485通訊與MODBUS的區(qū)別與聯(lián)系

無痕qf7uhpy2er 2021-04-09

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最近做智能檢測的項目，設(shè)備、串口之間的通訊比較多，一會兒485，一會兒modbus RTU，有點暈了，這里重新梳理一下RS485、485通訊協(xié)議、ModBus通訊協(xié)議、Modbus Rtu通訊這幾個點的聯(lián)系和區(qū)別。

先說RS485吧，RS485是一個工業(yè)常用的物理接口，是物理層的硬件設(shè)備(串口)。是在電腦設(shè)置上看得到的(windows系統(tǒng)-我的電腦-設(shè)備管理器)設(shè)備。

Modbus是一種國際標準的通訊協(xié)議，一般用于不同廠商設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)交換，是應用層的軟件協(xié)議，不能自己單獨存在，必須要依賴于硬件設(shè)備作為實現(xiàn)平臺。不同的硬件具有不同的電氣特性和連接方式，比如RS232、RS485?？梢园袽odbus比作英語，RS232比作印度人，RS485比作美國人，印度人之間講英語時，理解為基于RS232的modbus通信，美國人之間講英語時，理解為基于RS485的modbus通信。

兩臺設(shè)備之間通過Modbus協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，需要硬件接口，于是就有了RS232\RS422\RS485等，其中RS485傳輸距離遠，成為現(xiàn)在最主流的工業(yè)現(xiàn)場硬件接口。

Modbus按照一般維度分為Modbus Rtu、Modbus ASCII、Modbus TCP三種模式。

從接口類型維度來說，Modbus Rtu和ASCII基于串行鏈路，屬于串行通訊口(serial port)，Mobus tcp基于TCP/IP協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(以太網(wǎng))通訊口。

協(xié)議分為硬件協(xié)議和軟件協(xié)議。而通訊協(xié)議屬于軟件協(xié)議，它包含報頭包圍的格式，MODBUS是應用層的通訊協(xié)議，主要用于傳送和接收文件包的格式。而RS232,RS485是物理層的串行接口，它可以支持幾十種通訊協(xié)議，MODBUS只是其中的一種。

Modbus的特征：（1）主從協(xié)議方式(master/slave)

（2）通訊規(guī)約：初始結(jié)構(gòu)-地址碼-功能碼-數(shù)據(jù)區(qū)-校驗碼-結(jié)束結(jié)構(gòu)

（3） modbus協(xié)議本質(zhì)是對寄存器讀寫，通過指定寄存器地址，來交換數(shù)據(jù)

寫了一大堆概念性的東西，現(xiàn)在在面對實際問題，以下是供應商給出來的一句話：

大概需求是我需要通過485串口，給供應商的設(shè)備發(fā)送一個速度信號，這個速度信號的格式要求，是485格式，波特率、奇偶校驗、8個數(shù)據(jù)位這些就不用再說了，了解下串口基礎(chǔ)就知道了，一般都是N81，即“無奇偶校驗、8個數(shù)據(jù)位、1個停止位”，問題的關(guān)鍵在于這個“485格式”。RS485做為一個標準串口通訊，是有自己的標準通信格式的。

可以看到，跟modbus是有些相似的，除了自己的格式外，也可以選擇遵循Modbus通訊規(guī)約，更多的是使用modbus RTU模式通訊格式。

上圖是modbus rtu的通訊規(guī)約，接下里的任務，是搞懂485通訊規(guī)約和modbus rtu通訊規(guī)約的區(qū)別，兩種格式到底區(qū)別在哪里。為什么供應商選擇用485格式，而不是使用的更廣泛的modbus rtu？這兩者之間的優(yōu)缺點又分別是什么？

補充1：

所謂rs485通訊協(xié)議，屬于硬件層協(xié)議。硬件層管什么呢？決定數(shù)據(jù)如何傳輸，比如2進制的數(shù)只有0和1，那么如果1個字節(jié)現(xiàn)在是'0110 0011'，現(xiàn)在這個字節(jié)里的0怎么傳輸和表達，1怎么傳輸和表達，比如rs232就規(guī)定了電壓x伏就表示0，y伏表示1。再比如要選擇多少條線來傳輸，選擇什么材質(zhì)的線來傳輸，這就是硬件層協(xié)議規(guī)定的事情。

同樣RS485通訊協(xié)議也是個硬件層協(xié)議，實際上是關(guān)于電平、電壓的約定。搞軟件的不一定看得懂，特別是應用層軟件。

比如這樣，再比如這樣，亦或是這樣反正我是看不懂的

但是我弄清楚了什么叫所謂的RS485通訊協(xié)議，是硬件的、關(guān)于電平、電壓的，一個規(guī)約，跟應用軟件沒半毛錢關(guān)系。

補充2(2020.12.14)：

起始我糾結(jié)了半天，就是被串口通訊和modbus rtu搞暈了，一周之后回過頭來看，就顯得有點笨，但是還是硬著頭皮補充完整吧。

串口通訊和Modbus rtu的有哪些區(qū)別，又有哪些共同點呢？

從概念上來說，都是串口，rtu起始就是基于串口的，所以共同點就是，rtu和串口通訊，都要設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗等


    // 波特率常量
    private final static int  BAUD_RATE   = 9600;
    // 廣播地址
    // private final static int broadcast_SLAVE_ADDRESS = 0;
    // 數(shù)據(jù)位
    private final static int  DATABITS_8  = 8;
    // 停止位
    private final static int  STOPBITS_1  = 1;
    // 奇偶校驗
    private final static int  PARITY_NONE = 0;

不同點是，串口通訊需要串口對象，而modbus需要從機地址(設(shè)備地址)，如果是廣播模式就需要廣播地址，一般是0。


// MODBUS的設(shè)備(從機)地址。 默認為254， 但由于本設(shè)備不支持254的地址，所以需要修改設(shè)備的地址為1.
    private final static int        SLAVE_ADDRESS = 1;
    // 廣播地址
    private final static int        broadcast_SLAVE_ADDRESS = 0;

下面貼一段經(jīng)典的，串口程序，第一段是打開串口，第二段是往串口發(fā)送數(shù)據(jù)的


public static final SerialPort openPort(String portName, int baudrate) throws PortInUseException {
        try {
            // 通過端口名識別端口
            CommPortIdentifier portIdentifier = CommPortIdentifier.getPortIdentifier(portName);
            // 打開端口，并給端口名字和一個timeout（打開操作的超時時間）
            CommPort commPort = portIdentifier.open(portName, 2000);
            // 判斷是不是串口
            if (commPort instanceof SerialPort) {
                SerialPort serialPort = (SerialPort) commPort;
                try {
                    // 設(shè)置一下串口的波特率等參數(shù)
                    // 數(shù)據(jù)位：8
                    // 停止位：1
                    // 校驗位：None
                    serialPort.setSerialPortParams(baudrate, SerialPortManager.DATABITS_8, SerialPortManager.STOPBITS_1,
                            SerialPortManager.PARITY_NONE);
                } catch (UnsupportedCommOperationException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return serialPort;
            }
        } catch (NoSuchPortException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

入?yún)⑹谴诿Q和波特率。返回值是實體對象。


 public static void sendToPort(SerialPort serialPort, byte[] order) {
        OutputStream out = null;
        try {
            out = serialPort.getOutputStream();
            out.write(order);
            out.flush();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (out != null) {
                    out.close();
                    out = null;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

入?yún)⑹谴趯ο髮嶓w，即第一段打開串口代碼的返回值。用的是outPutStream，輸出流。

而modbus rtu是怎么實現(xiàn)串口打開和發(fā)送呢，起始modbus只是基于串口，本質(zhì)上還是主從機之間的通訊。


// 實例化ModBus工廠
        ModbusFactory modbusFactory = new ModbusFactory();
        ModbusMaster master = modbusFactory.createRtuMaster(serialParameters);

跟SerialPort實體類似，ModbusMaster是個主機對象，當你將其init()的時候，在modbus角度你開啟了主機，其實就是打開了串口。

modbus的發(fā)送不用贅述，基本就是遵循modbus的格式，功能碼、寄存器地址、寄存器數(shù)量、數(shù)據(jù)位等等。例如16功能碼，代表寫入多個連續(xù)保持寄存器，支持廣播模式。

這是16碼的格式：