Используем протокол ModBus | Arduino-технология

Об этом проекте.

Modbus — стандартный протокол последовательной связи. В настоящее время стал общедоступным средством подключения промышленных электронных устройств. В Modbus RTU и Modbus ASCII интерфейс RS485 используется как физический уровень. Этот интерфейс можно использовать Arduino как Slave (а с некоторыми ограничениями и как Master) в приложениях Modbus. В качестве последовательной связи будем использовать плату RS422/RS485 Shield. Она предназначена для использования с Arduino UNO и другими совместимыми платами, такими как Arduino 101, STM Nucleo и т. д. Плата имеет гальваническую развязку между шиной RS485 и Arduino. Без такой изоляции возможно повреждение Arduino или неисправность устройства из-за больших расстояний шины RS485. Кроме того, имеется возможность подключить и полнодуплексный интерфейс — RS422.

Цель этой статьи — показать, как создать простое ведомое устройство Modbus на основе Arduino UNO. Будем использовать ПК в качестве мастера Modbus.

Демонстрация<span data-mce-type="bookmark" style="display: inline-block; width: 0px; overflow: hidden; line-height: 0;" class="mce_SELRES_start"></span>

Инструменты и материалы

Плата Arduino UNO
Плата RS485 Shield for Arduino
Любой USB-RS485-Адаптер для присоединения к ПК

Дополнительно:

Монтажная платаd
Кнопка
Светодиод красного цвета
Резистор 220 Ом
Резистор 10 кОм
Соединительные провода

Схема соединений для RS485

Схема очень проста. Необходимо просто подключить линии А и В адаптера USB-RS485 с такими же линиями платы. Линии Z и Y не используются в нашем случае. Для больших расстояний рекомендуется использовать витую пару.

Подключение Arduino (опция)

Рекомендуется добавить светодиод и кнопку для Arduino, чтобы увидеть некоторые эффекты связи Modbus. Это необязательно, но визуально будет лучше.

Монтажная плата, соединенная с Arduino UNO + RS485

Установка DIP-переключателей

Плата RS422/RS485 выполнена с тремя группами DIP-переключателей. Нужно установить эти DIP-переключатели для Modbus, как показано на рисунке ниже.

Группа 1: 1-Off 2-On 3-On 4-Off
Группа 2: 1-Off 2-Off 3-On 4-ON
Группа 3: 1-Off или On * 2-Off 3-Off 4-Off

* В зависимости от положения платы RS422/RS485 в сети Modbus нужно включить или выключить оконечный резистор. Переключите резистор в положение On только в том случае, если плата находится на конце шины. Во всех остальных случаях выключите оконечный резистор

Настройки перемычек

На плате есть 3 группы перемычек. Очень важно правильно выставить перемычку JP1, отвечающую за напряжение питания. Arduino UNO работает с напряжением 5V. Поэтому нужно установить JP1 на 5V (а для плат с питанием 3.3V, например, Arduino 101, в положение 3.3V).

Кроме того, установите перемычки для портов связи в верхнем левом углу, как показано на рисунке выше. Внутренний UART на портах 0 и 1 будет подключен в этом случае к интерфейсу RS485 платы.

И последнее, но не менее важное, необходимо установить перемычку для управляющего порта RX/TX. Мы не используем эту перемычку, потому что настроено автоматическое переключение RX/TX.

Установите программное обеспечение Modbus Tester на ПК

В нашем случае будем использовать ПК в качестве мастера Modbus. Вам нужно скачать Modbustester. После скачивания распакуйте zip-архив в новый каталог на вашем жестком диске. Откройте программное обеспечение и измените отмеченные поля, как показано на рисунке ниже. Вам необходимо подключить USB-RS485-адаптер к ПК. Выберите правильный COM-порт для этого адаптера в Modbustester.

Программное обеспечение Arduino

Загрузите прошивку в среду разработки Arduino для компиляции и программирования платы.

Пришло время проверить вашу работу!

Вы можете нажать кнопку «Read» в Modbustester. Эта команда будет читать 8 байтов памяти нашего нового ведомого устройства. В адресе 400008 вы можете найти статус кнопки. Адрес 400001 — 400006 содержит значения портов ADC.

С помощью кнопки «Write» вы можете управлять регистрами в подключенном устройстве. Вы можете записать 0 или 1 по адресу 400007, чтобы включить или выключить светодиод.

Код прошивки

/*
 *  Test program for Arduino RS422/RS485 Shield 
 *  Version 1.0
 *  Copyright (C) 2018  Hartmut Wendt  www.zihatec.de
 *  
 *  (based on sources of https://github.com/angeloc/simplemodbusng)
 *  
 *
 *  This program is free software: you can redistribute it and/or modify
 *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
 *  the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
 *  (at your option) any later version.
 *
 *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
 *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 *  GNU General Public License for more details.
 *
 *  You should have received a copy of the GNU General Public License
 *  along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/  

#include <SimpleModbusSlave.h>

#define  ledPin  12 // onboard led 
#define  buttonPin  7 // push button



/* This example code has 9 holding registers. 6 analogue inputs, 1 button, 1 digital output
   and 1 register to indicate errors encountered since started.
   Function 5 (write single coil) is not implemented so I'm using a whole register
   and function 16 to set the onboard Led on the Atmega328P.
   
   The modbus_update() method updates the holdingRegs register array and checks communication.

   Note:  
   The Arduino serial ring buffer is 128 bytes or 64 registers.
   Most of the time you will connect the arduino to a master via serial
   using a MAX485 or similar.
 
   In a function 3 request the master will attempt to read from your
   slave and since 5 bytes is already used for ID, FUNCTION, NO OF BYTES
   and two BYTES CRC the master can only request 122 bytes or 61 registers.
 
   In a function 16 request the master will attempt to write to your 
   slave and since a 9 bytes is already used for ID, FUNCTION, ADDRESS, 
   NO OF REGISTERS, NO OF BYTES and two BYTES CRC the master can only write
   118 bytes or 59 registers.
 
   Using the FTDI USB to Serial converter the maximum bytes you can send is limited 
   to its internal buffer which is 60 bytes or 30 unsigned int registers. 
 
   Thus:
 
   In a function 3 request the master will attempt to read from your
   slave and since 5 bytes is already used for ID, FUNCTION, NO OF BYTES
   and two BYTES CRC the master can only request 54 bytes or 27 registers.
 
   In a function 16 request the master will attempt to write to your 
   slave and since a 9 bytes is already used for ID, FUNCTION, ADDRESS, 
   NO OF REGISTERS, NO OF BYTES and two BYTES CRC the master can only write
   50 bytes or 25 registers.
 
   Since it is assumed that you will mostly use the Arduino to connect to a 
   master without using a USB to Serial converter the internal buffer is set
   the same as the Arduino Serial ring buffer which is 128 bytes.
*/
 

// Using the enum instruction allows for an easy method for adding and 
// removing registers. Doing it this way saves you #defining the size 
// of your slaves register array each time you want to add more registers
// and at a glimpse informs you of your slaves register layout.

//////////////// registers of your slave ///////////////////
enum 
{     
  // just add or remove registers and your good to go...
  // The first register starts at address 0
  ADC0,     
  ADC1,        
  ADC2,
  ADC3,
  ADC4,
  ADC5,  
  LED_STATE,
  BUTTON_STATE,
  TOTAL_ERRORS,
  // leave this one
  TOTAL_REGS_SIZE 
  // total number of registers for function 3 and 16 share the same register array
};

unsigned int holdingRegs[TOTAL_REGS_SIZE]; // function 3 and 16 register array
////////////////////////////////////////////////////////////

void setup()
{
  /* parameters(long baudrate, 
                unsigned char ID, 
                unsigned char transmit enable pin, 
                unsigned int holding registers size,
                unsigned char low latency)
                
     The transmit enable pin is used in half duplex communication to activate a MAX485 or similar
     to deactivate this mode use any value < 2 because 0 & 1 is reserved for Rx & Tx.
     Low latency delays makes the implementation non-standard
     but practically it works with all major modbus master implementations.
  */
  
  modbus_configure(9600, 1, 6, TOTAL_REGS_SIZE, 0);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
   
}

void loop()
{
  // modbus_update() is the only method used in loop(). It returns the total error
  // count since the slave started. You don't have to use it but it's useful
  // for fault finding by the modbus master.
  holdingRegs[TOTAL_ERRORS] = modbus_update(holdingRegs);
  for (byte i = 0; i < 6; i++)
  {
    holdingRegs[i] = analogRead(i);
    delayMicroseconds(50);	     
  }
  
  byte buttonState = digitalRead(buttonPin); // read button states
  
  // assign the buttonState value to the holding register
  holdingRegs[BUTTON_STATE] = buttonState; 
  
  // read the LED_STATE register value and set the onboard LED high or low with function 16
  byte ledState = holdingRegs[LED_STATE]; 
  
  if (ledState) // set led
  {		  
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  }  
  else if (ledState == 0) // reset led
  {
    //digitalWrite(ledPin, LOW);
    holdingRegs[LED_STATE] = 0;
  }
  
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

* Test program for Arduino RS422/RS485 Shield

* Version 1.0

* (based on sources of https://github.com/angeloc/simplemodbusng)

* This program is free software: you can redistribute it and/or modify

* it under the terms of the GNU General Public License as published by

* the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or

* (at your option) any later version.

* This program is distributed in the hope that it will be useful,

* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of

* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the

* GNU General Public License for more details.

* You should have received a copy of the GNU General Public License

* along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.

#include <SimpleModbusSlave.h>

#define ledPin 12 // onboard led

#define buttonPin 7 // push button

/* This example code has 9 holding registers. 6 analogue inputs, 1 button, 1 digital output

and 1 register to indicate errors encountered since started.

Function 5 (write single coil) is not implemented so I'm using a whole register

and function 16 to set the onboard Led on the Atmega328P.

The modbus_update() method updates the holdingRegs register array and checks communication.

Note:

The Arduino serial ring buffer is 128 bytes or 64 registers.

Most of the time you will connect the arduino to a master via serial

using a MAX485 or similar.

In a function 3 request the master will attempt to read from your

slave and since 5 bytes is already used for ID, FUNCTION, NO OF BYTES

and two BYTES CRC the master can only request 122 bytes or 61 registers.

In a function 16 request the master will attempt to write to your

slave and since a 9 bytes is already used for ID, FUNCTION, ADDRESS,

NO OF REGISTERS, NO OF BYTES and two BYTES CRC the master can only write

118 bytes or 59 registers.

Using the FTDI USB to Serial converter the maximum bytes you can send is limited

to its internal buffer which is 60 bytes or 30 unsigned int registers.

Thus:

In a function 3 request the master will attempt to read from your

slave and since 5 bytes is already used for ID, FUNCTION, NO OF BYTES

and two BYTES CRC the master can only request 54 bytes or 27 registers.

In a function 16 request the master will attempt to write to your

slave and since a 9 bytes is already used for ID, FUNCTION, ADDRESS,

NO OF REGISTERS, NO OF BYTES and two BYTES CRC the master can only write

50 bytes or 25 registers.

Since it is assumed that you will mostly use the Arduino to connect to a

master without using a USB to Serial converter the internal buffer is set

the same as the Arduino Serial ring buffer which is 128 bytes.

// Using the enum instruction allows for an easy method for adding and

// removing registers. Doing it this way saves you #defining the size

// of your slaves register array each time you want to add more registers

// and at a glimpse informs you of your slaves register layout.

//////////////// registers of your slave ///////////////////

enum

{

// just add or remove registers and your good to go...

// The first register starts at address 0

ADC0,

ADC1,

ADC2,

ADC3,

ADC4,

ADC5,

LED_STATE,

BUTTON_STATE,

TOTAL_ERRORS,

// leave this one

TOTAL_REGS_SIZE

// total number of registers for function 3 and 16 share the same register array

};

unsigned int holdingRegs[TOTAL_REGS_SIZE]; // function 3 and 16 register array

////////////////////////////////////////////////////////////

void setup()

{

/* parameters(long baudrate,

unsigned char ID,

unsigned char transmit enable pin,

unsigned int holding registers size,

unsigned char low latency)

The transmit enable pin is used in half duplex communication to activate a MAX485 or similar

to deactivate this mode use any value < 2 because 0 & 1 is reserved for Rx & Tx.

Low latency delays makes the implementation non-standard

but practically it works with all major modbus master implementations.

modbus_configure(9600, 1, 6, TOTAL_REGS_SIZE, 0);

pinMode(ledPin, OUTPUT);

pinMode(buttonPin, INPUT);

}

void loop()

{

// modbus_update() is the only method used in loop(). It returns the total error

// count since the slave started. You don't have to use it but it's useful

// for fault finding by the modbus master.

holdingRegs[TOTAL_ERRORS] = modbus_update(holdingRegs);

for (byte i = 0; i < 6; i++)

{

holdingRegs[i] = analogRead(i);

delayMicroseconds(50);

}

byte buttonState = digitalRead(buttonPin); // read button states

// assign the buttonState value to the holding register

holdingRegs[BUTTON_STATE] = buttonState;

// read the LED_STATE register value and set the onboard LED high or low with function 16

byte ledState = holdingRegs[LED_STATE];

if (ledState) // set led

{

digitalWrite(ledPin, HIGH);

}

else if (ledState == 0) // reset led

{

//digitalWrite(ledPin, LOW);

holdingRegs[LED_STATE] = 0;

}

Интерфейсы и протоколы

Используем протокол ModBus с Arduino

Об этом проекте.

Демонстрация<span data-mce-type="bookmark" style="display: inline-block; width: 0px; overflow: hidden; line-height: 0;" class="mce_SELRES_start"></span>

Инструменты и материалы

Схема соединений для RS485

Подключение Arduino (опция)

Установка DIP-переключателей

Настройки перемычек

Установите программное обеспечение Modbus Tester на ПК

Программное обеспечение Arduino

Пришло время проверить вашу работу!

Код прошивки

Схема подключения для тестирования

Статьи на тему:

информация

Об этом проекте.

Демонстрация<span data-mce-type="bookmark" style="display: inline-block; width: 0px; overflow: hidden; line-height: 0;" class="mce_SELRES_start">﻿</span>

Инструменты и материалы

Схема соединений для RS485

Подключение Arduino (опция)

Установка DIP-переключателей

Настройки перемычек

Установите программное обеспечение Modbus Tester на ПК

Программное обеспечение Arduino

Пришло время проверить вашу работу!

Код прошивки

Схема подключения для тестирования

Демонстрация<span data-mce-type="bookmark" style="display: inline-block; width: 0px; overflow: hidden; line-height: 0;" class="mce_SELRES_start"></span>