现场总线技术的高速交互RS485与Modbus协议的无缝融合
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，但由于其对环境干扰敏感性较高，导致信号传输错误的问题。为了解决这一问题，1979年施耐德电气提出了Modbus协议，现在RS485通信中广泛采用了这个协议。在了解RS485与Modbus通信之前，我们需要先认识到现场总线技术定义下的高速交互能力。
【RS485通信】
实际上，RS232已经存在于市场，但它也存在一些不足之处：
接口信号电平值过高，为十几伏特，对芯片易造成损坏，同时与TTL电平不兼容。
使用共地模式的传输容易产生干扰，并且抗干扰性能较弱。
传输距离和速率都有限，最多只能在两点之间进行通信，不支持多机联网。
针对这些缺陷，出现了新的接口标准，如RS485，它具有以下优势：
逻辑“1”表示为两线间的+（2—6）V差异压力；逻辑“0”表示为-（2—6）V差异压力。接口信号电平比RS232降低，不易损坏芯片，而且与TTL电平兼容，便于连接。
RS485提供快速的数据传输速度，可以达到10Mbps以上，其物理结构采用平衡驱动器和查分接收器组合，大大提高了抗干扰能力。
传输距离可达1200米左右，但速率与距离成反比，只有100KB/s以下的速率才能达到最大距离。如果需要更远距离，可以使用中继设备。
可以实现总线式联网，允许挂载多个收发器，从现有芯片来看，有32、64、128、256等不同数量设备驱动器可供选择。这种网络通常采用主从结构，即一个主机带多个从机。
然而，在连接RS-485链路时，如果忽略信号地的连接，这种方法虽然能正常工作，却会埋下隐患。这主要是因为共模干扰问题和EMI问题。当网络线路模电压超出范围时，就会影响稳定性甚至损坏接口。此外，由于PC默认只带有RS232接口，可以通过转换或PCI卡直接输出为RS485类型。
【Modbus通信协议】
Modbus是一种通用的工业标准化语言，它使得不同厂商生产的控制设备可以通过网络相互沟通，以实现集中监控功能。此协议定义了一种消息结构，用以描述访问请求过程以及响应来自设备请求的一般格式，以及如何检测错误并记录它。
Modbus具有几个显著特点：
标准开放，无需支付许可证费用，也不会侵犯知识产权。目前，有超过400家厂商支持此协议，并拥有超过600种产品。
Modbus可以支持各种电气接口，如串行端口(Serial Port)、USB等，还可以在各种介质上传送，如双绞线(Twisted Pair)、光纤(Fiber Optic)及无线(Wireless)等。
Modbus帧格式简单紧凑，可理解且易用，对用户来说开发简单，对厂商来说使用方便。
一、Modbus寄存器类型说明
寄存器被分为四类：用于设定输出状态或读取该状态（Holding Register）、用于输入端子设置或读取输入状态（Input Register）、用于保持运行中的参数设置（Coil Status）以及用于获取输入信息但不可写入修改（Discrete Input）。
二、Modbus通讯数据格式
单个写入指令：将一个字节写入指定位置；多个写入指令：一次性写入多个字节；读取指令则是从指定位置获取一个或一系列字节至本地系统处理。
三、Modbus功能码简述
功能码包括位操作命令如读/写单/批量内置变阻元件及其输入状态，以及字节操作命令如读/写保存寄存器及其输入寄存器内容。