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RS485通信和Modbus协议

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2021-07-10

在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域,通常情况下是采用串口通信的方式进行数据交换。最初采用的方式是RS232接口,由于工业现场比较复杂,各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰,会导致信号传输错误。除此之外,RS232接口只能实现点对点通信,不具备联网功能,最大传输距离也只能达到几十米,不能满足远距离通信要求。而RS485则解决了这些问题,数据信号采用差分传输方式,可以有效的解决共模干扰问题,最大距离可以到1200米,并且允许多个收发设备接到同一条总线上。随着工业应用通信越来越多,1979年施耐德电气制定了一个用于工业现场的总线协议Modbus协议,现在工业中使用RS485通信场合很多都采用Modbus协议,本文讲解RS485通信和Modbus协议。

RS485特点

1、差分输入最大的优势是可以抑制共模干扰。尤其工业现场的环境比较复杂,干扰比较多,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扰。而RS485就是一种差分通信方式,它的通信线路是两根,通常用A和B或者D+和D-来表示。逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示,是一种典型的差分通信。

2、RS485通信速度快,最大传输速度可以达到10Mb/s以上。

3、RS485内部的物理结构,采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合,抗干扰能力也大大增加。

4、传输距离最远可以达到1200米左右,但是他的传输速率和传输距离是成反比的,只有在100Kb/s以下的传输速度,才能达到最大的通信距离,如果需要传输更远距离可以使用中继。

5、可以在总线上进行联网实现多机通信,总线上允许挂多个收发器,从现有的RS485芯片来看,有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。

rs485电缆 

RS485通讯电缆结构图

RS485的接口非常简单,和RS232所使用的MAX232是类似的,只需要一个RS485转换器,就可以直接和我们单片机的UART串行接口连接起来,并且完全使用的是和UART一致的异步串行通信协议。但是由于RS485是差分通信,因此接收数据和发送数据是不能同时进行的,也就是说它是一种半双工通信。

Modbus协议特点

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信,已经成为一种工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。这种协议定义了一种控制器能够认识使用的数据结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其他设备的过程,如何回应来自其他设备的请求,以及怎样侦测错误记录,它制定了通信数据的格局和内容的公共格式。

在进行多机通信的时候,Modbus协议规定每个控制器必须要知道他们的设备地址,识别按照地址发送过来的数据,决定是否要产生动作,产生何种动作,如果要回应,控制器将生成的反馈信息用Modbus协议发出。

Modbus协议允许在各种网络体系结构内进行简单通信,每种设备(PLC、人机界面、控制面板、驱动程序、输入输出设备)都能使用Modbus协议来启动远程操作,一些网关允许在几种使用Modbus协议的总线或网络之间的通信。

Modbus网络体系结构实例 

通讯说明

控制器采用RS-485总线,协议符合ModBusRTU规约。

数据传输均采用8位数据位、1位停止位、无奇偶校验位。波特率可设为1200-9600bit/s。通讯传送分为独立的信息头,和发送的编码数据。以下的通讯传送方式定义与RTU通讯规约相兼容:

rs485编码 

初始结构=>=4字节的时间地址码=1字节功能码=1字节数据区=N字节

错误校检=16位CRC码结束结构=>=4字节的时间

地址码:地址码为通讯传送的第一个字节。这个字节表明由用户设定地址码的从机将接收由主机发送来的信息。并且每个从机都有具有唯一的地址码,并且响应回送均以各自的地址码开始。主机发送的地址码表明将发送到的从机地址,而从机发送的地址码表明回送的从机地址。

功能码:通讯传送的第二个字节。ModBus通讯规约定义功能号为1到127。本控制器利用其中的一部分功能码。作为主机请求发送,通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机响应,从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样,并表明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位(比如功能码大于127),则表明从机没有响应操作或发送出错。

数据区:数据区是根据不同的功能码而不同。CRC码:二字节的错误检测码。

当通讯命令发送至仪器时,符合相应地址码的设备接通讯命令,并除去地址码,读取信息,如果没有出错,则执行相应的任务;然后把执行结果返送给发送者。返送的信息中包括地址码、执行动作的功能码、执行动作后结果的数据以及错误校验码。如果出错就不发送任何信息。

接线说明

一条总线连接多个表的接线图

RS485通信接线图示 

Tags:RS485,Modbus协议  
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