Arduino UNO實(shí)現(xiàn)RS-485 Modbus串行通信方案解析

在本篇文章，Arduino作為MODBUS主站（Master）與MODBUS從站（Slave）進(jìn)行通信。本文中將使用安裝MODBUS Slave Software的計(jì)算機(jī)用作MODBUS從站。那么，讓我們首先簡(jiǎn)要介紹一下RS-485和Modbus。

RS-485串行通信

RS-485是一種異步串行通信協(xié)議，不需要時(shí)鐘。它使用稱為差分信號(hào)的技術(shù)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備。當(dāng)使用兩根電線時(shí)，它提供半雙工通信，而全雙工需要4條電線。

RS-485模塊可以連接到任何帶有串行端口的微控制器。微控制器使用RS-485模塊時(shí)，需要一個(gè)基于Maxim MAX485的5V MAX485 TTL到RS485的模塊，因?yàn)樗试S1200米長(zhǎng)距離的串行通信。它是雙向和半雙工的，數(shù)據(jù)傳輸速率為2.5 Mbps。該模塊需要5V的電壓。

RS-485模塊的引腳輸出定義：

USB轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換模塊：

這是一個(gè)USB轉(zhuǎn)RS485轉(zhuǎn)換器適配器模塊，支持WIN7、XP、Linux、Mac OS，并通過(guò)使用計(jì)算機(jī)中的COM端口提供易于使用的RS485接口。該模塊是即插即用設(shè)備。沒(méi)有命令結(jié)構(gòu)，發(fā)送到虛擬COM端口的任何內(nèi)容都會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為RS485，反之亦然。該模塊完全由USB總線供電。因此，無(wú)需外部電源即可運(yùn)行。

它顯示為串行/ COM端口，可從應(yīng)用程序或超級(jí)終端訪問(wèn)。該轉(zhuǎn)換器提供半雙工RS-485通信。波特率范圍為75 bps至115200 bps，最高可達(dá)6 Mbps。

要使用此設(shè)備，互聯(lián)網(wǎng)上提供了各種Modbus軟件。在本教程中，使用了來(lái)自Witte Software的名為Modbus Slave軟件的軟件。該軟件可從www.modbustools.com網(wǎng)站下載。

Modbus Slave軟件

Modbus Slave應(yīng)用程序通過(guò)使用串行通信端口從任何Modbus主站設(shè)備接收值。它是一種數(shù)據(jù)通信測(cè)試軟件。在使用該軟件之前，必須了解以下事項(xiàng)。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱軟件手冊(cè)。

SlaveID：網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)從站都分配有1到127的唯一單元地址。當(dāng)主站請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，它發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)是從站地址。這樣，每個(gè)從設(shè)備在第一個(gè)字節(jié)之后知道是否忽略該消息。

Modbus寄存器：

離散輸出線圈：它是一個(gè)1位寄存器，用于控制離散輸出，可以讀取或?qū)懭搿Ｋ鼈兊募拇嫫骶幪?hào)為（1至9999）。

離散輸入：它是一個(gè)1位寄存器，用作輸入，只能讀取。他們有（10001年至19999年）的登記號(hào)碼。

輸入寄存器：用于輸入的16位寄存器，只能讀取。它們的寄存器編號(hào)為（30001至39999）。

保持寄存器：它是一個(gè)16位寄存器，可以讀寫(xiě)。它們的寄存器編號(hào)為（40001至49999）。

Modbus功能代碼：

CRC：CRC代表循環(huán)冗余校驗(yàn)。它是在每個(gè)Modbus消息的末尾添加兩個(gè)字節(jié)以進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。

需要的組件

●? ? Arduino UNO開(kāi)發(fā)板

●? ? MAX-485 TTL轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換模塊

●? ? USB轉(zhuǎn)RS-485轉(zhuǎn)換模塊

●? ? 1602 LCD顯示屏

●? ? Modbus Slave

電路原理圖

MAX-485 TTL至RS-485轉(zhuǎn)換器模塊與Arduino UNO之間的電路連接：

帶有10k下拉電阻的兩個(gè)按鈕也連接到Arduino引腳4和5。10K電位器用于為Arduino引腳A0提供模擬輸入值。

電路連接后，完整設(shè)置如下所示。

編程Arduino Uno作為MODBUS Master

在本文中，Arduino Uno配置為Modbus Master，通過(guò)Modbus Master庫(kù)編寫(xiě)Master Modbus Arduino代碼。在這里，Arduino Uno有兩個(gè)按鈕和一個(gè)電位器，用于將Modbus Master Arduino的值發(fā)送到Modbus Slave軟件。

為了在Arduino UNO中使用Modbus，使用庫(kù)。該庫(kù)用于通過(guò)RTU協(xié)議與RS-485 Modbus主站或從站通信。下載Modbus Master并按照Sketch-> include library-> Add .zip Library在草圖中添加庫(kù)。

本文末尾處給出了完整的代碼。這里我們解釋了下面的一些主要步驟。

首先，包括ModbusMaster和Liquid Crystal庫(kù)：

#include

#include

接下來(lái)定義MAX485 TTL到RS-485轉(zhuǎn)換器模塊和Arduino UNO之間連接的引腳名稱。

#define MAX485_DE? ?? ?3

#define MAX485_RE_NEG??2

初始化類ModbusMaster的節(jié)點(diǎn)對(duì)象。

ModbusMaster node;

然后寫(xiě)入兩個(gè)函數(shù)preTrasnmission()和postTrasmission()，使Max485 TTL到RS-485轉(zhuǎn)換器模塊的引腳RE和DE高或低為發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。

void preTransmission()

{

digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 1);

digitalWrite(MAX485_DE, 1);

}

void postTransmission()

{

digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0);

digitalWrite(MAX485_DE, 0);

}

接下來(lái)在void setup()中，LCD設(shè)置為1602模式，并顯示歡迎信息。

lcd.begin(16,2);

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");

delay(3000);

lcd.clear();

lcd.print("Arduino");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Modbus Master");

delay(3000);

lcd.clear();

然后將RE和DE引腳設(shè)置為OUTPUT引腳，將引腳4和5設(shè)置為INPUT引腳（按鈕）。

pinMode(MAX485_RE_NEG, OUTPUT);

pinMode(MAX485_DE, OUTPUT);

pinMode(4,INPUT);

pinMode(5,INPUT);

最初，MAX-485 TTL到RS-485轉(zhuǎn)換器模塊的DE和RE引腳設(shè)置為低電平

digitalWrite(MAX485_RE_NEG, 0);

digitalWrite(MAX485_DE, 0);

將波特率設(shè)置為115200，并通過(guò)從站ID 1通知Modbus主站。

Serial.begin(115200);

node.begin(1, Serial);

之后使用回?fù)苷Z(yǔ)句，以便正確配置RS-485收發(fā)器。

node.preTransmission(preTransmission);

node.postTransmission(postTransmission);

現(xiàn)在在void loop()函數(shù)中：

?? ? 首先，從與電位器連接的引腳A0讀取模擬值。

float value = analogRead(A0);

?? ? 然后將ADC值（0到1023）寫(xiě)入0x40000寄存器，使用以下語(yǔ)句將其發(fā)送到Modbus Slave。

node.writeSingleRegister(0x40000,value);

?? ? 然后該值也會(huì)顯示在16x2 LCD顯示屏上

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("POT Val :");

lcd.print(value);

?? ? 接下來(lái)讀取兩個(gè)按鈕的狀態(tài)。

int a= digitalRead(4);

int b= digitalRead(5);

?? ? 根據(jù)按鈕的狀態(tài)，按鈕1的值0x40001和按鈕2的0x40002被寫(xiě)入Modbus從站，并顯示在LCD顯示屏上。

if (a == 1)

{

node.writeSingleRegister(0x40001,1);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("S1: 1");

}

else

{

node.writeSingleRegister(0x40001,0);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("S1: 0");

}

if (b == 1)

{

node.writeSingleRegister(0x40002,1);

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print("S2: 1");

}

else

{

node.writeSingleRegister(0x40002,0);

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print("S2: 0");

}

測(cè)試Arduino UNO作為RS485 MODBUS Master

電路連接完成后，將代碼上傳到Arduino Uno，現(xiàn)在可以將USB轉(zhuǎn)RS-485模塊連接到安裝了Modbus Slave軟件的計(jì)算機(jī)。

注意：打開(kāi)設(shè)備管理器，根據(jù)連接USB轉(zhuǎn)RS-485模塊的PC檢查COM端口，然后打開(kāi)Modbus Slave軟件。

1. Modbus Slave Tool如下所示，表示無(wú)連接。

2.下一步打開(kāi)Connection->Connect...，顯示如下。

3.它顯示以下對(duì)話框，因?yàn)樵撥浖窃囉冒?，因此?qǐng)單擊“稍后注冊(cè)”

4.??此試用軟件僅在打開(kāi)后運(yùn)行10分鐘。

5.??連接細(xì)節(jié)如下所示。將連接設(shè)置為串行端口，將串行設(shè)置設(shè)置為連接USB轉(zhuǎn)RS-485模塊的相應(yīng)COM端口。然后將波特率設(shè)置為115200，數(shù)據(jù)位為8，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1個(gè)停止位和模式為RTU，然后單擊“確定”。

6.??請(qǐng)注意，顯示No connection，現(xiàn)在打開(kāi)Setup-> Slave Definition。

7.現(xiàn)在Slave ID字段輸入1，F(xiàn)unction選擇03保持寄存器，以及地址設(shè)置為0，然后單擊OK。

8.??之后，將ID驗(yàn)證為1，將F為03.。在本文中，使用前三個(gè)寄存器（0-電位器ADC值，1-Push按鈕值，2-Push按鈕值）。

9.??現(xiàn)在按下按鈕2。注意第三行中的值1。當(dāng)沒(méi)有按下按鈕1時(shí)，它在第二行中保持為0，在第一行中顯示電位器值。

10.??按下按鈕1時(shí)。注意第二行中的值1。并且由于沒(méi)有按下按鈕2所以它在第三行保持為0，第一行中顯示電位器值。

11.??現(xiàn)在當(dāng)按下兩個(gè)按鈕時(shí)，在第二行和第三行中都有值1，并且還記下電位計(jì)值。

12.? ?當(dāng)電位計(jì)變化時(shí)，Modbus從站軟件中的第1行也會(huì)發(fā)生變化。

以上就是Arduino UNO作為Master如何進(jìn)行RS-485 Modbus串行通信。
編輯：hfy