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在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域，通常情況下是采用串口通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最初采用的方式是RS232接口，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，各種電氣設(shè)備會(huì)在環(huán)境中產(chǎn)生比較多的電磁千擾，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。

1979年施耐德電氣制定了一個(gè)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議Modbus協(xié)議，現(xiàn)在工業(yè)中使用RS485通信場(chǎng)合很多都采用Modbus協(xié)議，所以今天我們來了解下RS485通信和Modbus通信協(xié)議。

【資料圖】

什么是串口通信

串口通信(Serial Communication)，是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，但其傳輸速度比并行傳輸?shù)?。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并目可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。

RS-485協(xié)議概述

RS-485和RS-232一樣，都是審行通信標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)名稱是TIA485/EIA-485-A，但是人們會(huì)習(xí)慣稱為RS485標(biāo)準(zhǔn)，RS-485常用在工業(yè)、自動(dòng)化、汽車和建筑物管理等領(lǐng)域。

RS-485總線彌補(bǔ)了RS-232通信距離短，速率低的缺點(diǎn)，RS-485的速率可高達(dá)10Mbit/s，理論通訊距離可達(dá)1200米；RS-485和RS-232的單端傳輸不一樣是差分傳輸，使用一對(duì)雙絞線，其中一根線定義為A，另一個(gè)定義為B。

通常情況下，RS485的信號(hào)在傳送出去之前會(huì)先分解成正負(fù)對(duì)稱的兩條線路(即我們常說的A、B信號(hào)線)，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號(hào)相減還原成原來的信號(hào)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上最多可以掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)

RS-485總線同12C總線一樣支持主從模式，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單從機(jī)模式，也支持多從機(jī)模式，不支持多主機(jī)模式。

長距離布線會(huì)有信號(hào)衰減，而且引入噪聲和干擾的可能性更大，在線纜A和B上的表現(xiàn)就是電壓幅度的變化，但是，采用差分線的好處就是，差值相減就會(huì)忽略掉干擾依舊能輸出正常的信號(hào)，把這種差分接收器忽略兩條信號(hào)線上相同電壓的能力稱為共模抑制。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了，邏輯1: +2V to +6V: 邏輯0: -6V to -2V.

RS-485不需要使用特定的總線電壓，只看最小差分電壓，在較長的電纜長度上，接收器接收到的電壓可能會(huì)降低到+/- 200 mV，這對(duì)于RS-485仍然是完全可以接受的，這也是RS-485的優(yōu)點(diǎn)之一。

RS485通常標(biāo)有A+和B-，RS485的電平指的是兩根傳輸線間的電壓差，而不是傳輸線上的電壓。

RS485接線方式

與電腦進(jìn)行通信時(shí)，需要轉(zhuǎn)換器，常見的設(shè)備有：USB轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器，RS232轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器，以太網(wǎng)轉(zhuǎn)RS485串口服務(wù)器。

RS485典型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

RS485總線采用手拉手的總線結(jié)構(gòu)方式。

什么是Modbus協(xié)議

在RS485的通信方式中，RS485總線上可以掛載多個(gè)設(shè)備，但是RS485是一種半雙工的通信方式(在一個(gè)時(shí)間段只能與一個(gè)設(shè)備通信)，如果不對(duì)掛載的節(jié)點(diǎn)設(shè)備加以限制，會(huì)引起通信紊亂的問題。為了解決數(shù)據(jù)傳輸紊亂的問題，我們得對(duì)RS485通信加以規(guī)則限制，來保證通信的穩(wěn)定性和可靠性。

舉個(gè)例子來說明RS485通信協(xié)議與Modbus通信協(xié)議的關(guān)系：

我們把城市A看做主機(jī)，城市B看做從機(jī)，如果兩個(gè)城市之間要想進(jìn)行經(jīng)濟(jì)往來(數(shù)據(jù)傳輸)，那么第1件事就是修路，而這里的公路就是rs485總線；既然公路修好了，就可以通車了，但如果我們不對(duì)路上的車輛加以限制的話，那發(fā)生交通事故的可能性就會(huì)很大，所以我們制定了一套交通規(guī)則去限制車輛的行駛，而這個(gè)"交通規(guī)則"就是Modbus串行通信協(xié)議。

Modbus是應(yīng)用層的一種串行通信協(xié)議，包括：Modbus RTU、Modbus ASCII 和Modbus TCP三種，其中Modbus RTU與Modbus ASCII均為支持RS-485總線的通信協(xié)議，Modbus TCP是支持以太網(wǎng)的通信協(xié)議。

Modbus 協(xié)議是一個(gè)主從架構(gòu)的協(xié)議，有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其他使用 Modbus 協(xié)議參與通信的節(jié)點(diǎn)是從節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)從設(shè)備都有一個(gè)唯一的設(shè)備地址。

Modbus是一個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，并且提供功能碼規(guī)定的服務(wù)。Modbus功能碼是 Modbus請(qǐng)求/應(yīng)答 PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)的元素。

RS485協(xié)議與Modbus協(xié)議的區(qū)別

RS485 Modbus RTU指令解碼

從機(jī)地址：從機(jī)ID,范圍0-255,其中有效范圍是1-247,其中255是廣播地址(廣播就是對(duì)所有從機(jī)發(fā)送應(yīng)答)

功能碼：占用一個(gè)字節(jié),功能碼的意義就是知道這個(gè)指令是干啥的.常用的有03、04、06、16；03和04是READ，06和16是WRITE

數(shù)據(jù)區(qū)：從機(jī)的數(shù)據(jù)，此區(qū)域查詢數(shù)據(jù)的地址和查詢字節(jié)數(shù)等。

校驗(yàn)：CRC檢驗(yàn)是檢測(cè)接收的數(shù)據(jù)是否正確

RS-485通信的應(yīng)用

工業(yè)控制

RS-485通信在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，RS-485通信可以用于連接PLC(可編程邏輯控制器)、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和控制。例如，在一條生產(chǎn)線上，RS-485通信可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作，確保生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

采用RS485通信接口，支持Modbus協(xié)議的空氣溫濕度傳感器

智能家居

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，家庭自動(dòng)化逐漸成為了一個(gè)新興的領(lǐng)域。RS-485通信可以用于連接家庭自動(dòng)化設(shè)備，如溫度傳感器、智能燈具、智能家電等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。通過RS-485通信，這些設(shè)備可以相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)智能化的家居生活。

采用RS485通信接口，支持Modbus協(xié)議的二氧化碳傳感器

其他領(lǐng)域

除了工業(yè)控制和家庭自動(dòng)化領(lǐng)域，RS-485通信還廣泛應(yīng)用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域。例如，在電力系統(tǒng)中，RS-485通信可以用于監(jiān)測(cè)電力設(shè)備狀態(tài)、采集電能數(shù)據(jù)等。

推薦設(shè)備：

EdgeBox-RPI-200 邊緣計(jì)算控制器

EdgeBox-RPI-200 是基于樹莓派的一體化工業(yè)邊緣計(jì)算控制器，結(jié)合了多種工業(yè)用途。設(shè)計(jì)為高可擴(kuò)展性和堅(jiān)固耐用的工業(yè)硬件，安裝豐富的IO資源，并由強(qiáng)大的Raspberry Pi工業(yè)軟件生態(tài)系統(tǒng)提供支持，是智能自動(dòng)化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）解決方案的理想選擇。

特征

一體化工業(yè)控制器：

它不僅僅是一個(gè)PLC，PAC，它更可以實(shí)現(xiàn)IIoT網(wǎng)關(guān)，OPC UA服務(wù)器和工業(yè)PC的功能。

強(qiáng)大而靈活的處理器：

由樹莓派計(jì)算模塊 4 （CM4） 提供支持，配備高達(dá) 2GB RAM和 8GB eMMC，執(zhí)行實(shí)時(shí)操作和多進(jìn)程。

豐富的IO 資源和已安裝的工業(yè)接口：

支持多種工業(yè)總線協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)

多種通信能力：

提供全功能無線互連和 RJ45 千兆以太網(wǎng)，由多種云服務(wù)支持

堅(jiān)固耐用的工業(yè)級(jí)硬件設(shè)計(jì)：

集成熱管理，全鋁散熱器外殼，支持 35mm DIN 和壁掛式安裝

偉大的樹莓派工業(yè)軟件生態(tài)系統(tǒng)：

支持多種工業(yè)軟件和平臺(tái)，包括Codesys，Node-Red，MQTT，OPC UA，Ignition等。

寫在最后

RS485通信總線是一種半雙工通信總線，在同一時(shí)間只能接受或發(fā)送，可以掛載多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

為了解決主機(jī)與從機(jī)通信的穩(wěn)定性和可靠性，我們規(guī)定了主從模式，同一時(shí)刻只能一主一從進(jìn)行通信。但主機(jī)和從機(jī)用什么樣的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行通信還沒有確定。

Modbus協(xié)議規(guī)定了主機(jī)與從機(jī)通信的數(shù)據(jù)格式，相對(duì)于自定義的數(shù)據(jù)格式，Modbus的兼容性更強(qiáng)。

審核編輯：湯梓紅