【STM32】RS485 Modbus协议采集传感器数据

一、硬件

1、传感器：为液压传感器，12vDC，RS485数据输出，采用Modbus协议通信
2、电路：根据传感器属性，电路主要是两部分，通信电路和电源电源
（1）485电路：由于485是半双工通信，需要控制收发，所以索性在把电路设计成自动收发电路在这里插入图片描述
接跳线帽W1、W2即使用RS485收发，不接就是普通串口收发。RE和DE是收发使能，选择485模式：3_TXD常高，使能接受；当发送数据时，数据的起始位（下降沿）将3_TXD引脚电平拉低，将顺便使能发送。传感器接3_A、3_B。

（2）开关电路：主要是为了控制传感器开关，以降低功耗
在这里插入图片描述

二、测试485电路

1、485电路测试程序
对于单片机来说，其实仍然是串口通信，只不过经过485芯片实现了RS232电平→RS485电平。
（1）初始化串口3，并在初始化时开启串口接收中断

void MX_USART3_UART_Init(void)
{

  huart3.Instance = USART3;
  huart3.Init.BaudRate = 9600;
  huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  Usart3RecIT();//开启串口3接收中断
  start_capture();//发送请求帧
}

（2）接收中断回调函数中保存串口数据

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{

	if(huart->Instance == USART3){//RS485设备
		HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &uart3Data, 1);
        uart3WriteByte(uart3Data);//接收到的数据写入缓存
		uart3DataFlg = 1;
	}	
}

（3）缓存数据：环形队列，不啰嗦

#define SENSOR_485_DATA_BUFFER_MAX_LENGTH  60
typedef struct {
	uint16_t   front;
	uint16_t   rear;
	uint8_t*   buffer;
	uint32_t   maxSize;
}Buffer_t;
static Buffer_t sensor485Buffer;
uint8_t  sensor485DataBuffer[SENSOR_485_DATA_BUFFER_MAX_LENGTH];//缓存数组

void uart3WriteByte(uint8_t data)
{
	Buffer_Puts(&sensor485Buffer,&data,1);//入队
}

bool Buffer_Puts(Buffer_t* buffer, uint8_t* data, uint16_t length)
{
	if (buffer->maxSize - Buffer_Size(buffer) <= length)//队满
		return false;
	for (uint16_t i = 0; i<length; ++i)//队列未满
	{
		buffer->rear = (buffer->rear + 1) % buffer->maxSize;
		buffer->buffer[buffer->rear] = data[i];//进队
	}
	return true;
}

（4）这个接口，是为了向传感器发送指令，请求传感器数据，指令需要查看传感器指令定义，属于协议那部分，先测试

void start_capture()｛
    uint8_t TxData[10]= "1111111111";
	HAL_UART_Transmit(&huart3,TxData,10,0xffff);
    HAL_Delay(100); 
｝

2、在Keil中Debug，用串口助手向单片机发送数据，查看数组sensor485DataBuffer接收到了，接收是可以了
在这里插入图片描述

3、但是我遇到了问题，上位机没有接受到2-（4）发送的“1111111111”，单片机发送出现了问题

（1）分别检查TX、R15、R16都有信号出来
在这里插入图片描述
（2）第一反应是485芯片发送使能没有成功，检查RE和DE引脚，果然一直是低电平，说明三极管一直导通，没有阻塞过

（3）无奈之下，干脆用反相器替换了三极管

（4）希望能用吧，抓紧写软件了

三、加入Modbus协议

1、协议原理
（1）以上测试说明：链路层硬件协议√；
（2）但是问题来了，只有硬件协议可以和传感器通信吗？当然不行，传感器又不是电脑，它没有上位机：你点一下发送就把数据发出去了。这个时候需要单片机来告知它发送。所以我们还需要：链路层软件协议Modbus协议√；
（3）我们选取Modbus协议中对我们编程有帮助的几点：

以帧的形式通信，有ASCII和RTU两种模式，帧中的地址、功能码等都是一个或多个字节，每个字节是一个8位串口数据
如果一个串口连接多个4856设备，可以通过地址区分不同485设备，当然串口资源充足也可以挂载在多个串口上
RTU模式通过两帧数据的时间间隔，区分前后两帧数据，如果串口数据间隔大于3.5个字节，那么就认为一帧数据结束了，在9600bps/s波特率下，传输3.5个字节时间大概为4ms；ASCII模式读回车换行就行了
如果要读取传感器状态、数据，都需要发送请求帧
数据需要CRC校验
具体指令规则需查看传感器指令文档

2、根据传感器指令文档编程
在这里插入图片描述
（1）打开传感器开关

void open_sensor(){
	//控制电源开关的引脚拉高
}

（2）发送读取命令

void start_read(){
    uint8_t TxData[10]= "010300000001840A";
	HAL_UART_Transmit(&huart3,TxData,10,0xffff);
    HAL_Delay(100); 
}

（3）读取数据

在串口接收中断中接收数据，如果下一个串口数据在4ms之内到来，那么重新计时，定时器中断不会生效；如果没来，则认为接收完一帧数据，程序会进入定时器中断，这个很关键

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
		if(huart->Instance == USART3){
			  HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim5);
			  HAL_UART_Receive_IT(&huart3, &uart3Data, 1);
              uart3WriteByte(uart3Data);
              HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim5);//开始计时4ms，即modbus设备在9600波特率下传输一帧数据的时间间隔
			  uart3DataFlg = 1;
		}
}

在定时器中断中进行处理数据

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim==(&htim5))
  {
		//TIM_ClearITPendingBit(TIM5,TIM_IT_Update);  //标准库需要清除TIMx更新中断标志,HAL库不需要,直接写业务逻辑就行
		 HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim5);
		 Modbus_Work();//数据处理函数
		 Uart3BufClear();
		 RS485_RX_CNT++;
  }
}

（4）数据CRC校验

CRC原理就不啰嗦了
不同种类的CRC校验的多项式并不统一,这里是0xA001,文档中会说明


int16_t CRC_16( int8_t *vptr, int8_t len)
{
    uint16_t MODBUSCRC = 0xffff;
    uint16_t POLYNOMIAL = 0xa001;
    uint8_t i, j;

    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        MODBUSCRC ^= vptr[i] ;
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if ((MODBUSCRC & 0x0001) != 0)
            {
                MODBUSCRC >>= 1;
                MODBUSCRC ^= POLYNOMIAL;
            }
            else
            {
                MODBUSCRC >>= 1;
            }
        }
    }
    return MODBUSCRC;
}

（5）数据解析

int Modbus_Work(void)
{
	double depth;
	uint16_t  depth_high;
	uint16_t  depth_low;
	int len = strlen((char*)(sensor485DataBuffer+1));
	if(sensor485DataBuffer[1] == 0x01)//从机地址正确则进行换算
	{
		if((CRC_16((int8_t *)(sensor485DataBuffer+1),len))==0x0000){//CRC校验
			depth_high = sensor485DataBuffer[3];
			depth_low = sensor485DataBuffer[4];
			depth = (double)((depth_high << 8) + depth_low)/1000;
		}
	}memset(sensor485DataBuffer,0,len+1);
	return depth;//这就是水深值了
}

四、注意事项
1、RS485通信，一定要A接A，B接B，不是反接
2、采集线过长，要考虑使用屏蔽线

【STM32】RS485 Modbus协议 采集传感器数据

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