现场总线技术的精髓揭秘RS485与Modbus通信协议的无缝对话
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，我们使用的是RS232接口，但由于其易受环境干扰，导致信号传输错误。1979年，施耐德电气提出了Modbus协议，为工业现场提供了一个稳健的总线解决方案。今天，我们将深入探讨RS485通信与Modbus通信协议。
首先，让我们了解一下RS485通信。这一技术在诞生之前，就有了RS232，但后者存在一些不足之处：高于10V的信号电平容易损坏芯片且不兼容TTL；共地模式易受干扰且抗干扰能力弱；传输距离和速率有限，只能两点间通信，不适合多机联网。
为了克服这些缺陷，出现了如RS485这样的新标准。它具有以下特点：逻辑“1”表示+（2—6）V差值，“0”表示-（2—6）V差值，以降低接口风险并兼容TTL；速度快，可达10Mbps以上；抗干扰能力强，可以实现1200米左右的传输距离，但需注意速率与距离之间的关系；支持多机网络连接，可挂32个或更多设备。
然而，在实际应用中，如果忽略信号地线连接，将可能面临共模干扰和EMI问题。当PC机上位机需要通过RS485进行数据交换时，可以通过转换电路或PCI多串口卡来实现。
接着，我们来谈谈Modbus通信协议，这是一种通用的工业语言，使得不同厂商生产的控制设备能够通过网络相互交流，并形成集中监控系统。此协议定义了一套消息结构，描述请求访问设备过程、响应来自设备请求以及检测错误记录方法。它制定了一致的消息格式，便于用户理解和开发。
Modbus具有几个显著特点：开放性，无需支付许可费，其广泛支持超过400家厂商及600种产品。在各种介质上传送，如双绞线、光纤或无线等，并采用简单紧凑易懂的帧格式，使其易用性强且开发简便。
在操作中，有四种类型寄存器供选择，其中包括输入端口输出端口保持寄存器输入寄存器，以及读取写入功能。而Modbus通讯数据格式则分为单个写入多个写入读取三种基本操作形式，每一种都有明确指令码以区分不同的操作类型，比如位操作字节操作等指令码用于指定具体动作。此外，还有一系列指令可以执行更复杂任务，如读取保存寄存器信息或者修改它们，从而进一步扩展了这个基础框架内所能处理的问题范围。
