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RS485與Modbus通信協(xié)議

更新時(shí)間:2024-05-20   點(diǎn)擊次數(shù):688次

在工業(yè)控制、電力通信、智能儀表等領(lǐng)域,數(shù)據(jù)交換通常依賴于串口通信。最初,RS232接口是主流選擇,然而,由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性,各種電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤。

圖片

1979年,電氣設(shè)計(jì)并推出了一個(gè)專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的總線協(xié)議,即Modbus協(xié)議。現(xiàn)在,許多采用RS485通信的工業(yè)場(chǎng)合都傾向于使用Modbus協(xié)議在工業(yè)領(lǐng)域中,當(dāng)涉及到RS485通信時(shí),Modbus協(xié)議得到了廣泛應(yīng)用。接下來,我們將對(duì)RS485通信和Modbus通信協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)介紹。


一、 RS485通信

1、在RS485之前,RS232已經(jīng)問世,但RS232存在一些局限性:

1)其接口信號(hào)電平值較高,可能損壞接口電路的芯片,且與TTL電平不兼容,需要額外的轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路連接。

2)RS232的共地模式通信方式容易產(chǎn)生干擾,并且抗干擾性能較弱。

3)其傳輸距離和速率均有限,最遠(yuǎn)只能達(dá)到幾十米,且僅支持兩點(diǎn)之間的通信,無法實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)。


2、為了克服RS232的局限性,RS485等新型接口標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。RS485具有以下特點(diǎn):

1)邏輯“1"以兩線間的電壓差為+(2—6)V表示,邏輯“0"則以-(2—6)V表示。其接口信號(hào)電平較RS232低,更不易損壞電路芯片,且兼容TTL電平,方便與TTL電路連接。

2)RS485通信速度快,數(shù)據(jù)最高傳輸速率可達(dá)10Mbps以上。其內(nèi)部采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合,顯著提高了抗干擾能力。

3)其傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1200米左右,但傳輸速率與傳輸距離成反比。在100KB/s以下的傳輸速率下,才能實(shí)現(xiàn)最大的通信距離。若需傳輸更遠(yuǎn)距離,可使用中繼器。

4)RS485支持多機(jī)通信,總線上可掛載多個(gè)收發(fā)器。根據(jù)現(xiàn)有RS485芯片,可掛載的設(shè)備數(shù)量有所不同,如32、64、128、256等。

3、RS485分為兩線制和四線制。四線制僅支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,現(xiàn)已較少使用。兩線制為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),同一總線上最多可掛接32個(gè)節(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中,通常采用主從通信方式,即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。

4、在連接RS-485通信鏈路時(shí),有時(shí)僅簡(jiǎn)單地將各接口的“A"、“B"端用雙絞線連接,而忽略了信號(hào)地的連接。這種連接方式雖在某些場(chǎng)合能正常工作,但存在隱患。原因有二:

1)共模干擾問題:RS-485接口采用差分傳輸方式,無需參照點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)。但收發(fā)器有一定的共模電壓范圍(-7~+12V)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中的共模電壓超出此范圍時(shí),將影響通信穩(wěn)定性甚至損壞接口。

2)EMI問題:發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)低阻返回通道。若無此通道(信號(hào)地),信號(hào)將以輻射形式返回源端,導(dǎo)致總線向外輻射電磁波。

5、由于PC機(jī)默認(rèn)僅配備RS232接口,可通過以下方法實(shí)現(xiàn)PC上位機(jī)的RS485電路:

1)使用RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS485信號(hào)。對(duì)于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境,建議選擇具有防浪涌和隔離功能的產(chǎn)品。

2)通過PCI多串口卡,選擇輸出信號(hào)為RS485類型的擴(kuò)展卡。


二、Modbus通信協(xié)議

Modbus功能碼是Modbus通信協(xié)議中用于指示設(shè)備執(zhí)行何種操作的一組指令代碼。它們?cè)试S主設(shè)備(通常是計(jì)算機(jī)或PLC)與從設(shè)備(例如傳感器、執(zhí)行器等)進(jìn)行通信,以讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

功能碼可以大致分為位操作和字節(jié)操作兩類。位操作的最小單位是Bit,通常用于控制如開關(guān)狀態(tài)等單個(gè)位的操作。字節(jié)操作的最小單位是2個(gè)字節(jié)(Byte),常用于讀取或?qū)懭攵嘧止?jié)數(shù)據(jù),如寄存器值等。

以下是一些常見的Modbus功能碼及其描述:

位操作指令:

01H:讀線圈狀態(tài)(Read Coils Status)

02H:讀離散輸入狀態(tài)(Read Discrete Inputs Status)

05H:寫單個(gè)線圈(Write Single Coil)

0FH:寫多個(gè)線圈(Write Multiple Coils)

字節(jié)操作指令:

03H:讀保持寄存器(Read Holding Registers)

用于從從設(shè)備讀取一個(gè)或多個(gè)保持寄存器的值。保持寄存器通常用于存儲(chǔ)設(shè)備的參數(shù)或狀態(tài)信息。

04H:讀輸入寄存器(Read Input Registers)

用于從從設(shè)備讀取一個(gè)或多個(gè)輸入寄存器的值。輸入寄存器通常用于存儲(chǔ)從外部設(shè)備(如傳感器)讀取的數(shù)據(jù)。

06H:寫單個(gè)保持寄存器(Write Single Holding Register)

用于向從設(shè)備的單個(gè)保持寄存器寫入一個(gè)值。

10H:寫多個(gè)保持寄存器(Write Multiple Holding Registers)

用于向從設(shè)備的多個(gè)連續(xù)保持寄存器寫入值。這通常用于設(shè)置設(shè)備的參數(shù)或狀態(tài)。請(qǐng)注意,上述功能碼是十六進(jìn)制表示,并且以“H"后綴表示。在實(shí)際通信中,這些功能碼會(huì)被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制格式進(jìn)行傳輸。

此外,還有其他一些功能碼,如用于診斷或特定應(yīng)用的功能碼。這些功能碼的具體用法和含義可能因設(shè)備制造商而異,因此在實(shí)際應(yīng)用中需要參考設(shè)備的文檔或手冊(cè)。


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