RS485與Modbus通信協議匯總！

知識 02-20

在工業控制、電力通訊、智能儀錶等領域，通常情況下是採用串口通信的方式進行數據交換。最初採用的方式是RS232介面，由於工業現場比較複雜，各種電氣設備會在環境中產生比較多的電磁干擾，會導致信號傳輸錯誤。

1979年施耐德電氣制定了一個用於工業現場的匯流排協議Modbus協議，現在工業中使用RS485通信場合很多都採用Modbus協議，所以今天我們來了解下RS485通信和Modbus通信協議。

【RS485通信】

實際上在RS485之前RS232就已經誕生，但是RS232也有不足：

1、介面的信號電平值較高，達到十幾V，容易損壞介面電路的晶元，而且和TTL電平不兼容，因此和單片機電路接起來的話必須加轉換電路。

2、介面使用的信號線與其他設備形成共地模式的通信，這種共地模式傳輸容易產生干擾，並且抗干擾性能也比較弱。

3、傳輸距離、速率都有限，最多只能通信幾十米；只能兩點之間進行通信，不能夠實現多機聯網通信。

針對RS232介面以上不足，出現了RS485等新的介面標準，RS485具備以下的特點：

1、邏輯「1」以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯「0」以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。介面信號電平比RS232降低了，不易損壞電路的晶元，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

2、RS485通信速度快，數據最高傳輸速率為10Mbps以上；其內部的物理結構，採用的是平衡驅動器和查分接收器的組合，抗干擾能力大大增加。

3、傳輸距離最遠可達到1200米左右，但傳輸速率和傳輸距離是成反比的，只有在100KB/s以下的傳輸速率，才能達到最大的通信距離，如果需要傳輸更遠距離可以使用中繼。

4、可以在匯流排上進行聯網實現多機通信，匯流排上允許掛多個收發器，從現有的RS485晶元來看，有可以掛32、64、128、256等不同個設備的驅動器。

RS485有兩線制和四線制，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少採用。兩線制這種接線方式為匯流排式拓樸結構，在同一匯流排上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網路中一般採用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。

很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個介面的「A」、「B」端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有2個原因：

共模干擾問題：RS-485介面採用差分方式傳輸信號方式，並不需要相對於某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發器有一定的共模電壓範圍，RS-485收發器共模電壓範圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網路才能正常工作。當網路線路中共模電壓超出此範圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞介面。

EMI問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個匯流排就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。

由於PC機默認的只帶有RS232介面，以下方法可以得到PC上位機的RS485電路：

1、通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，對於情況比較複雜的工業環境最好是選用防浪涌帶隔離的產品。

2、通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。

【Modbus通信協議】

Modbus協議是應用於電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網路(例如乙太網)和設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網路，進行集中監控。