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【外设移植】Ai-WB2+Modbus 485 RTU 远程控制

安信可科技

2024-12-23

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1.什么是Modbus, RS485？

1.1RS485 VS RS232

1.2RS485，RS232两种协议之间的主要区别

1.3Modbus的内容是什么?

1.4帧结构

1.5Modbus指令实例1.5.1

1.6 Modbus-RTU协议

2.外设介绍

2.1常用芯片选择

2.2初始化过程

3.移植过程

3.1资料介绍

3.2示例参考程序代码

演示视频

什么是Modbus, RS485 ？

Modbus就是一种用在工业上的简单协议!顾名思义，它是一个Bus，即总线协议。比如串口协议、IIC协议、SPI都是通信协议。

RS485是一种通用的通信标准，广泛用于数据采集和控制应用中。它的主要优点之一是它允许将多个 RS485设备放在同一条总线上，这使得多个节点可以相互连接。

RS-485（目前称为EIA/TIA-485）是通信物理层的标准接口，一种信号传输方式，OSI（开放系统互连）模型的第一级。创建 RS-485是为了扩展RS-232接口的物理功能。

串行EIA-485连接是使用两根或三根电线的电缆完成的：一根数据线、一根带反转数据的电线，通常还有一根零线（接地，0V）。这样，发射器和接收器通过22或24AWG 实心线的双绞线电缆交换数据。

RS485 VS RS232

RS485和RS232串行通信协议已经使用了50多年，并且仍在整个商业和工业中广泛使用。扩展RS232标准的功能是开发RS485协议的动力。下表概述了这两个标准。

协议	RS232	RS485
协议类型	双工	半双工
信号类型	不平衡	均衡
设备数量	1个发射器和1个接收器	多达 32个发射器和43 个接收器
最大数据传输	19.2Kbps 15 米	15 米 10Mbps
最大电缆长度	约 15.25 米，19.2Kbps	大约 1220 米，100 Kbps
输出电流	500mA	250mA
最小输入电压	+/- 3V	0.2V 差分

RS485，RS232两种协议之间的主要区别

发射器和接收器的数量

RS232串行接口设计用于连接两个设备。该协议支持单个发射器和接收器之间的通信。 RS485接口，最多可以将32个串行设备连接到一个变送器。

操作距离

使用RS232协议的设备在发送器和接收器之间的距离限制为15米，同时仍能实现最大数据传输速率。如果可以容忍较慢的数据速率，则可以延长此长度。 RS485协议大大延长了操作距离。它支持1200米长度的最大数据速率，使RS485协议成为物理上相距遥远的设备之间通信的绝佳选择。

数据传输速度

RS232接口的传输速度为1Mb/s，传输距离可达15米。RS485在15米的距离内提供高达10Mb/s的更高速度。当达到1200米的最大长度时，RS485协议以100Kb/s的速度传输数据。

电气噪声问题和接地电位

RS232接口是一种基于电压电平的系统，在接地电位差异最小的情况下性能最佳。表现出高水平电噪声和可变接地电位的环境会影响RS232有效传输数据的能力，并可能导致数据丢失或损坏。

RS485协议采用差分电压系统，使其能够在具有较高电噪声水平的环境中有效运行。差分电压系统的一个副产品是数据传输距离的延长、传输速度的提高以及RS485所见的更低电压的使用。

Modbus的内容是什么?

Modbus-RTU，Modbus-ASCII，Modbus-TCP以上三种协议，一个设备只会有一种协议，如果你的设备使用的是Modbus-RTU，只需查看以下对应部分，一般来说大部分的设备都是Modbus-RTU协议的。

帧结构

地址

占用一个字节，范围0-255，其中有效范围是1-247，其他有特殊用途，比如255是广播地址(广播地址就是应答所有地址，正常的需要两个设备的地址一样才能进行查询和回复)。

功能码

占用一个字节，功能码的意义就是，知道这个指令是干啥的，比如你可以查询从机的数据，也可以修改数据，所以不同功能码对应不同功能。

数据

根据功能码不同，有不同结构，在下面的实例中有说明。

校验

为了保证数据不错误，增加这个，然后再把前面的数据进行计算看数据是否一致，如果一致，就说明这帧数据是正确的，我再回复；如果不一样，说明你这个数据在传输的时候出了问题，数据不对的，所以就抛弃了。

这是一个基于ModbusRTU协议的Ai-WB2modbus库，它支持以下几种modbus协议命令：

*0x01: 读一个或多个线圈寄存器

*0x02: 读一个或多个离散输入寄存器

*0x03: 读一个或多个保持寄存器

*0x04: 读一个或多个输入寄存器

*0x05: 写单个线圈寄存器

*0x06: 写单个保持寄存器

*0x0F: 写多个线圈寄存器

*0x10: 写多个保持寄存器

Modbus指令实例

查询从机地址为01的数据

主机发送:01 03 00 00 00 01 84 0A

从机回复:01 03 02 19 98 B2 7E

发送数据解析

回复数据解析

查询数据基本流程就是：

发送：从机的地址+要干嘛的功能码+要查的寄存器的地址+要查的寄存器地址的个数+校验码

回复：从机的地址+主机发我的功能码+要发送给主机数据的字节数+数据+校验码

修改从机地址为01的数据

主机发送:01 06 00 00 00 01 48 0A

从机回复:01 06 00 00 00 01 48 0A

发送数据解析

回复数据解析

Modbus-RTU协议

只需要看懂功能码0x03、0x06、0x10这三个基本的就已经足够了，分别回想下其数据域部分：

0x03—主机需要发送起始地址+寄存器数量，从机回复总字节数+数据；

0x06—主机发送起始地址+数据内容（因为你只需要修改一个，所以起始地址就是所要修改的地址），从机返回起始地址+数据内容（发现居然一样！）

0x10—主机发送起始地址+寄存器个数+总字节数+数据，从机返回起始地址+寄存器数量

外设介绍

RS485转TTL模块

RS485远程I/O联网模块IODO控制器modbus

3.3V与5.0V电源、信号兼容的RS485自动流向控制模块无需“收—发”控制，使用本模块跟操作串口一样简单，透传模块实现了TTL信号与RS485信号的互转，但大家一定要知道，485是半双工通信，这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行；也就是说，通信信道的每一端都可以是发送端，也可以是接收端，但同一时刻里，信息只能有一个传输方向。

波特率：支持110～128000bps

模块亮点：

（1）供电范围宽：3.3V～5.5V。

（2）3.3V与5.0V信号兼容。

（3）采用原装进口芯片，工业级设计，抗干扰能力强，同时采用更为有效的485防雷设计，可在工业现场及野外恶劣的环境下使用，工作温度为—40℃至+85℃，传输距离可达千米（用的850米的2*1.5的线缆做的测试，建议在800米内使用，超过800米请加中继器）。

（4）采用半孔工艺设计，板厚0.8mm，可轻松作为子母板使用，也可焊接端子使用。

（5）具有RXD、TXD信号指示灯，收发状况尽收眼底。

模块特点：

（1）本模块充分考虑了485总线防雷设计和抗干扰设计，在野外长距离传输时，将模块的“接大地”端接入大地，可以起到很好的抗干扰和防雷的作用，使485总线更安全；室内短距离传输时可以不接入大地。

（2）采用标准的2.54间距设计，方便您的二次开发。

（3）具有120欧匹配电阻，短接RO即可使能匹配电阻，长距离传输时建议短接。

（4）支持多机通讯，允许接在最多128个设备的总线上

（5）本模块可以进行热插拔，不会出现其他485芯片热插拔出现的信号栓死现象。

（6）大面积铺铜，防止信号干扰。

常用芯片选择

SN75176
SN75276
SN75179
SN75180
MAX485
MAX488

MAX490

初始化过程

引入头文件

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<FreeRTOS.h>#include<task.h>#include<blog.h>#include"bl_sys.h"#include<hosal_uart.h>#include"softcrc.h"#include"stdint.h"#include"string.h"

设置初始化参数

波特率：默认串口配置为9600波特率，8位数据位，无校验位，1位停止位。

hosal_uart_dev_tuart_dev_log = {  .config= {    .uart_id= 1,    .tx_pin= 16,  // TXD GPIO    .rx_pin= 7,   // RXD GPIO    .cts_pin= 255,    .rts_pin= 255,    .baud_rate= 115200,    .data_width= HOSAL_DATA_WIDTH_8BIT,    .parity= HOSAL_NO_PARITY,    .stop_bits= HOSAL_STOP_BITS_1,    .mode= HOSAL_UART_MODE_POLL,  },};hosal_uart_init(&uart_dev_log);

配置用到的引脚

默认使用串口引脚：硬件串口

使用板载引脚4个：TX，RX，3.3V，GND（接线方法见模块说明书或下图） RS485引脚：A+连接A+，B-连接B-，数据有干扰的情况下GND接地。

移植过程

资料介绍

地址和命令可以直接以16进制的方式写到数组里，CRC16校验需要计算或查表获得；

参考网上CRC教程，使用本地CRC库文件二次封装完成CRC校验及校验值追加与打印函数（有关更多CRC计算请参考网上教程）；

由于手头方便的仅有modubusRS485远程控制IO模块，仅以此模块完成命令发送控制其输出继电器开关的例程。

电路连线图

Ai-WB2 => 串口TTL=> MAX485 => A，B双绞线=>RS485设备

注：AI-WB2与模块之间连线时，RX连接RX，TX连接TX。请根据模块说明自行调整接线！

示例参考程序代码

RS485发送示例代码如下：

----------------------#include<Ai_WB2_RS485.h>
intcounter = 0;voidsetup() {  RS485.begin(9600);}
voidloop() { RS485.beginTransmission();   RS485.print("hello");   RS485.println(counter);   RS485.endTransmission();

  counter++;

  delay(1000);}-------------------------------

RS485接收并串口打印示例代码如下：

-----------------------------------#include<Ai_WB2_RS485.h>
voidsetup() {  Serial.begin(9600);  while(!Serial);

  RS485.begin(9600);

 //enable reception, can be //disabled with: RS485.noReceive();  RS485.receive();}

voidloop() {  if(RS485.available()) {    Serial.write(RS485.read());  }}--------------------------------