【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. 12V直流电源；
2. PT100铂电阻温度传感器；
3. SBWZ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：Qt5.2.1（用户自行下载）；
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. 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. 然后在程序界面设置好端口以及相关参数；
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

《Qt Creator快速入门》
《C程序设计语言》