现场总线技术大揭秘十种通信协议中的RS485与Modbus之争
在工业控制、电力通讯和智能仪表等领域，串口通信一直是数据交换的主要方式。最初使用的是RS232接口，但由于环境中存在众多电气设备产生的电磁干扰，导致信号传输错误。为了解决这个问题，1979年施耐德电气提出了Modbus协议，现在许多RS485通信场合都采用了Modbus协议，因此今天我们来探索RS485通信与Modbus通信协议。
首先，我们来了解一下RS485通信。这一技术在被发明之前已经有了RS232，但是它也有其局限性：高达十几伏的信号电平容易损坏芯片，而且与TTL电平不兼容；共地模式传输易于产生干扰且抗干扰能力较弱；传输距离和速率有限，只能两点之间进行通信，不支持多机联网。
针对这些不足，出现了新的接口标准，如RS485，它具备以下特点：逻辑“1”和“0”以两线间的电压差表示，使得接口信号更加安全且兼容TTL；高速数据传输速度可达10Mbps以上，并且拥有良好的抗干扰能力；最大传输距离可达到1200米，但需要根据实际需求调整速率以保持最佳性能；可以实现总线式网络连接，即一个主机控制多个从机。
然而，在实际应用中，如果没有正确地处理信号地的问题，就可能会面临共模干扰和EMI（Electromagnetic Interference）问题，这些都会影响到整个网络的稳定性甚至造成设备损坏。因此，在PC上位机中的RS485转换通常需要防浪涌带隔离功能，以确保数据安全。此外，还可以通过PCI多串口卡直接输出为RS485类型的扩展卡。
接着，我们来看一下Modbus通信协议。这是一种广泛应用于电子行业的一种通用语言，可以让不同厂商生产的控制设备相互连接并通过网络进行集中监控。Modbus定义了一种消息结构，用以描述如何请求访问设备、响应来自设备请求以及检测错误并记录。此外，它还规定了消息域格局和内容格式使其成为一种开放标准。
该协议具有几个显著特点：免费使用，无需支付许可证费用或侵犯知识产权，同时有超过400家厂商支持超过600种产品。它能够适配各种不同的物理层，如RS-232、RS-485等，并且能够在不同介质上传送，如双绞线、光纤或无线等。此外，其帧格式简单直观，便于用户操作而不复杂开发工作给厂商带来了便利。
最后，让我们简要了解一下Modbus寄存器及其分类，以及如何进行单写入、多写入及读取操作，以及功能码指令中的位操作与字节操作。在实际应用中，这些都是理解如何有效利用Modbus系统必不可少的一部分。
