1、北京新大陆时代教育科技有限公司王 毅 峰“1+X”传感网应用开发 北京新大陆时代教育科技有限公司王 目录目录CONTENTS01硬件层通信协议02RS485总线开发总线开发03RS-485主从模式04Modbus协议智能安防系统开发目录C O N T E N T S 0 1 硬件层通信协议0 2 R S 4 8 5 总线开发总线概述总线概述在20世纪80年代中后期，随着工业控制、计算机、通信以及模块化集成等技术的发展，出现了现场总线控制系统。按照国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是应用在制造或过程区域现场装置与控制室内自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它也被称
2、为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。在计算机领域，总线最早是指汇集在一起的多种功能的线路。经过深化与延伸之后，总线指的是计算机内部各模块之间或计算机之间的一种通信系统，涉及硬件（器件、线缆、电平）和软件（通信协议）。当总线被引入嵌入式系统领域后，它主要用于嵌入式系统的芯片级、板级和设备级的互连。在总线的发展过程中，有多种分类方式。l 一是按照传输速率分类：可分为低速总线和高速总线。l 二是按照连接类型分类：可分为系统总线、外设总线和扩展总线。l 三是按照传输方式分类：可分为并
3、行总线和串行总线。本书主要关注计算机与嵌入式系统领域的高速串行总线技术。总线概述在2 0 世纪8 0 年代中后期，随着工业控制、计算机、通信2串行通信的基础知识串行通信的基础知识1.1.什么是串行通信什么是串行通信学习RS-485通信标准就不得不提串行通信，因为RS-485通信隶属于串行通信的范畴。在计算机网络与分布式工业控制系统中，设备之间经常通过各自配备的标准串行通信接口，加上合适的通信电缆实现数据与信息的交换。所谓“串行通信”是指外设和计算机之间，通过数据信号线、地线与控制线等，按位进行传输数据的一种通信方式。目前常见串行通信接口标准有RS-232、RS-422和RS-485等。另外，S
4、PI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）、I2C（Inter-Integrated Circuit，内置集成电路）和CAN（Controller Area Network，控制器局域网）通信也属于串行通信。2 串行通信的基础知识1.什么是串行通信学习R S-4 8 5 通2串行通信的基础知识串行通信的基础知识2.2.常见的电平信号及其电气特性常见的电平信号及其电气特性在电子产品开发领域，常见的电平信号有TTL电平、CMOS电平、RS-232电平与USB电平等。由于它们对于逻辑“1”和逻辑“0”的表示标准有所不同，因此在不同器件之间进行通信时，要特别注意电平信
5、号的电气特性。电平信号电平信号名称名称输入输入输出输出说明说明逻辑1逻辑0逻辑1逻辑0TTL电平电平2.0V0.8V2.4V0.4V噪声容限较低，约0.4V。MCU芯片引脚都是TTL电平。CMOS电平电平0.7Vcc0.3Vcc0.8Vcc0.1Vcc噪声容限高于TTL电平，Vcc为供电电压。逻辑1逻辑0RS-232电平电平-15V-3V+3V+15VPC机的COM口为RS-232电平。USB电平电平(VD+-VD-)200mV(VD-VD+)200mV采用差分电平，4线制：VCC、GND、D+和D-。2 串行通信的基础知识2.常见的电平信号及其电气特性在电子2串行通信的基础知识串行通信的基础
6、知识RS-232电平与TTL电平的逻辑表示对比2 串行通信的基础知识R S-2 3 2 电平与T T L 电平的逻辑表示对知识链接01通讯协议介绍02485收发器04Modbus协议03485总线与主从模式知识链接0 1 通讯协议介绍0 2 4 8 5 收发器0 4 Mo d b u s 协议设备设备148501通讯协议之硬件层协议介绍1通信通信协议协议硬件层硬件层协议协议软件层软件层协议协议设备设备201011101单片机管脚输出TTL当输出当输出0时时 小于小于0.4V当输出为当输出为1时时 大于大于2.4V当当MCU发出发出0时，时，485转换器出来的电平是转换器出来的电平是0:VbVa
7、 当当MCU发出发出1时，时，485转换器出来的电平是转换器出来的电平是1:VaVb 485TTL-485称为称为发送器发送器485-TTL称为称为接收器接收器解决数据传输问题，RS232 RS485 CAN设备1 4 8 5 0 1 通讯协议之硬件层协议介绍1 通信协议硬件层协议01通讯协议之硬件层协议介绍2硬件层硬件层协议协议：解决数据怎么传，解决数据怎么传，RS232 RS485，CAN IIC SPI等约定怎么传数据，等约定怎么传数据，发个发个1给对方，这条线的电压应该是多少给对方，这条线的电压应该是多少伏等，即都是解决伏等，即都是解决0 和和1 怎么传送的问题怎么传送的问题USART
8、USART只是一种协议方式，根据不同电平方式分为只是一种协议方式，根据不同电平方式分为RS232RS232和和RS485RS4850 1 通讯协议之硬件层协议介绍2 硬件层协议：解决数据怎么传，R通讯协议之硬件件层协议介绍3TTL485需要发送器需要发送器 485TTL接要接收器接要接收器通常发送器和接收器做在同一个芯片中，但是发送器和接收器不能同时工通常发送器和接收器做在同一个芯片中，但是发送器和接收器不能同时工作，通过硬件上的连线作，通过硬件上的连线，单片机来操作控制引脚让它某一时刻是工作在接，单片机来操作控制引脚让它某一时刻是工作在接收状态还是发送状态。收状态还是发送状态。485通信实际
9、上是一个差分的通信模式，通信实际上是一个差分的通信模式，A B线上的电压差代表线上的电压差代表0和和1 。02485收发器通讯协议之硬件件层协议介绍3 T T L 4 8 5 需要发送器 4管管脚脚编编号号名名称称功能描述功能描述1RO接收器输出（至MCU）2接收允许（低电平有效）3DE发送允许（高电平有效）4DI发送器输入（来自MCU）5GND接地6A发送器同相输出/接收器同相输入7B发送器反相输出/接收器反相输入8VCC电源电压02485收发器管脚编号名称功能描述1 R O 接收器输出（至MC U）2 接收允许（03485总线与主从模式0 3 4 8 5 总线与主从模式软件层软件层协议协议
10、：解决如果解释这个数据的传输，传过来的是温度还是湿度等。485发送器和接收器合在一起，称为485发送器，485发送器规定在发送时，对方不可以发送，只能传一个方向（单工），便是就是同样的一根线，又想发数据给对方，又想收到对方返回来的数据，即想实现半双工，需要软件层的协议做保障。485要想实现半双式通信，要进行约定，其中主从模式就是一种约定。主从模式：主从模式：1.系统中只能有一个主机系统中只能有一个主机2.任何时候所有从机不能给主机主动发送数据任何时候所有从机不能给主机主动发送数据03485总线与主从模式软件层协议：解决如果解释这个数据的传输，传过来的是温度还是湿3.上电后所有设备处于接收状态（
11、监听）上电后所有设备处于接收状态（监听）03485总线与主从模式3.上电后所有设备处于接收状态（监听）0 3 4 8 5 总线与主从模5.从机接收到数据后，改为发送状态，因为要回应数据从机接收到数据后，改为发送状态，因为要回应数据给主机。回应结束要改为接收状态。给主机。回应结束要改为接收状态。4.主机要发送数据，先把自己设置为发送状态（通过改主机要发送数据，先把自己设置为发送状态（通过改指定指定IO口的电平为口的电平为1）,发送结束设置为接收状态发送结束设置为接收状态03485总线与主从模式5.从机接收到数据后，改为发送状态，因为要回应数据给主机。Modbus从机协议实现的必备条件03Modb
12、us协议6.任何一次数据发送由主机发起，主机发送的是有任何一次数据发送由主机发起，主机发送的是有规定格式的寻址数据帧。凡是遵循约定的、公开的规定格式的寻址数据帧。凡是遵循约定的、公开的、共通性的，可以在不同设备厂商的设备上可以解、共通性的，可以在不同设备厂商的设备上可以解析的协议，就是软件层协议。析的协议，就是软件层协议。Modbus就是这样的就是这样的一种软件层协议一种软件层协议Mo d b u s 从机协议实现的必备条件0 3 Mo d b u s 协议6.503Modbus协议特点Modbus通信协议是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，完全免费。Modbus通信协议是应用于电子控制器
13、上的一种通用协议，目前已成为一通用工业标准。多工业设备包括PCLDCS变频器智能仪表等都在使用。Modbus使不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。Modbus支持多种电气接口，如RS-232、RS-485,还可以在各种介质上传输，如双绞线、光纤、无线等。5 0 3 Mo d b u s 协议特点5 Modbus是一种单主/多从的通信协议，即：在同一时间里，总线上只能有一个主设备，但可以有一个或多个（最多247个）从设备。MODBUS协议的某些特性是固定的，如信息帧结构，帧顺序，通讯错误和异常情况的处理，以及所执行的功能码等，都不能随便改动。其他特性是属于用户可选的如传输介质，
14、波特率，字符奇偶校验，停止位个数，参数字址定义等03Modbus协议l 设备地址：设备地址：被选中的从设备地址。l 功能码：功能码：告知被选中的从设备要执行何种功能。l 数据段：数据段：包含从设备要执行功能的附加信息。如：功能码“03”要求从设备读保持寄存器并响应寄存器的内容，则数据段必须包含要求从设备读取寄存器的起始地址及数量。l 差错检测区：差错检测区：为从机提供一种数据校验方法，以保证信息内容的完整性。5 Mo d b u s 是一种单主/多从的通信协议，即：在同一时 在Modbus网络中，主设备向从设备发送Modbus请求报文的模式有两种：单播模式与广播模式：l 单播模式：单播模式：主
15、设备寻址单个从设备。l 广播模式：广播模式：主设备向Modbus网络中的所有从设备发送请求报文，从设备接收并处理完毕后不要求返回响应报文。03Modbus请求报文的模式 在Mo d b u s 网络中，主设备向从设备发送Mo d b u s 请求报MODBUS通信协议提供了ASCIl和RTU（远程终端单元）两种通信模式。ASCll模式的主要优点是允许字符之间的时间间隔长达1S，也不会出现错误。RTU模式的优点是在相同波特率下其传输的字符的密度高于ASCIl模式，每个信息必须连续传输。03Modbus请求报文的模式MO D B U S 通信协议提供了A S C I l 和R T U（远程终端单元
16、）5003ASCII消息消息帧格式帧格式起始位：1位数据长度：7位，低位先送校验位：1位（有校验），0位（无校验）停止位：1位（有校验），2位（无校验）波特率：可选ASCIl模式数据传送约定在数据格式中每个16进制字符（09）、（AF）都转换成ASCll码发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达1秒，而不产生错误。5 0 0 3 A S C I I 消息帧格式起始位：1 位5起始位：1位数据长度：8位，低位先送校验位：1位（有校验），0位（无校验）停止位：1位（有校验），2位（无校验）波特率：可选03RTU消息帧消息帧格式格式5 起始位：1 位0 3 R T U 消息帧格式503应答与
17、错误应答与错误监测监测当主站向从站发送信息时，全部通信由二部份组成：一是主站向从站的发送，我们叫查询，又叫请求。二是从站对主站的应答，也叫回传，响应。应答的目的是告诉主站是否有错和回答主站的相关通信请求。通信协议对查询和应答的时间，数据格式，验错方法都会给出相应的规定。MODBUS规定：当查询主站的变化来指示是否有错误发生。无错误正常应答，从站仅回应相同的功能码。对有错或异常的应答，从站应答时，将其功能码最高位b7置1。同时，从站还应将错误代码放入数据区告诉主站发生了什么错误。5 0 3 应答与错误监测当主站向从站发送信息时，全部通信由二部份5代码代码功能码名称功能码名称位位/字操作字操作操作
18、数量操作数量01读线圈状态位操作单个或多个02读离散输入状态位操作单个或多个03读保持寄存器字操作单个或多个04读输入寄存器字操作单个或多个05写单个线圈位操作单个06写单个保持寄存器字操作单个15写多个线圈位操作多个16（0 x10）写多个保持寄存器字操作多个 用户自定义的功能码由用户自己定义，无法确保其唯一性，代码范围为：6572和100110。本节主要讨论RTU模式的公共功能码。03Modbus功能功能码码5 代码功能码名称位/字操作操作数量0 1 读线圈状态位操作单个或5从设备地址功能码起始地址寄存器个数CRC校验060100 1600 211C 61地址范围取值字节值2229ON-O
19、N-OFF-OFF-OFF-ON-OFF-OFF0 x233037ON-ON-OFF-ON-OFF-OFF-OFF-ON0 x8B3845OFF-OFF-ON-OFF-OFF-ON-OFF-OFF0 x244653OFF-OFF-ON-OFF-OFF-OFF-ON-ON0 xC454ON0 x01状态“ON”与“OFF”分别代表线圈的“开”与“关”。响应报文响应报文应为应为：06 01 05 23 8B 24 C4 01 ED 9C03读线圈读线圈/离散量输出状态功能码离散量输出状态功能码 015 从设备地址功能码起始地址寄存器个数C R C 校验0 6 0 1 0 0 5从设备地址功能码起始
20、地址寄存器个数CRC校验040200 7700 1E48 4D地址范围取值字节值119126ON-OFF-ON-ON-OFF-ON-OFF-ON0 xAD127134ON-ON-ON-OFF-ON-ON-OFF-ON0 xB7135142ON-OFF-ON-OFF-OFF-OFF-OFF-OFF0 x05143148OFF-OFF-OFF-ON-ON-ON0 x38响应报文响应报文应为应为：04 02 04 AD B7 05 38 3C EA03读离散量输入值功能码读离散量输入值功能码 025 从设备地址功能码起始地址寄存器个数C R C 校验0 4 0 2 0 0 5从设备地址功能码起始地址
21、寄存器个数CRC校验060300 D200 04E5 87响应报文：响应报文：06 03 08 02 6E 01 F3 01 06 59 AB 1E 6A从设备地址功能码数据域字节数4个数据CRC校验06030802 6E 01 F3 01 06 59 AB1E 6A 注意：Modbus的保持寄存器和输入寄存器是以字为基本单位，即：每个寄存器分别对应2个字节。请求报文连续读取4个寄存器的内容，将返回8个字节。03保持寄存器值功能码保持寄存器值功能码 035 从设备地址功能码起始地址寄存器个数C R C 校验0 6 0 3 0 0 5从设备地址功能码起始地址寄存器个数CRC校验060401 90
22、00 0530 6F响应报文：响应报文：06 04 0A 1C E2 13 5A 35 DB 23 3F 56 E3 51 3A从设备地址功能码数据域字节数4个数据CRC校验06040A1C E2 13 5A 35 DB 23 3F 56 E351 3A03读输入寄存器值功能码读输入寄存器值功能码 045 从设备地址功能码起始地址寄存器个数C R C 校验0 6 0 4 0 1 5从设备地址功能码起始地址变更数据CRC校验040500 98FF 000D 80响应报文：响应报文：04 05 00 98 FF 00 0D 80从设备地址功能码数据域字节数4个数据CRC校验040500 98FF
23、000D 8003写单个线圈或单个离散输出功能码写单个线圈或单个离散输出功能码 055 从设备地址功能码起始地址变更数据C R C 校验0 4 0 5 0 0 95从设备地址功能码起始地址变更数据CRC校验030600 8202 AB68 DF响应报文：响应报文：03 06 00 82 02 AB 68 DF从设备地址功能码起始地址寄存器数CRC校验030600 8202 AB68 DF03写单个写单个保持寄存器保持寄存器功能码功能码 065 从设备地址功能码起始地址变更数据C R C 校验0 3 0 6 0 0 85响应报文：响应报文：03 0F 00 14 00 0F 54 29从设备地址
24、功能码起始地址寄存器数CRC校验030F00 1400 0F54 29从设备地址从设备地址功能码功能码起始地址起始地址寄存器数寄存器数字节数字节数变更数据变更数据CRC校验校验030F00 1400 0F02C2 03EE E1地址范围地址范围取值取值字节值字节值2027OFF-ON-OFF-OFF-OFF-OFF-ON-ON0 xC22834ON-ON-OFF-OFF-OFF-OFF-OFF0 x0303写多个线圈功能码写多个线圈功能码15（0 x0F）5 响应报文：0 3 0 F 0 0 1 4 0 0 0 F 5 4 2 9 从5响应报文：响应报文：05 10 00 15 00 03 9
25、0 48从设备地址功能码起始地址寄存器数CRC校验051000 1500 0390 48从设备地址从设备地址功能码功能码起始地址起始地址寄存器数寄存器数字节数字节数变更数据变更数据CRC校验校验051000 1500 030653 6B 05 F3 2A 083E 7203写多个保持寄存器功能码写多个保持寄存器功能码16（0 x10）5 响应报文：0 5 1 0 0 0 1 5 0 0 0 3 9 0 4 8 从6应用案例：智能安防系统构建应用案例：智能安防系统构建6 应用案例：智能安防系统构建6任务任务1 案例分析案例分析l PC机一台（作为上位机）；l 网关一个；l RS-485通信节点三
26、个（一个作为主机、两个作为从机）；l 火焰传感器一个（安装在从机1上）；l 可燃气体传感器一个（安装在从机2上）；l USB转485调试器一个。整个系统由两个RS-485网络构成，RS-485网络1含一个主机节点，两个从机节点，使用Modbus通信协议作为应用层协议。主机节点与网关之间的连接基于RS-485网络2，网关通过以太网连接到云平台。本案例要求搭建一个基于RS-485总线的智能安防系统，系统构成如下：1.系统构成系统构成6 任务1 案例分析P C 机一台（作为上位机）；整6任务任务1 案例分析案例分析 在RS-485网络1中，从机节点可连接三种类型的传感器：开关量、模拟量和数字量。另外
27、，我们需要对从机节点的地址与传感器类型编号进行配置，它们的数据类型为数字量。根据Modbus功能码的相关基础知识，我们可规划本系统的功能码、寄存器地址与传感器的对应关系2.系统数据通信协议分析系统数据通信协议分析（1）RS-485网络网络1的数据帧的数据帧功能码功能码寄存器地址寄存器地址传感器传感器（数据）类型（数据）类型传感器（数据）名称传感器（数据）名称0 x020 x02读离散输入状态读离散输入状态0 x0000开关量人体红外传感器0 x0001声音传感器0 x0002红外传感器0 x030 x03读保持寄存器读保持寄存器0 x0000数字量温湿度传感器0 x0001本节点地址0 x00
28、02节点连接的传感器类型0 x040 x04读输入寄存器读输入寄存器0 x0000模拟量光敏传感器0 x0001空气质量传感器0 x0002火焰传感器0 x0003可燃气体传感器0 x060 x06写单个保持寄存器写单个保持寄存器0 x0001数字量配置（写）节点地址0 x0002配置（写）传感器类型6 任务1 案例分析 在R S-4 8 5 网络1 中，6任务任务1 案例分析案例分析传感器类型代号定义2.系统数据通信协议分析系统数据通信协议分析（1）RS-485网络网络1的数据帧的数据帧传感器传感器类型类型温湿度温湿度人体人体检测检测火焰火焰可燃可燃气体气体空气质空气质量量光敏光敏声音传声音
29、传感器感器红外传红外传感器感器心率传心率传感器感器代号代号1234567896 任务1 案例分析传感器类型代号定义2.系统数据通信协议分6任务任务1 案例分析案例分析本案例的RS-485通信采用Modbus RDU模式，接下来对几种常用的主机请求与从机响应的通信帧进行介绍。温湿度数据采集（数字量，功能码温湿度数据采集（数字量，功能码0 x03）如果主机需要读取从机1的温湿度数据，主机发送请求帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器数量寄存器数量2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x030 x0000
30、0 x00010 x840A从机1收到Modbus通信帧后，假设温度值为25摄氏度，湿度值25%，则响应帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节返回字节数返回字节数1 1个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x030 x020 x19190 x721E6 任务1 案例分析本案例的R S-4 8 5 通信采用Mo d b u s 6任务任务1 案例分析案例分析 可燃气体传感器数据采集（模拟量，功能码可燃气体传感器数据采集（模拟量，功能码0 x04）如果主机需要读取从机1的可燃气体传感器数据，主机发送请求帧地址地址1 1
31、个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器数量寄存器数量2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x040 x00030 x00010 xC1CA从机1收到Modbus通信帧后，响应帧中返回ADC值300（0 x012C）。地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节返回字节数返回字节数1 1个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x040 x020 x012C0 xB97D6 任务1 案例分析 可燃气体传感器数据采集（模拟量，功能码6任务任务1 案例分
32、析案例分析 火焰传感器数据采集（模拟量，功能码火焰传感器数据采集（模拟量，功能码0 x04）如果主机需要读取从机1的火焰传感器数据，主机发送请求帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器数量寄存器数量2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x040 x00020 x00010 x900A从机1收到Modbus通信帧后，响应帧中返回ADC值200（0 x00C8）。地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节返回字节数返回字节数1 1个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验
33、校验2 2个字节个字节0 x010 x040 x020 x00C80 xB8A66 任务1 案例分析 火焰传感器数据采集（模拟量，功能码0 x6任务任务1 案例分析案例分析 声音传感器数据采集（开关量，功能码声音传感器数据采集（开关量，功能码0 x02）如果主机需要采集从设备1的声音传感器数据，主机发送请求帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器数量寄存器数量2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x020 x00010 x00010 xE80A从机1收到Modbus通信帧后，响应帧中返回值1。地址地址
34、1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节返回字节数返回字节数1 1个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x020 x010 x010 x60486 任务1 案例分析 声音传感器数据采集（开关量，功能码0 x6任务任务1 案例分析案例分析 配置从机传感器类型（数字量，功能码配置从机传感器类型（数字量，功能码0 x06）如果主机需要配置从机1的传感器类型为可燃气体传感器，主机发送请求帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器寄存器值值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验
35、2 2个字节个字节0 x010 x060 x00020 x00040 x29C9从机1收到Modbus通信帧后，修改本机的传感器类型，发送响应帧。地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x060 x00020 x00040 x29C96 任务1 案例分析 配置从机传感器类型（数字量，功能码0 x6任务任务1 案例分析案例分析 配置从机节点地址（数字量，功能码配置从机节点地址（数字量，功能码0 x06）如果主机需要将从机的节点地址由“0 x01（一号节点）”
36、配置为“0 x02（二号节点）”，主机发送请求帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器寄存器值值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x060 x00010 x00020 x59CB从机1收到Modbus通信帧后，修改本机的传感器类型，发送响应帧地址地址1 1个字节个字节功能码功能码1 1个字节个字节寄存器地址寄存器地址2 2个字节个字节寄存器值寄存器值2 2个字节个字节CRCCRC校验校验2 2个字节个字节0 x010 x060 x00010 x00020 x59CB6 任务1 案例分析 配置从机节
37、点地址（数字量，功能码0 x 06任务任务1 案例分析案例分析RS-485网络1的主机需要将采集到的传感器数据通过网关节点上报至云平台。（2）通过）通过RS-485网络上传到网关的数据帧网络上传到网关的数据帧组成部分组成部分（缩写）（缩写）帧起始符帧起始符（START）地址域地址域（ADDR）命令码域命令码域（CMD）数据长度域数据长度域（LEN）传感器类型传感器类型（TYPE）数据域数据域（DATA）校验码域校验码域（CS）长度长度1 Byte2 Byte1 Byte1 Byte1 Byte2 Bytes1 Byte内容内容固定为0 xDDDstAddr见本表格说明Length见本表格说明D
38、ataCheckSum举例举例0 xDD0 x00020 x020 x090 x010 x180 x400 x51l 帧起始符：固定为0 xDD；l 地址域：为发送节点的地址；l 命令码域：0 x01代表上报CAN网络的数据，0 x02代表上报RS-485网络的数据；l 数据长度域：固定为0 x09，即：9个字节；l 传感器类型：1温湿度传感器，2人体检测传感器，3火焰传感器，4可燃气体，5空气质量传感器，6光敏二极管，7声音传感模块，8红外传感模块，9心率传感器，10其他；l 数据域：占2个字节，高8位和低8位。如：对应温湿度传感器，高8位为温度值，低8位为湿度值。则温度24对应0 x18，
39、湿度64%对应0 x40；l 校验码域：采用和校验方式，计算从“帧起始符”到“数据域”之间所有数据的累加和，并将该累加和与0 xFF按位与而保留低8位，将此值作为CS的值。6 任务1 案例分析R S-4 8 5 网络1 的主机需要将采集到的传感6任务任务1 案例分析案例分析3.系统工作流程分析系统工作流程分析系统的工作流程如下：（1）RS-485网络1的主机每隔0.5秒发送一次查询从机传感器数据的Modbus通信帧；（2）RS-485网络1中的从机收到通信帧后，解析其内容，判断是否发给自己的。然后根据功能码要求采集相应的传感器数据至主机；（3）主机收到从机的传感器数据后，通过RS-485网络2
40、上报至网关；（4）网关通过TCP/IP协议将传感器数据上传至云平台。6 任务1 案例分析3.系统工作流程分析系统的工作流程如下：6任务任务2 完成工程代码完成工程代码完善完善Modbus从机代码从机代码 编写编写ModbusModbus通信帧解通信帧解析函数析函数 完善完善ModbusModbus帧与帧与ModbusModbus协议管理器的结构体定义协议管理器的结构体定义 编写读取传感器数据并回复响应帧的函编写读取传感器数据并回复响应帧的函数数0102036 任务2 完成工程代码完善Mo d b u s 从机代码 教材配套代码教材配套代码教材配套代码教材配套代码教材配套代码教材配套代码R S-
41、总线通信应用R S-总线通信应用6任务任务3 系统搭建系统搭建1.硬件接线硬件接线书上此处是错的6 任务3 系统搭建1.硬件接线书上此处是错的6任务任务3 系统搭建系统搭建2.节点固件下载节点固件下载（1）主控模块板设置）主控模块板设置 将M3主控模块板的JP1拨码开关拨向“boot”模式，（2）配置串行通信与）配置串行通信与Flash参数参数 使用ST官方出品的ISP（In-System Programming，在线编程）工具“Flash Download Demostrator”进行固件的下载。串口下载6 任务3 系统搭建2.节点固件下载（1）主控模块板设置 6任务任务3 系统搭建系统搭建
42、 打开该工具后，需要配置串行通信口及其通信波特率，软件读到硬件设备后，选择MCU型号为STM32F1_High-denity-512k，点击NEXT命令按钮 6 任务3 系统搭建 打开该工具后，需要配置串行通6任务任务3 系统搭建系统搭建（3）选择需要下载的固件）选择需要下载的固件 配置好串行通信与Flash参数之后，我们还应对需要下载的固件文件进行选择按照上述步骤，分别下载另外两个节点的固件。6 任务3 系统搭建（3）选择需要下载的固件 配6任务任务3 系统搭建系统搭建 使用“M3主控模块配置工具”（路径：资源包/485初级/节点配置工具）进行RS-485节点的配置。需要配置的内容有两个，一
43、是节点地址，二是传感器类型。l 从机节点1的地址配置为“0 x01”，连接传感器类型配置为“火焰传感器”。l 从机节点2的地址配置为“0 x02”，连接传感器类型配置为“可燃气体传感器”。3.节点配置节点配置6 任务3 系统搭建 使用“M3 主控模块配置工具”（路径：资源6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目1.新建项目新建项目登录云平台后，先点击“开发者中心”，然后点击“新增项目”在弹出的“添加项目”对话框中，可对“项目名称”、“行业类别”以及“联网方案”等信息进行填充在本案例中，我们设置“项目名称”为“智能安防系统”，“行业类别”选择“工业物联”（可以随便选），“联网方案”选择“以太网
44、”。6 任务4 云平台创建项目1.新建项目登录云平台后，先点击“6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目2.添加设备添加设备项目新建完毕后，我们可为其添加设备从中可以看到，我们需要对“设备名称”（标号处）、“通讯协议”（标号处）和“设备标识”（标号处）进行设置。点击“确定添加设备”6 任务4 云平台创建项目2.添加设备项目新建完毕后，我们可6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目 将标号处的“设备标识”和标号处的“传输密钥”记下，网关配置时需用到这些信息。6 任务4 云平台创建项目 将标号处的“设备标6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目 如果网关设备是首次上线的，或者网关上线后传感器
45、数据未成功上报，请按以下步骤操作生成ApiKey即可6 任务4 云平台创建项目 如果网关设备是首次上线6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目3.添加传感器添加传感器当网关上线时，会自动识别Modbus总线上接的传感器设备，所以无需手工添加传感器设备。6 任务4 云平台创建项目3.添加传感器当网关上线时，会自动6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目4.配置网关接入云平台配置网关接入云平台确认网关与PC处于同一网段后，打开PC机上的浏览器，在地址栏输入“192.168.14.200:8400”进入配置界面。点击标号处的标签，将出现图所示的网关配置界面。在此界面的标号-处填写好对应的内容，点击标号处的“设置”按钮即可完成网关的配置。将网关的LAN口与PC通过网线相连，WAN口与外网相连。6 任务4 云平台创建项目4.配置网关接入云平台确认网关与P6任务任务4 云平台创建项目云平台创建项目5.系统运行情况分析系统运行情况分析用户可使用历史数据显示功能，即可查看上传的数据情况。网页每隔5秒刷新一次。6 任务4 云平台创建项目5.系统运行情况分析用户可使用历史R S-总线通信应用
