【应用笔记】【AN005】Qt开发环境下基于RS485的4-20mA电流采集

简介

4-20mA电流环具有广泛的应用前景，在许多行业中都发挥着重要作用。本文主要介绍在Qt开发环境下基于RS485实现4-20mA电流采集，实现WINDOWS平台对数据的采集、分析及显示。

系统组成及工作原理

系统组成主要包括PT100铂电阻、SBWZ温度变送器、4-20mA电流采集模块（GM4008）以及上位机软件组成，如图1所示。

PT100铂电阻温度传感器：利用铂金属阻值随温度的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的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485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Qt：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，从而实现温度的采集、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下回稳定。

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、模拟测量精度、模块稳定性及通用性提供保证。

模块内置基于耦合隔离的高品质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。

 

Qt上位机程序设计

Qt开发环境介绍

Qt是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所有功能。它是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展以及一些宏，易于扩展，允许组件编程。

软件使用方法

 

图2 软件界面

软件界面如图2所示，操作方法如下：

1、在Port里设置端口（商品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1（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。

软件的核心代码

核心代码主要是数据的接收与显示，附录1所示。

其中，从87行到91行是通道分配的代码，分配置8个通道；105到112行是数据转换与显示代码。

测量采集演示及说明

配备工具或软件

1. 1.        12V直流电源；
2. 2.         PT100铂电阻温度传感器；
3. 3.         SBWZ温度变送器；
4. 4.         RS485接口8通道4-20mA电流采集模块（GM1008）
5. 5.　　    USB转RS485模块（EVC8001）
6. 6.         Aligent 34401A台式六位半数字万用表；
7. 7.         应用平台：Qt5.2.1（用户自行下载）；
8. 8.         电脑操作系统：Windows8.1 x32。

系统连接方法

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. 1.         根据系统主要硬件连接图（图3）连接各组件；
2. 2.         接入两个温度变送器，GM1008配置两个通道，将CH1设定为开水数据采集通道，CH0设定为               打火机火焰数据采集通道；
3. 3.         然后在程序界面设置好端口以及相关参数；
4. 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。

（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

根据测得的电流值，计算得到所测水温约为93℃，火焰约为394℃（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。

总结

本应用系统的测试成功，充分证明了在Qt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得测量的操作简单，数据清晰，便于用户对工业自动化系统的数据进行实时监控，满足行业对数据的需求。

参考资料

1.         《Qt Creator快速入门》
2.         《C程序设计语言》

相关资源下载

1、Qt下载地址：

http://mirrors.ustc.edu.cn/qtproject/archive/qt/5.2/5.2.1/qt-opensource-windows-x86-mingw48_opengl-5.2.1.exe

2、GM1008 简易手册：

http://files.cnblogs.com/files/xiaomagee/GM1008%E7%AE%80%E6%98%93%E6%89%8B%E5%86%8CV1.0.pdf

3、GM1008 用户手册：

http://files.cnblogs.com/files/xiaomagee/GM1008%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%89%8B%E5%86%8CV1.0.pdf

4、GM1008 购买地址：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3c.w4002251610686.9.zoJaPi&id=522203245449

 5、本资料源代码包、PDF 文档下载：

链接：http://pan.baidu.com/s/1ge2OAbx 密码：739s

附录1：数据的接收与显示代码