、通讯推迟等要素，超时断定的时刻阈值取200 ms。
3 MODBUS协议完结
在变频调速体系中，STM32F103ZET6作为主节点担任变频调速体系的功用操控，而变频器F2000-G作为MODBUS从节点担任呼应主节点的恳求，完结对沟通电机的运动操控。因而本文中变频调速体系为依据MODBUS协议的主节点程序完结，MODBUS协议首要分为3部分：数据帧发送，数据帧接纳和数据帧处理。
3．1 数据帧发送
发送数据时，有必要将恳求操作封装成规范的MODBUS协议帧才干成功进行发送，即MODBUS协议的编码。由前所述，数据协议单元PDU包含功用码和数据码，PDU的封装能够概括为将操作类型和操作参数作为参数封装成PDU。构建PDU之后，在数据帧头部参加从机的地址，再将CR-C16校验值写入数据帧尾部即构成完好的运用数据单元ADU。
MODBUS中运用CRC16作为冗余校验，依照循环冗余查验算法，运用规范16位生成多项式，可对恣意长度的信息字段校验出一个16位的校验码。其程序流程可描绘如下：
(1)初始化一个16位寄存器，一切位进行置1。
(2)该16位寄存器与待校验数据串中第1 Byte的数据进行异或，成果存回该寄存器。
(3)该16位寄存器右移一位。
(4)若该寄存器右移移出位为1，则与校验多项式0A001H异或，不然重复过程3。
(5)重复过程3和过程4直到该Byte的8位数据均处理完毕。
(6)取数据串中下一个数据与该16位数据进行异或成果存回寄存器。
(7)重复过程3～过程6，直到待校验数据串中一切的字节数据均处理完毕。
(8)该16位寄存器中数据即CRC16的终究校验成果，加至数据帧结尾。
因为STM32F103ZET6芯片内USART3无硬件FIFO的特色，所以需求软件上运用行列的数据结构作为发送缓冲和接纳缓冲，以此进行串行口的收发使命。因而，在作业形式上USART3的发送选用查询式发送，一次性将发送缓冲区中的数据顺次循环地发送出去，即行列的出队操作；而其接纳形式为中止式，在USART3每次接纳中止的呼应函数中，软件按时刻先后顺序将数据写入接纳缓冲区内，即行列的入队操作。
3．2 数据帧接纳
在发送完恳求帧后，STM32F103ZET6经过GPIO操作总线的收／发使能端，将RS485总线由发送状况改为监听状况。在监听进程中SMT32F1-03ZET6完结变频器F2000-G应对帧的接纳。
因为MODBUS RTU应对帧断定采取了时刻符号法，因而本程序中运用了TM2作为触发器进行时刻管理。在接纳进程中，USART3每次接纳中止对TM2进行复位操作以防止TIM2的溢出中止；而当总线闲暇了3．5个字符的发送时刻后，TM2因为短少USART3的复位，将发生溢出中止，在中止呼应中完结封闭USART3完毕数据通讯和置应对帧接纳完结标志位的操作。这种时刻符号的程序均在后台中止中完结，主程序只需查询接纳完结标志位即可。
另一方面，因为从节点F2000-G或许存在着超时、无应对等通讯毛病，这就需求主节点STM32F103ZET6进行超时检测。在STM32F103ZE6中，SysTick作为体系定时器，在芯片发动后就以后台方法运转，按ms计时并实时更新体系时刻。因而在MODBUS RTU的超时判别中，主程序能够运用该时钟，循环地查询当时时刻，并和发送完恳求帧的开端时刻比较，若阈值时刻200 ms内依然未收到恳求帧，则以为通讯失利，回来应对超时码。
3．3 数据帧处理
在完结数据帧正确接纳的基础上，STM32F0103ZET6有必要进行应对帧处理，即MODBUS协议帧的解码。体系从接纳缓冲区中读取应对帧。首要提取ADU进行地址码和CRC校验码的断定；其次，再从PDU中提取ADU进行数据长度、功用码、数据码的断定；终究，假如校验失利则回来相应的校验失利码，若校验成功，则持续从ADU／PDU中提取的数据进行处理，完结变频调速的各种功用操作。终究，整个协议完结的软件流程如图3所示。
4 嵌入式变频调速体系
运用MODBUS协议，STM32F103ZET6可依照F2000-G供给的各种功用完结变频调速的功用，例如方针频率设置和变频操控等。常用功用指令的地址及其参数功用如表3所示。
在实践运用中，STM32F103ZET6经过HMI接口完结人机交互，依据用户输入完结对沟通电机的变频调速操作。例如，欲发动电机进行无损探伤实验时，程序对F2000-G的2000H处寄存器写入状况字0001H，发动电机正转运转。通讯记载如下，主节点STM32F103ZET6发动变频器发送：01 06 20 00 00 01 43 CA；假如从节点F2000-G操作正常则应对：01 06 20 00 00 01 43 CA。
当STM32F103ZET6正确读取完应对帧，并经过校验后，即可判别变频器已成功发动沟通电机，机械实验体系开端运转并逐渐加快到方针转速。
5 完毕语
以STM32F103ZET6为中心的嵌入式体系，经过MAX3485与变频器F2000-G组成依据RS485的网络。软件部分介绍了MODBUS协议的特色及其组成，剖析了MODBUS协议的完结原理，并结合嵌入式体系的作业特色完结了该协议的编程。依据MODBUS协议的嵌入式软件经过与F2000-G的通讯完结了对机电实验装置的变频调速操控。实践标明，该体系功用牢靠、通讯安稳，满意了无损探伤实验仪在转速为40～1 400 r·min-1范围内变频调速的操控需求。
