RS485通信和Modbus協議

在工業控制、電力通訊、智能儀表等領域，通常情況下是采用串口通信的方式進行數據交換。最初采用的方式是RS232 接口，由于工業現場比較復雜，各種電氣設備會在環境中產生比較多的電磁干擾，會導致信號傳輸錯誤。除此之外，RS232接口只能實現點對點通信，不具備聯網功能，最大傳輸距離也只能達到幾十米，不能滿足遠距離通信要求。而RS485則解決了這些問題，數據信號采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問題，最大距離可以到1200米，并且允許多個收發設備接到同一條總線上。隨著工業應用通信越來越多，1979年施耐德電氣制定了一個用于工業現場的總線協議Modbus協議，現在工業中使用RS485通信場合很多都采用Modbus協議，本文講解RS485通信和Modbus協議。

RS485特點

1、差分輸入最大的優勢是可以抑制共模干擾。尤其工業現場的環境比較復雜，干擾比較多，所以通信如果采用的是差分方式，就可以有效的抑制共模干擾。而RS485就是一種差分通信方式，它的通信線路是兩根，通常用A和B或者D+和D-來表示。邏輯“1”以兩線之間的電壓差為+（0.2~6）V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（0.2~6）V來表示，是一種典型的差分通信。

2、RS485通信速度快，最大傳輸速度可以達到10Mb/s以上。

3、RS485內部的物理結構，采用的是平衡驅動器和差分接收器的組合，抗干擾能力也大大增加。

4、傳輸距離最遠可以達到1200米左右，但是他的傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100Kb/s以下的傳輸速度，才能達到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

5、可以在總線上進行聯網實現多機通信，總線上允許掛多個收發器，從現有的RS485芯片來看，有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。

RS485通信和Modbus協議

RS485通訊電纜結構圖

RS485的接口非常簡單，和RS232所使用的MAX232是類似的，只需要一個RS485轉換器，就可以直接和我們單片機的UART串行接口連接起來，并且完全使用的是和UART一致的異步串行通信協議。但是由于RS485是差分通信，因此接收數據和發送數據是不能同時進行的，也就是說它是一種半雙工通信。

Modbus協議特點

Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其他設備之間可以通信，已經成為一種工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。這種協議定義了一種控制器能夠認識使用的數據結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了控制器請求訪問其他設備的過程，如何回應來自其他設備的請求，以及怎樣偵測錯誤記錄，它制定了通信數據的格局和內容的公共格式。

在進行多機通信的時候，Modbus協議規定每個控制器必須要知道他們的設備地址，識別按照地址發送過來的數據，決定是否要產生動作，產生何種動作，如果要回應，控制器將生成的反饋信息用Modbus協議發出。

Modbus協議允許在各種網絡體系結構內進行簡單通信，每種設備（PLC、人機界面、控制面板、驅動程序、輸入輸出設備）都能使用Modbus協議來啟動遠程操作，一些網關允許在幾種使用Modbus協議的總線或網絡之間的通信。

RS485通信和Modbus協議

通訊說明

控制器采用RS-485總線，協議符合ModBus RTU規約。

數據傳輸均采用8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗位。波特率可設為1200-9600 bit/s。通訊傳送分為獨立的信息頭，和發送的編碼數據。以下的通訊傳送方式定義與RTU通訊規約相兼容：

RS485通信和Modbus協議

初始結構 = >=4字節的時間地址碼 = 1 字節功能碼 = 1 字節數據區 = N 字節

錯誤校檢 = 16位CRC碼結束結構 = >=4字節的時間

地址碼：地址碼為通訊傳送的第一個字節。這個字節表明由用戶設定地址碼的從機將接收由主機發送來的信息。并且每個從機都有具有唯一的地址碼，并且響應回送均以各自的地址碼開始。主機發送的地址碼表明將發送到的從機地址，而從機發送的地址碼表明回送的從機地址。

功能碼：通訊傳送的第二個字節。ModBus通訊規約定義功能號為1到127。本控制器利用其中的一部分功能碼。作為主機請求發送，通過功能碼告訴從機執行什么動作。作為從機響應，從機發送的功能碼與從主機發送來的功能碼一樣，并表明從機已響應主機進行操作。如果從機發送的功能碼的最高位（比如功能碼大于127），則表明從機沒有響應操作或發送出錯。

數據區：數據區是根據不同的功能碼而不同。 CRC碼：二字節的錯誤檢測碼。

當通訊命令發送至儀器時，符合相應地址碼的設備接通訊命令，并除去地址碼，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務；然后把執行結果返送給發送者。返送的信息中包括地址碼、執行動作的功能碼、執行動作后結果的數據以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發送任何信息。