光照度传感器之RS485 通信与 Modbus 协议

使用的传感器是光照度传感器，如下图所示。

该传感器有五条线，颜色与下表所示的功能相对应。

注意，485A和B千万不要！

默认设备地址为0x01

传感器只能通过0x03指令读取光照度信息，光照度数据共32位，地址高16位0x07在寄存器中，地址低16位0x08寄存器。

其中，485-RX和485-TX可直接与单片机的串口相连。485-DIR接收普通输出IO可用于控制通信方向：默认情况下，低电平（处于接收状态），发送时拉高，发送后拉低！

UART、 I2C、 SPI 这些通信协议是底层协议和位级协议。Modbus这种通信协议是字节级的，称为应用层通信协议。该协议描述了控制器访问其他设备的过程，如何响应其他设备的要求，以及如何检测错误记录，并制定了通信数据的模式和内容的公共格式。

多机通信时， Modbus 协议规定，每个控制器必须知道其设备地址，识别根据地址发送的数据，并决定是否有动作和什么动作。如果需要回应，控制器将使用生成的反馈信息 Modbus 协议发出。

Modbus 通信传输方式有两种，一种是 ASCII 一种是模式 RTU 模式。实际场合使用较多的当数RTU协议帧模式RTU格式如下图所示：

Modbus 的 RTU模式规定不同数据帧之间的间隔 3.超过5个字节通信时间(通常设置为5个ms）。

设备地址：每个设备都有自己的地址。当设备收到一帧数据时，程序首先判断和比较设备地址字节。如果它不同于自己的地址，则直接忽略这帧数据。如果它与自己的地址相同，则需要分析这帧数据。

如果地址是 0x00，被认为是命令，是所有从机设备都要执行的指令。

功能代码：在第二个字节功能代码字节中， Modbus 规定了一些功能代码。我们经常使用它0x03:读取一个或连续的寄存器以及0x06:写入单个寄存器。本文重点介绍了本项目中使用的光照度传感器，我们主要在程序中阅读传感器的数据0x03功能码。

数据：跟在功能代码后面的是 n 个 8bit 数据 n 值是由功能代码确定的。不同功能代码背后的数据数量不同。当主机向从机器（传感器）发送读取数据的请求命令时，主机发送数据 n 组成部分为： 2 个字节的寄存器起始地址，加 2 寄存器数量的字节 N。如下图所示： 当从机接收到主机的请求命令并响应主机发送的命令时，从机数据 n 组成部分为： 1 因为我们回复的寄存器值是个字节的字节数 2 所以这个字节是字节数 2N 个，再加上 2N 寄存器值。如下图所示：

这里可能有点绕，但没关系。结合我们的实际传感器数据，这些规定可能很清楚。顺便说一句，我们需要提到的一件事是：在 Modbus 协议里寄存器的地址和数值都是 16 位(两个字节)。

CRC校验：CRC 除了最后两个字节外，校验函数还计算了前面所有字节的特定算法，计算后生成了一帧数据 16bit作为数据 CRC 在一帧数据的最后添加校准码。接收人收到数据后，前面的字节也会进行 CRC 计算，计算和发送 16bit 的 CRC 对数据进行比较，如果相同，则认为数据正常，无错误。如果比较不同，则表明数据在传输过程中出现错误。这一帧的数据将被丢弃，就像没收一样，发送方将在没有响应后进行相应的错误处理。

关于具体的CRC验证算法，如果真的看不懂，也不用深究，先用！

两个将用在下面Modbus调试上位机，演示实际情况Modbs通信过程。两款上位机均可从<这里>获取。提取码：fkc9

界面如下图所示：

通过RS485转串设备将传感器连接到计算机选择相应的COM口，其他设置如上图所示，然后单击打开串口。将寄存器地址写入读取寄存器区域：7，数量为2。(即读取0x07和0x08两个寄存器的内容)写入发送窗口01 03 00 07 00 02 75 CA，点击读出，就会收到01 03 04 00 00 00 00 5F BA 0B

下面将详细解释发送和接收的每个字节的含义。

发送

接收

所以我们读取到的光照强度位：0x42，即95Lux

这里再次体会前面的协议规定中的主机发送请求，从机发送回应。还有前面提到的在 Modbus 协议里寄存器的地址和数值都是 16 位的（两个字节）。

这个当然就是和这个传感器配套的上位机咯~

但是协议和上面介绍的通用一毛一样，可以比对学习。

emmmm，整个协议的分析和数据的读取到这里基本告一段落。