RS485和Modbus通信协议让工业自动化更高效

　　【传输距离】
　　由于RS485接口使用差分传输，因此它可以支持更长的传输距离。但是在实际应用中，由于传输线的阻抗、串扰、信号质量等因素的影响，传输距离也会受到限制。为了避免信号损耗和失真，我们一般建议在设计RS485接口电路时应该控制传输距离在1.2km以内。
　　【通讯速度】
　　RS485接口的通讯速度可以达到10Mbps，在实际应用中我们一般根据具体情况来选择合适的通讯速率。通讯速度越高，传输效率越高，但同时也会增加接口电路的复杂性和专业性。
　　【防雷保护】
　　由于工业环境复杂，RS485接口往往会面临诸如雷击、静电、浪涌等各种干扰。为了保护RS485接口电路，我们需要采用一些防雷保护措施。例如使用可调节的过压保护器、金属氧化物压敏体等元件来实现雷击保护。
　　【隔离】
　　在某些场合下，要求RS485接口与其他电路隔离。此时我们可以采用光耦隔离器或磁耦隔离器等元件来实现信号隔离。这样可以有效防止潜在的地面环路和噪声影响，提高接口电路的可靠性和稳定性。
　　【RS485通讯协议】
　　实际应用中，RS485接口还需要进行协议规范和数据格式化。常用的RS485通讯协议有Modbus协议、Profibus协议、CANopen协议等。这些协议都有自己的特点和适用范围，我们可以根据实际需求来选择合适的协议。下面主要来介绍Modbus RTU协议，也是我们在项目上基于RS485接口用的最多最为广泛的传输协议。
　　【Modbus RTU简介】
　　Modbus RTU协议是一种广泛应用于工业领域的通信协议，是以Modbus协议为基础的串行通信协议之一。该协议主要用于串口之间的通信，如PLC控制器、传感器、执行器等设备之间的数据传输。本文将介绍Modbus RTU协议中各个寄存器的具体含义，每个功能码的数据收发范例以及其中重要的CRC校验。
　　Modbus RTU协议数据格式
　　Modbus RTU协议使用串行通信进行数据传输。
　　其中：
　　地址字段用于标识通信中的从设备地址，可以是0-247之间的任意数值。
　　功能码（Function Code）指明数据的类型和读写方向，通常是1-127之间的整数。
　　数据段（Data Field）是具体的数据内容。
　　校验码（CRC）用于检查数据包的完整性。
　　Modbus RTU协议功能码
　　Modbus RTU协议中，不同的功能码代表着不同的数据类型和读写方向。以下是Modbus RTU协议中常用的功能码及其含义：
　　01：读取线圈寄存器
　　02：读取离散输入寄存器
　　03：读取保持寄存器
　　04：读取输入寄存器
　　05：写单个线圈寄存器
　　06：写单个保持寄存器
　　15：写多个线圈寄存器
　　16：写多个保持寄存器
　　【Modbus RTU协议地址寄存器】
　　Modbus RTU协议中设备地址和寄存器地址是进行通讯的重要参数，地址寄存器可以分为以下四种类型：
　　【线圈寄存器（Coil Register）】
　　线圈寄存器用于储存布尔类型（0或1）的值，允许对线圈寄存器进行操作的功能码为01、05和15。对于每一个线圈，其状态可以用一个二进制位来表示。
　　例如，若寄存器0x0001位上的线圈被设置为0，则其二进制值为00000000 00000001，而若该线圈被设置为1，则其二进制值变为00000000 00000010。
　　【离散输入寄存器（Discrete Input Register）】
　　离散输入寄存器用于储存二进制输入开关的值，只能进行读操作，对应的功能码为02。离散输入寄存器与线圈寄存器的区别在于，它们表示的是一个开关是否处于打开状态，而不是指开关的当前状态。
　　【保持寄存器（Holding Register）】
　　保持寄存器用于储存32位的整型变量，允许对保持寄存器进行读写操作的功能码为03、04、06和16。保持寄存器中的值可以在设备之间进行数据传递，也可以被用户自定义为相关的控制参数。
　　【输入寄存器（Input Register）】
　　输入寄存器用于储存32位的整型变量，只能进行读操作，对应的功能码为04。与保持寄存器类似，输入寄存器中的值也可以在设备之间进行数据传输，但不能被用户改变。
　　【Modbus RTU协议CRC校验】
　　为了保证Modbus RTU协议通信的可靠性，该协议采用了循环冗余校验（CRC）方法来检查数据包的完整性。CRC校验码是基于收发数据包计算出的，并且在发送端和接收端同时进行验证。
　　以读取保持寄存器（Function Code：03）为例，其收发数据包的CRC校验码的十六进制值分别为0x39 0x3E，具体的收发数据包如下：
　　发送端发送的数据包：01 03 00 00 00 01 C4 0B
　　该数据包中，前6位01 03 00 00 00 01是Modbus RTU协议的通信格式，后面两位C4和0B即为CRC校验码。
　　接收端接收到的数据包：01 03 02 00 01 39 3E
　　该数据包中，前6位01 03 02 00 01 39是接收到的保持寄存器的值（两个字节），后面两位3E和39为计算所得的CRC校验码。
　　Modbus RTU协议收发示例
　　以下是一个简单的Modbus RTU协议收发示例，用于读取设备保持寄存器中的数据：
　　发送端发送的数据包：01 03 00 00 00 02 C5 9A
　　接收端接收到的数据包：01 03 04 00 00 00 66 CB
　　该示例通过功能码03读取从地址为01的设备的保持寄存器，读取寄存器地址为0x0000的两个字节。因此，收到的数据包为0x0000和0x0000的值，即0x0000 0000，以十六进制表示为0x66CB。
　　【结论】
　　本文主要介绍了RS485接口的原理、应用、电路设计、通讯协议以及常见问题解决方案。RS485接口在工业自动化、智能家居、安防等领域有广泛应用，同时也需要注意传输距离、通讯速度、防雷保护、隔离等多方面的因素来确保接口电路的可靠性和稳定性。介绍了Modbus RTU协议的基本知识，包括其数据格式、功能码、地址寄存器以及CRC校验。在实际应用中，Modbus RTU协议可以广泛应用于工业自动化控制系统中的设备之间的通信。在读取数据时需要特别注意设备地址，寄存器地址以及功能码的选择。



原作者：创客小巴 嵌入式学习之路